RU2455723C2 - Устройство для защиты модулей преобразователя - Google Patents

Устройство для защиты модулей преобразователя Download PDF

Info

Publication number
RU2455723C2
RU2455723C2 RU2009141976/07A RU2009141976A RU2455723C2 RU 2455723 C2 RU2455723 C2 RU 2455723C2 RU 2009141976/07 A RU2009141976/07 A RU 2009141976/07A RU 2009141976 A RU2009141976 A RU 2009141976A RU 2455723 C2 RU2455723 C2 RU 2455723C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit
vacuum interrupter
tube
submodule
voltage
Prior art date
Application number
RU2009141976/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009141976A (ru
Inventor
Йорг ДОРН (DE)
Йорг ДОРН
Вернер ХАРТМАНН (DE)
Вернер Хартманн
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2009141976A publication Critical patent/RU2009141976A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2455723C2 publication Critical patent/RU2455723C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H79/00—Protective switches in which excess current causes the closing of contacts, e.g. for short-circuiting the apparatus to be protected
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Чтобы предоставить устройство (1), содержащее последовательное соединение подмодулей (7), которые снабжены схемой (T1, T2, D1, D2) силового полупроводникового прибора и аккумулятором (8) электроэнергии, соединенным параллельно со схемой (T1, T2, D1, D2) силового полупроводникового прибора, каждый подмодуль (7) соединен с закорачивающим устройством для закорачивания подмодуля. Технический результат - устройство является экономичным и в то же время позволяет безопасное шунтирование неисправного подмодуля (7). Изобретение предполагает, что закорачивающее устройство является трубкой (100) вакуумного прерывателя. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к устройству, имеющему последовательную схему подмодулей, которая имеет схему силового полупроводникового прибора и накопитель электроэнергии, соединенный параллельно со схемой силового полупроводникового прибора, при этом каждый подмодуль имеет ассоциированное закорачивающее устройство для закорачивания подмодуля.
В случае промежуточных преобразователей напряжения, подключенных последовательно, и, в частности, в случае преобразователей для передачи постоянного тока высокого напряжения для распределения и передачи электроэнергии силовые полупроводниковые приборы, которые могут быть выключены, используются, чтобы преобразовывать напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, и наоборот. Уровень напряжения в этом случае простирается от нескольких десятков кВ до нескольких сотен кВ. Чтобы достичь соответствующего высокого напряжения, большое число полупроводниковых модулей, снабженных интегральными микросхемами с силовыми полупроводниковыми приборами, должно быть соединено последовательно из-за ограниченного выдерживаемого напряжения силовых полупроводниковых приборов. Различные полупроводниковые модули могут также быть соединены друг с другом, формируя схему силового полупроводникового прибора. В отдельности, в случае так называемых многоуровневых преобразователей, схемы силовых полупроводниковых приборов, такие как эти, являются частью подмодуля, который имеет два полюса, при этом подмодули соединены последовательно. Во время непрерывной работы для одного из этих полупроводниковых модулей или всего подмодуля возможен пробой диэлектрика и формирование внутреннего короткого замыкания. Чтобы предотвратить отказ всей установки в случае отказа одного полупроводникового модуля или одного подмодуля, поврежденный полупроводниковый модуль или подмодуль шунтируется. Закорачивающее устройство используется для этой цели. Это закорачивающее устройство должно иметь выдерживаемое напряжение, соответствующее уровню рабочего напряжения полупроводникового модуля на всем протяжении срока эксплуатации установки и также должно иметь возможность выдерживать перенапряжения, которые иногда происходят во время работы. Допустимая нагрузка по току закорачивающего устройства должна быть запланирована для максимального среднего рабочего тока, который может быть выработан подмодулем. Это в типичном варианте от 100 А до приблизительно 1000 А.
Из предшествующего уровня техники, в частности, для преобразователей постоянного тока высокого напряжения силовые полупроводниковые приборы обычно используются в форме так называемых пресс-паков, в которых внутреннее короткое замыкание одного полупроводникового компонента ведет к короткому замыканию с небольшим импедансом только с небольшим количеством производимого тепла. Неисправный полупроводниковый модуль, другими словами, отказывает, в результате чего не требуется дополнительная защита в форме закорачивающего устройства.
При использовании недорогих связанных силовых полупроводниковых приборов модульной конструкции внутренний отказ полупроводникового модуля ведет к формированию электрической дуги, которая должна быть разъединена за короткое время, типично около 1 мс, чтобы предотвратить дополнительное повреждение и возникновение огня.
Устройство этого обобщенного типа уже известно из DE 10323220 A1. Этот документ описывает преобразователь, который предназначен для соединения с линией напряжения переменного тока, имеющей множество фаз. Преобразователь имеет фазовые модули, которые имеют центральное соединение с напряжением переменного тока и два внешних соединения с напряжением переменного тока. Ветвь фазового модуля протягивается между центральным соединением с напряжением переменного тока и каждым внешним соединением с напряжением переменного тока, где каждая ветвь фазового модуля содержит последовательную схему подмодулей. Каждый подмодуль имеет свой собственный конденсатор, параллельно с которым соединена схема силового полупроводникового прибора. Схема силового полупроводникового прибора имеет силовые полупроводниковые приборы, которые могут быть выключены, каждый из которых соединен встречно-параллельно с диодом свободного хода. Каждый силовой полупроводниковый прибор, который может быть выключен, и диод свободного хода, соответственно ассоциированный с ним, объединены, чтобы сформировать полупроводниковый модуль. Множество полупроводниковых модулей соединено друг с другом и формирует так называемую полномостовую схему, в результате чего либо напряжение, которое пропускается через конденсатор, либо нулевое напряжение или обратное напряжение конденсатора пропускается между двумя соединяющими контактами соответствующего подмодуля. Преобразователь, такой как этот, также называется многоуровневым преобразователем. Силовые полупроводниковые приборы в полупроводниковом модуле не соединены друг с другом прямым контактом. В действительности, они являются дешевыми связанными полупроводниковыми модулями, в результате чего короткое замыкание в полупроводниковом модуле или подмодуле может в результате привести к возникновению электрической дуги с взрывоопасными газами и т.п. Чтобы устранить возбуждающее напряжение от электрической дуги, неисправный подмодуль закорачивается и таким образом шунтируется в последовательную схему. Для короткого замыкания закорачивающее устройство соединяется параллельно с подмодулем и содержит защитный компонент, состоящий из полупроводников, или иначе тиристор. Защитный компонент пробивается в случае аварии, разрушаясь в процессе. В случае аварии тиристор срабатывает и переносит значительную часть тока короткого замыкания. Уже известное устройство, однако, является дорогим из-за силовых полупроводниковых приборов, которые используются дополнительно.
Устройство для закорачивания подмодулей известно из документа PCT/DE2006/000344, который еще не был опубликован, в котором оборудование имеет закорачивающее устройство, которое является пиротехническим/механическим элементом. В случае короткого замыкания срабатывает пиротехнический/механический элемент, например, с помощью взрывного заряда, мгновенно ускоряющего переключающий контактный штырь таким образом, что неисправный подмодуль шунтируется.
Целью изобретения является предоставление устройства упомянутого первоначально типа, которое является недорогим и в то же время позволяет выполнять надежное шунтирование отказавшего подмодуля.
Изобретение достигает этой цели посредством закорачивающего устройства, являющегося трубкой вакуумного прерывателя.
Согласно изобретению и в противоположность предшествующему уровню техники используется не полупроводник или токопроводящая дорожка с воздушным зазором, а трубка вакуумного прерывателя. Трубки вакуумного прерывателя и им подобные изготавливаются в больших количествах и, следовательно, являются коммерчески доступными по низкой цене. Коммерчески доступные трубки вакуумного прерывателя для низкого напряжения, в частности, имеют требуемые электрические параметры и также подходят в качестве закорачивающих устройств для подмодулей преобразователя из-за их физического размера.
Трубки вакуумного прерывателя имеют очень высокую характеристику диэлектрической изоляции, в результате чего переключение пути между контактами трубки вакуумного прерывателя может оставаться очень коротким. Это означает, что ускоряющие силы для того, чтобы перемещать трубку вакуумного прерывателя из разъединенного положения в контактное положение, могут точно также быть небольшими.
Отключающее и фиксирующее устройство полезно предусмотрено для фиксации трубки вакуумного прерывателя в разъединенном положении и для устранения фиксатора. Отключающее и фиксирующее устройство содержит движущийся контакт, который направляется так, что он может двигаться для трубки вакуумного прерывателя в разъединенном положении, в котором ток через вакуумный прерыватель прерывается.
Наоборот, когда это отключающее и фиксирующее устройство срабатывает, трубка вакуумного прерывателя переходит в свое контактное положение, в котором она шунтирует подмодуль.
Дополнительно предусмотрена замыкающая пружина, которая сжата в разъединенном положении трубки вакуумного прерывателя, в результате чего отпускание фиксатора дает в результате упругую силу отпускаемой замыкающей пружины для перемещения трубки вакуумного прерывателя в ее контактное положение.
Отключающее и фиксирующее устройство полезно имеет постоянный магнит, который создает фиксирующую силу, и отключающее средство, которое противодействует удерживающей силе во время освобождения фиксатора.
Отключающее средство полезно является электрической обмоткой. Ток проходит через электрическую обмотку, чтобы замыкать трубку вакуумного прерывателя. Ток через электрическую обмотку дает в результате магнитное поле, которое противодействует магнитному полю постоянного магнита. Другими словами, ток через электрическую обмотку ослабляет удерживающую силу постоянного магнита, в результате чего трубка вакуумного прерывателя переходит в свое контактное положение из-за замыкающих сил.
Согласно одному дополнительному варианту, который целесообразен в этом контексте, отключающее и фиксирующее устройство имеет ярмо магнита и якорь, который управляется так, что он может двигаться, при этом ярмо соединяется с постоянным магнитом, и якорь замыкает магнитную цепь в разъединенное положение. Ярмо, постоянный магнит и якорь формируют магнитную цепь в точке фиксации. В этом случае якорь шунтирует воздушный зазор и остальное прочно на ярмо или на постоянный магнит. В этом положении магнитное поле постоянного магнита распространяется в ярме, которое преимущественно выполнено из магнитно-мягкого материала, и якоре, который движется относительно него. Замыкание магнитной цепи в разъединенное положение дает в результате замкнутую магнитную цепь и создает более лучшее энергетическое состояние по сравнению с магнитной цепью, которая имеет воздушные зазоры, таким образом обеспечивая магнитную блокировку якоря. В этом случае якорь надлежащим образом соединен с движущимся контактом трубки вакуумного прерывателя, напрямую или через подходящий рычажный механизм. Перемещение якоря, таким образом, применяется непосредственно к движущемуся контакту трубки вакуумного прерывателя.
Согласно одному дополнительному варианту, который целесообразен в этом контексте, электрическая обмотка предназначена, чтобы ослаблять магнитную силу постоянного магнита в магнитной цепи. Если магнитная сила постоянного магнита ослабляется, силы, которые противодействуют магнитной силе и направлены, чтобы перемещать движущийся контакт в контактное положение, являются более сильными, чем магнитная сила. Следовательно, в результате этого трубка вакуумного прерывателя замыкается, и, таким образом, подмодуль закорачиваются.
Схема силового полупроводникового прибора целесообразно является полномостовой схемой. В качестве примера, четыре силовых полупроводниковых прибора, которые могут быть выключены, используются в этом случае, например, IGBT, GTO или IGCT. Диод свободного хода соединен встречно-параллельно с каждым из этих силовых полупроводниковых приборов, которые могут быть выключены. Каждый подмодуль существует в форме двухполюсника. В случае полномостовой схемы, как уже описано в отношении предшествующего уровня техники, либо напряжение, которое пропускается через накопитель энергии, нулевое напряжение, либо обратное напряжение накопителя энергии может быть создано между соединяющими контактами каждого подмодуля.
В противоположность этому схема силового полупроводникового прибора является полумостовой схемой. Полумостовые схемы, такие как эти, имеют только два силовых полупроводниковых прибора, которые могут быть выключены, каждый из которых, в свою очередь, имеет диод свободного хода, соединенный встречно-параллельно с ним. Полумостовая схема, которая, например, также стала известной как схема Маркуарта, позволяет либо напряжению, которое пропускается в накопителе энергии подмодуля, либо, иначе, нулевому напряжению создаваться между двумя соединяющими контактами каждого подмодуля.
Устройство полезно является преобразователем, который имеет соединение с напряжением переменного тока для соединения системы подачи энергии с напряжением переменного тока. Возможные применения устройств, таких как эти, лежат в области так называемых "гибких систем передачи переменного тока", или FACTS для краткости, или в области передачи постоянного тока высокого напряжения HVDCT.
Трубка вакуумного прерывателя целесообразно сконструирована так, что она может двигаться без возбуждения из разъединенного положения в контактное положение, в котором подмодуль закорачивается, когда фиксатор убран. Согласно этому полезному дополнительному варианту трубка вакуумного прерывателя перемещается из своего разъединенного положения в контактное положение, по существу, сама по себе в результате разности давления, которая возникает между внутренностью трубки вакуумного прерывателя и окружающей атмосферой. Ток может протекать через трубку вакуумного прерывателя в контактном положении, тогда как, в противоположность, ток через трубку вакуумного прерывателя прерывается в разъединенном положении. Сила нажатия сильфонов, которые соединены с движущимся контактом, как правило, возникает также в дополнение к силе, которая получается в результате упомянутой разности давления. В коммерчески доступных трубках вакуумного прерывателя давление внутри трубки вакуумного прерывателя приблизительно равно 10-6 Па. Согласно одному дополнительному варианту в этом контексте предусмотрена небольшая вспомогательная пружина, которая создает дополнительную вспомогательную силу, чтобы замкнуть контакт.
В определенных случаях полезно предоставлять возбуждающее устройство. Возбуждающее устройство позволяет выполнять преднамеренное переключение трубки вакуумного прерывателя.
Дополнительные целесообразные усовершенствования и преимущества изобретения являются предметом изучения последующего описания примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на изображения на чертежах, на которых одинаковые ссылочные символы ссылаются на компоненты, имеющие одинаковое действие, и на которых:
фиг.1 показывает один примерный вариант осуществления устройства согласно изобретению,
фиг.2 показывает ветвь фазового модуля с последовательной схемой подмодулей,
фиг.3 показывает один примерный вариант осуществления трубки вакуумного прерывателя в форме бокового вида в разрезе,
фиг.4 показывает трубку вакуумного прерывателя, которая показана на фиг.3, с отключающим и фиксирующим устройством,
фиг.5 показывает электронный привод для управления обмоткой выключающего и фиксирующего устройства, показанного на фиг.4, и
фиг.6 показывает дополнительный примерный вариант осуществления электронного привода для электрической обмотки, показанной на фиг.4.
Фиг.1 показывает один примерный вариант осуществления устройства 1 согласно изобретению, которое сформировано из трех фазовых модулей 2a, 2b и 2c. Каждый фазовый модуль 2a, 2b и 2c соединен с линией p положительного напряжения постоянного тока и с линией n отрицательного напряжения постоянного тока, в результате чего каждый фазовый модуль 2a, 2b, 2c имеет два соединения p и n напряжения постоянного тока. Кроме того, соответствующее соединение 31, 32 и 33 с напряжением переменного тока предусмотрено для каждого фазового модуля 2a, 2b и 2c. Соединения 31, 32 и 33 с напряжением переменного тока соединены через трансформатор 4 с трехфазной системой 5 подачи энергии напряжения переменного тока. Фазными напряжениями между фазами системы 5 подачи энергии напряжения переменного тока являются U1, U2 и U3, при этом токами системы подачи электроэнергии, которые протекают, являются In1, In2 и In3. Фазный ток на стороне напряжения переменного тока каждого фазового модуля обозначается I1, I2 и I3. Током с напряжением постоянного тока является Id. Ветви 6p1, 6p2 и 6p3 фазовых модулей протягиваются между каждым из соединений 31, 32 или 33 с напряжением переменного тока и линией p положительного напряжения постоянного тока. Ветви 6n1, 6n2 и 6n3 фазовых модулей сформированы между каждым соединением 31, 32 и 33 с напряжением переменного тока и линией n отрицательного напряжения постоянного тока. Каждая ветвь 6p1, 6p2, 6p3, 6n1, 6n2 и 6n3 фазового модуля содержит последовательную схему подмодулей, хотя они не иллюстрированы подробно на фиг.1, и индуктивность, которая обозначена LKr на фиг.1.
Фиг.2 показывает последовательную схему подмодулей 7 и, в частности, конструкцию подмодулей более подробно посредством электрической эквивалентной схемы только с ветвью 6p1 фазового модуля, выбранной на фиг.2. Оставшиеся ветви фазового модуля, однако, имеют идентичную структуру. Как может быть видно, каждый подмодуль 7 имеет два последовательно-соединенных силовых полупроводниковых прибора T1 и T2, которые могут быть выключены. В качестве примера, силовыми полупроводниковыми приборами, которые могут быть выключены, являются так называемые IGBT, GTO, IGCT или т.п. Они известны сами по себе специалисту в области техники, и, следовательно, нет необходимости описывать их подробно в этом документе. Каждый силовой полупроводниковый прибор T1, T2, который может быть выключен, имеет диод D1, D2 свободного хода, соединенный встречно-параллельно с ним. Конденсатор 8 соединен в качестве накопителя энергии параллельно с последовательной схемой, сформированной силовыми полупроводниковыми приборами T1, T2, которые могут быть выключены, и диодами D1 и D2 свободного хода. Каждый конденсатор 8 заряжается на однополярной основе. Два состояния напряжения теперь могут создаваться между соединяющими контактами X1 и X2 каждого подмодуля 7. Если, например, возбуждающее устройство 9 создает возбуждающий сигнал, посредством которого силовой полупроводниковый прибор T2, который может быть выключен, изменяется в свое включенное положение, в котором ток может протекать через силовой полупроводниковый прибор T2, падение напряжения между контактами X1, X2 подмодуля 7 равно нулю. В этом случае силовой полупроводниковый прибор T1, который может быть выключен, находится в своем блокирующем положении, в котором ток через силовой полупроводниковый прибор T1, который может быть выключен, прерывается. Это предотвращает разряд конденсатора 8. Если, в противоположность, силовой полупроводниковый прибор T1, который может быть выключен, находится в своем включенном положении, а силовой полупроводниковый прибор T2, который может быть выключен, изменился в свое блокирующее положение, полное напряжение UC конденсатора создается между контактами X1, X2 подмодуля 7.
Примерный вариант осуществления устройства согласно изобретению, как показано на фиг.1 и 2, также именуется так называемым многоуровневым преобразователем. В качестве примера, многоуровневый преобразователь, такой как этот, подходит для использования в качестве привода электрических машин, таких как электродвигатели или т.п. Более того, многоуровневый преобразователь, такой как этот, также подходит для использования в области распределения и передачи электроэнергии. Устройство согласно изобретению, следовательно, используется, например, как встречное соединение, которое содержит два преобразователя, которые соединены друг с другом со стороны напряжения постоянного тока, при этом каждый преобразователь соединяется с системой подачи энергии с напряжением переменного тока. Встречные соединения, такие как эти, используются, чтобы обмениваться энергией между двумя системами распределения электроэнергии, например, с системами распределения электроэнергии, имеющими разную частоту, разность фаз, применение нулевой точки или т.п. Кроме того, применения могут рассматриваться в области компенсации коэффициента мощности как так называемые FACTS (гибкие системы передачи переменного тока). Многоуровневые преобразователи, такие как эти, могут также использоваться для передачи постоянного тока высокого напряжения на длинные расстояния. Из-за широкого диапазона разных вариантов применения существует большое число различных рабочих напряжений, которым может подходить соответствующее устройство согласно изобретению. По этой причине число подмодулей может изменяться от нескольких до сотен подмодулей 7.
Как уже было упомянуто дополнительно выше, неисправный подмодуль полезно закоротить в течение нескольких миллисекунд после возникновения сбоя. Любая электрическая дуга, которая происходит в случае отказа, тогда подавляется прежде, чем сможет произойти большее повреждение. Чтобы закоротить подмодули, трубка 100 вакуумного прерывателя соединяется в качестве закорачивающего устройства между соединяющими контактами X1 и X2 каждого подмодуля 7. Во время нормальной работы только схематически иллюстрированная трубка 100 вакуумного прерывателя находится в своем разъединенном положении, таким образом избегая любого короткого замыкания между соединяющими контактами X1 и X2 ассоциированного подмодуля 7.
Фиг.3 показывает вид сбоку в разрезе трубки 100 вакуумного прерывателя. Трубка 100 вакуумного прерывателя имеет герметичный корпус, который сформирован первой металлической частью 141 корпуса, второй металлической частью 142 корпуса и кольцеобразным керамическим изолятором, так же как и металлическими сильфонами. Внутреннее давление внутри трубки 100 вакуумного прерывателя, которая ограничена упомянутыми компонентами, равно приблизительно 10-6 Па. Другими словами, существует вакуум внутри трубки 100 вакуумного прерывателя.
Фиксированный контактный стержень 111 проходит через вторую металлическую часть 142 корпуса и вставляется в фиксированный контакт 101 на своем свободном конце, который размещен внутри трубки 100 вакуумного прерывателя. Фиксированный контакт 101 имеет ассоциированный движущийся контакт 102, который расположен напротив первого в продольном направлении и прочно соединен с движущимся контактным стержнем 112. Движущийся контактный стержень 112 направляется так, что он может двигаться продольно относительно фиксированного контакта 101, хотя движущийся контактный стержень 112 соединен герметичным образом с металлическими сильфонами 120. На своем конце, удаленном от движущегося контактного стержня 112, металлические сильфоны 120 прикреплены герметичным образом к первой металлической части 141 корпуса. Фиксированный контактный стержень 101 имеет внутреннюю резьбу, которая указана на фиг.3, и используется для электрического соединения первого соединяющего контакта ассоциированного подмодуля. Соответствующим образом, движущийся контактный стержень 112 также имеет внутреннюю резьбу для электропроводного присоединения второго соединяющего контакта подмодуля.
Фиг.3 показывает трубку 100 вакуумного прерывателя в разъединенном положении, в котором движущийся контакт 102 отделен от фиксированного контакта 101 контактным зазором 150. В этом случае вакуум, который присутствует, имеет высокую характеристику электрической изоляции, в результате чего небольшой контактный зазор 150, который показан, достаточен, чтобы обеспечить необходимое выдерживаемое напряжение для трубки 100 вакуумного прерывателя в разъединенном положении, когда прикладывается высокое напряжение.
Из-за высокой разности давления между внутренностью трубки 100 вакуумного прерывателя и окружающей атмосферой возникает действие 200 силы, которая действует в продольном направлении движущегося контактного стержня 112 и воздействует на движущийся контакт 102 против фиксированного контакта 101. Действию силы 200 помогает упругая сила металлических сильфонов 120, которые предварительно напряжены в иллюстрированном разъединенном положении, и также воздействует на движущийся контакт 102 в направлении фиксированного контакта 101. Следовательно требуется удерживающая сила 240, чтобы переместить трубку 100 вакуумного прерывателя в ее разъединенное положение, причем эта удерживающая сила 240 противодействует результирующей силе, получающейся в результате разности давления и получающейся в результате предварительного напряжения металлических сильфонов.
Фиг.4 показывает трубку 100 вакуумного прерывателя с ее фиксированным контактным стержнем 111 и ее движущимся контактным стержнем 112, где движущийся контактный стержень 112 прочно соединен с якорем 310 отключающего и фиксирующего устройства 300. Отключающее и фиксирующее устройство 300 содержит постоянный магнит 330, магнитно-мягкое ярмо 320, которое соединено с постоянным магнитом 330, упомянутый якорь 310 и электрическую обмотку 340. Магнитное поле, которое создано постоянным магнитом 330, пытается распространиться в материале, чье магнитное сопротивление настолько низко, насколько возможно. Магнитное сопротивление якоря 310 и ярма 320 меньше, чем сопротивление воздуха. Чтобы достичь настолько низкого энергетического состояния, насколько возможно, якорь 310, следовательно, пытается закрыть воздушный зазор 335, который может быть виден между ярмом 320 и/или постоянным магнитом 330 и якорем 310. Другими словами, движущийся контактный стержень 112 и, следовательно, движущийся контакт 102 удерживаются в разъединенном положении силой постоянного магнита 330. Ток, проходящий надлежащим образом через электрическую обмотку 340, приводит в результате к силе постоянного магнита 330, ослабевающей до тех пор, пока, в конечном счете, результирующая сила не станет больше, чем удерживающая сила постоянного магнита 330, в результате чего якорь 310 отрывается от мягко-магнитного ярма 320 и от постоянного магнита 330. В процессе трубка 100 вакуумного прерывателя перемещается из своего контактного положения, в котором ток может течь через трубку 100 вакуумного прерывателя. Ток, проходящий через электрическую обмотку 340, следовательно, позволяет включить трубку 100 вакуумного прерывателя, таким образом позволяя шунтироваться ассоциированному подмодулю.
Фиг.5 показывает электрический привод 400 для электрической обмотки 340, показанной на фиг.4. Электрический привод 400 содержит устройство 410 подачи электроэнергии, электрически возбуждаемый замыкающий переключатель 420, соединение для отключения замыкающего переключателя 420 и накопитель 430 электроэнергии. В качестве примера, замыкающий переключатель 420 является мощным полупроводниковым прибором, который может управляться, например, тиристором или IGBT. Когда замыкающий переключатель 420 замкнут или перемещается в свое включенное положение, накопитель 430 электроэнергии разряжается, получая в результате ток короткого замыкания, текущий через электрическую обмотку 340. Ток короткого замыкания заставляет электрическую обмотку 340 создавать достаточно высокое магнитное поле такое, что якорь 310 отрывается от магнитного ярма.
Фиг.6 показывает другой примерный вариант осуществления отключающего и фиксирующего устройства 300, в котором отключающее и фиксирующее устройство 300, которое показано на фиг.6, не имеет постоянных магнитов. Вместо этого удерживающая сила, которая требуется, чтобы удержать движущийся контактный стержень, создается исключительно магнитной силой обмотки. Обмотка, следовательно, пропускает ток во время обычной работы. Однако чтобы шунтировать подмодуль 7, переключатель 420 переключается в свое разъединенное положение, таким образом предотвращая любой ток через электрическую обмотку 340. Удерживающая сила, следовательно, теряется, таким образом, приводя к отрыву якоря и, следовательно, к замыканию трубки 100 вакуумного прерывателя в результате замыкающей силы, которая описана выше.

Claims (9)

1. Устройство (1), имеющее последовательную схему подмодулей (7), которые имеют схему (T1, T2, D1, D2) силового полупроводникового прибора и накопитель (8) электроэнергии, соединенный параллельно со схемой (T1, T2, D1, D2) силового полупроводникового прибора, при этом каждый подмодуль (7) имеет ассоциированное закорачивающее устройство для закорачивания подмодуля (7), отличающееся тем, что закорачивающее устройство является трубкой (100) вакуумного прерывателя; при этом устройство (1) содержит отключающее и фиксирующее устройство (300) для фиксации трубки (100) вакуумного прерывателя в разъединенном положении и для устранения фиксатора; и замыкающую пружину для перемещения трубки (100) вакуумного прерывателя в ее контактное положение; при этом трубка (100) вакуумного прерывателя выполнена так, что она может двигаться без возбуждения из разъединенного положения в контактное положение, в котором подмодуль закорочен, когда фиксатор удален.
2. Устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что отключающее и фиксирующее устройство (300) имеет постоянный магнит (330), который создает фиксирующую силу, и отключающее средство (340), которое противодействует удерживающей силе, чтобы освободить фиксатор.
3. Устройство (1) по п.2, отличающееся тем, что отключающим средством является электрическая обмотка (340).
4. Устройство (1) по п.3, отличающееся тем, что отключающее и фиксирующее устройство (300) имеет магнитное ярмо (320) и якорь (310), который направляется так, что он может перемещаться, в котором ярмо (320) соединено с постоянным магнитом (330), и якорь (310) замыкает магнитную схему в разъединенном положении.
5. Устройство (1) по п.4, отличающееся тем, что электрическая обмотка (340) предназначена, чтобы ослаблять магнитное поле постоянного магнита (330) в магнитной схеме.
6. Устройство (1) по п.1 или 2, отличающееся тем, что схема силового полупроводникового прибора является полномостовой схемой.
7. Устройство (1) по п.1 или 2, отличающееся тем, что схема (T1, T2, D1, D2) силового полупроводникового прибора является полумостовой схемой.
8. Устройство (1) по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство (1) является преобразователем, который имеет соединение напряжения переменного тока для соединения системы (5) подачи энергии напряжения переменного тока.
9. Устройство (1) по п.1 или 2, отличающееся тем, что содержит устройство возбуждения для переключения трубки (100) вакуумного прерывателя.
RU2009141976/07A 2007-04-16 2008-04-02 Устройство для защиты модулей преобразователя RU2455723C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007018344.7A DE102007018344B4 (de) 2007-04-16 2007-04-16 Vorrichtung zum Schutz von Umrichtermodulen
DE102007018344.7 2007-04-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009141976A RU2009141976A (ru) 2011-05-27
RU2455723C2 true RU2455723C2 (ru) 2012-07-10

Family

ID=39683466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009141976/07A RU2455723C2 (ru) 2007-04-16 2008-04-02 Устройство для защиты модулей преобразователя

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8390968B2 (ru)
EP (1) EP2137749A1 (ru)
JP (1) JP5241820B2 (ru)
CN (1) CN101669184B (ru)
BR (1) BRPI0810069B8 (ru)
DE (1) DE102007018344B4 (ru)
RU (1) RU2455723C2 (ru)
WO (1) WO2008125494A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196697U1 (ru) * 2019-11-13 2020-03-12 Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Модуль многоуровневого преобразователя напряжения

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063447B3 (de) * 2007-12-21 2009-04-23 Siemens Ag Vakuumschaltröhre
US8687389B2 (en) * 2008-09-05 2014-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus having a converter
DE102008059670B3 (de) 2008-11-26 2010-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Vakuumschalter mit beidseitig fest verschienten Anschlussklemmen
CA2754960C (en) * 2009-03-11 2016-08-23 Abb Technology Ag A modular voltage source converter
JP4969614B2 (ja) * 2009-07-21 2012-07-04 株式会社日立製作所 電力変換装置
DE102010010669A1 (de) * 2010-03-04 2011-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Schalter mit beidseitig fest verschienten Anschlussklemmen
WO2011116816A1 (en) * 2010-03-23 2011-09-29 Abb Technology Ag A voltage source converter and a method for fault handling thereof
EP2369725B1 (de) 2010-03-25 2012-09-26 ABB Schweiz AG Überbrückungseinheit
KR101727778B1 (ko) * 2010-04-08 2017-04-17 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 하이브리드 ｈｖｄｃ 컨버터
WO2011154047A1 (de) 2010-06-11 2011-12-15 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter mit schalterüberwachung
US8618698B2 (en) * 2010-09-09 2013-12-31 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation System and method for controlling a M2LC system
CN102712332B (zh) 2010-10-15 2014-12-24 日本精工株式会社 转向柱用支承装置
DE102011004733A1 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Submodul eines modularen Mehrstufenumrichters
AU2011362347B2 (en) * 2011-03-16 2015-08-20 Hitachi Energy Ltd Gate control circuit, power module and associated method
WO2012175112A1 (en) 2011-06-21 2012-12-27 Abb Technology Ag Power semiconductor housing with contact mechanism
EP2597764B1 (de) * 2011-11-22 2016-04-13 ABB Technology AG Verfahren zur Behandlung von Fehlern in einem modularen Multilevelumrichter sowie ein solcher Umrichter
DE102012202173B4 (de) * 2012-02-14 2013-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines mehrphasigen, modularen Multilevelstromrichters
US20140146582A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 General Electric Company High voltage direct current (hvdc) converter system and method of operating the same
KR101449736B1 (ko) * 2012-12-27 2014-10-08 주식회사 효성 컨버터의 바이패스 장치
KR101389579B1 (ko) * 2012-12-28 2014-04-29 주식회사 효성 전력용 컨버터
US9356536B2 (en) * 2013-01-11 2016-05-31 ABBI Research Ltd. Bidirectional power conversion with fault-handling capability
US20160036314A1 (en) * 2013-03-18 2016-02-04 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion apparatus
KR101496434B1 (ko) * 2013-03-21 2015-02-26 주식회사 효성 컨버터의 바이패스 스위치 장치
CN103187722B (zh) * 2013-04-09 2015-12-09 国家电网公司 用于柔性直流输电系统直流侧过电压保护装置及保护方法
US9473014B2 (en) * 2013-04-18 2016-10-18 Abb Schweiz Ag Mechanical bypass switch device, converter arm and power converter
EP2824701B1 (en) * 2013-07-12 2020-05-06 ABB Power Grids Switzerland AG High-power semiconductor module
KR101599234B1 (ko) * 2013-12-30 2016-03-03 주식회사 효성 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법
EP3116118A4 (en) 2014-03-05 2018-03-28 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
CN206461530U (zh) * 2014-04-04 2017-09-01 西门子公司 换向电路，电力转换器，和具有电力转换器的布置
CN206932165U (zh) * 2014-04-25 2018-01-26 西门子公司 用于识别电压崩溃的方法
JP6366711B2 (ja) * 2014-06-30 2018-08-01 三菱電機株式会社 電力変換装置
KR101613812B1 (ko) * 2015-01-12 2016-04-19 엘에스산전 주식회사 초고압 직류 송전의 바이패스 스위치
DE102015203645A1 (de) * 2015-03-02 2016-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Kurzschließereinrichtung
DE102015109466A1 (de) * 2015-06-15 2016-12-15 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Stromrichter-Submodul mit Kurzschlusseinrichtung und Stromrichter mit diesem
KR101870016B1 (ko) 2016-02-16 2018-07-23 엘에스산전 주식회사 바이패스 스위치
US10673352B2 (en) * 2016-03-28 2020-06-02 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion apparatus comprising cell blocks each including cascaded converter cells and a bypass circuit connected thereto
US10530243B2 (en) 2016-09-16 2020-01-07 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device with malfunction detection
US10367423B1 (en) 2016-09-16 2019-07-30 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
RU2656302C1 (ru) * 2017-06-26 2018-06-04 Общество с ограниченной ответственностью "ЧЭАЗ-ЭЛПРИ" Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля
KR20190002819U (ko) 2018-05-03 2019-11-13 엘에스산전 주식회사 바이패스 스위치
US11095110B1 (en) 2018-06-28 2021-08-17 Smart Wires Inc. Energy harvesting from fault currents
DE102018216211B3 (de) * 2018-09-24 2020-02-20 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschließereinrichtung und Umrichter
US10971275B2 (en) * 2018-10-31 2021-04-06 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Passive electrical component for safety system shutdown using Ampere's Law
EP3696963B1 (en) * 2019-02-12 2022-03-30 General Electric Technology GmbH Electrical assembly
JP6563163B1 (ja) 2019-03-01 2019-08-21 三菱電機株式会社 電力変換装置
EP3796540A1 (en) 2019-09-17 2021-03-24 Maschinenfabrik Reinhausen GmbH Cell for use in a converter
DE102019217600B3 (de) * 2019-11-14 2021-01-14 Dehn Se + Co Kg Kurzschließervorrichtung
KR20230149455A (ko) * 2022-04-20 2023-10-27 엘에스일렉트릭(주) 서브 모듈 장치 및 모듈형 멀티레벨 컨버터

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6657150B1 (en) * 2002-06-14 2003-12-02 Eaton Corporation Shorting switch and system to eliminate arcing faults in power distribution equipment
RU2260868C2 (ru) * 2003-10-27 2005-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" Высоковольтный вакуумный переключатель
DE102005040543A1 (de) * 2005-08-26 2007-03-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3538382A (en) * 1968-01-19 1970-11-03 Gen Electric Triggered vacuum gap overvoltage protective device
US3526860A (en) 1968-04-10 1970-09-01 Mc Graw Edison Co Automatic circuit interrupter
JPS56114234A (en) * 1980-02-14 1981-09-08 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Vacuum switching device
SU1700633A1 (ru) 1989-10-18 1991-12-23 Московский энергетический институт Автоматический выключатель с дистанционным управлением
US4953068A (en) * 1989-11-08 1990-08-28 Unisys Corporation Full bridge power converter with multiple zero voltage resonant transition switching
GB9318876D0 (en) * 1993-09-11 1993-10-27 Mckean Brian A bistable permanent magnet actuator for operation of circuit breakers
CN1148255A (zh) 1995-10-13 1997-04-23 费尔腾和古伊勒奥梅能源股份公司 电流断路器
DE19631533A1 (de) 1996-07-24 1998-01-29 Siemens Ag Lastschaltanlagen zur hochspannungsseitigen Abschaltung von Verteiltransformatoren
US5986909A (en) 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass
DE19921173A1 (de) 1999-05-07 2000-11-09 Abb Patent Gmbh Einrichtung zum Löschen eines Störlichtbogens
US6546287B1 (en) * 1999-10-08 2003-04-08 Purdue Research Foundation Controlled-power defibrillator and method of defibrillation
JP2002033034A (ja) 2000-07-13 2002-01-31 Hitachi Ltd 開閉装置及びそれを用いた系統切替装置
JP2002093291A (ja) * 2000-09-18 2002-03-29 Toshiba Corp 半導体開閉器およびその制御方法
US6753493B2 (en) * 2001-06-01 2004-06-22 Hubbell Incorporated Electrical circuit interrupting device
CN1252758C (zh) 2002-05-23 2006-04-19 江苏东源电器集团股份有限公司 永磁操动机构
DE10313045B3 (de) 2003-03-11 2004-07-15 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Kurzschließeinrichtung für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen
DE10323220B4 (de) 2003-05-22 2014-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschluss-Schaltung für einen Teilumrichter
TWI263397B (en) * 2004-01-20 2006-10-01 Delta Electronics Inc Single stage A/D converter with piezo transformer
JP4423598B2 (ja) 2004-08-17 2010-03-03 株式会社日立製作所 真空スイッチギヤの単相モジュールおよび真空スイッチギヤ
US7053327B2 (en) * 2004-10-26 2006-05-30 Eaton Corporation Apparatus and method for use in circuit interrupters
DE102005002139B4 (de) 2005-01-13 2007-01-25 Siemens Ag Dreistellungsschalter mit Kurvenscheibe
BRPI0619363B1 (pt) * 2005-11-28 2018-05-22 S & C Electric Co. Dispositivo de religamento de interrupção de falha
JP4197702B2 (ja) * 2006-01-31 2008-12-17 株式会社日立製作所 真空絶縁スイッチギヤ
EP1992000B1 (de) 2006-02-23 2013-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Einrichtung zum kurzschliessen von leistungshalbleitermodulen
JP2007234723A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Toyota Industries Corp 電子部品の実装方法及び電子部品の実装装置並びに半導体装置の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6657150B1 (en) * 2002-06-14 2003-12-02 Eaton Corporation Shorting switch and system to eliminate arcing faults in power distribution equipment
RU2260868C2 (ru) * 2003-10-27 2005-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" Высоковольтный вакуумный переключатель
DE102005040543A1 (de) * 2005-08-26 2007-03-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196697U1 (ru) * 2019-11-13 2020-03-12 Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Модуль многоуровневого преобразователя напряжения

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008125494A1 (de) 2008-10-23
CN101669184A (zh) 2010-03-10
BRPI0810069A2 (pt) 2014-10-21
DE102007018344A1 (de) 2008-10-30
BRPI0810069B8 (pt) 2023-04-25
JP5241820B2 (ja) 2013-07-17
US8390968B2 (en) 2013-03-05
RU2009141976A (ru) 2011-05-27
CN101669184B (zh) 2013-03-06
US20100118453A1 (en) 2010-05-13
BRPI0810069B1 (pt) 2019-01-15
DE102007018344B4 (de) 2022-08-04
EP2137749A1 (de) 2009-12-30
JP2010524426A (ja) 2010-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2455723C2 (ru) Устройство для защиты модулей преобразователя
DK2678926T3 (en) Submodule A MODULAR MULTI-STEP CONVERTER
KR101453631B1 (ko) 고전압용 컨버터
CN102696087B (zh) 混合式断路器
Ängquist et al. A new dc breaker with reduced need for semiconductors
KR102269017B1 (ko) 전기 에너지 저장 유닛을 방전시키기 위한 방법
JP2017520901A (ja) 電流を遮断する装置、システム及び方法
US9799473B2 (en) Bypass switch for HVDC transmission
KR20140022374A (ko) 고전압 ｄｃ 라인 상의 고장을 제거하기 위한 방법, 고전압 ｄｃ 라인을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템, 및 컨버터
CN111937110B (zh) 开关设备
CN106849635B (zh) 级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路
RU2577540C2 (ru) Переключающие устройства для dc-сетей с электронным управлением
CN108701556B (zh) 直流电压开关
WO2020173566A1 (en) Converter cell with crowbar
AU2018238950B2 (en) Power distribution system
CN109074980B (zh) 双向换向促进器
CN109417348B (zh) 功率变流器中的半导体的保护
US11476662B2 (en) Star point grounding with overvoltage limitation for a polyphase transformer
EP3796540A1 (en) Cell for use in a converter
CN115912250A (zh) 分断电流的装置、分断电流的模块和控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20211201