WO2009043186A4 - Anordnung zum schutz von wechselrichtern mit spannungszwischenkreis gegen brückenkurzschluss - Google Patents

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Abstract

Ein Wechselrichter (1) mit Brückenschaltung (1.1, 1.2, 1.3) mit abschaltbaren Schaltern (1.10, 1.20), ausgestattet mit Gate-Drivern (1.11, 1.21 ) und mit einem Kondensator (2) mit zwei DC-Anschlüssen (5.1, 5.2), verfügt über einen zusätzlichen DC-Anschluss (5.3). Eine Drossel (3) und eine Diode (4) verbinden den positiven Kondensator- Anschluss (5.2) und den Wechselrichter-Anschluss (5.3). Die Gate-Driver erfassen die Sättigungsspannung und melden Fehler an ein Steuergerät (5), wenn ein zu hoher Strom über die Brückenschaltungen fließt. Im Falle eines Kurzschlusses in einer Brückenschaltung, fließt dieser Strom über die Drossel (3) und steigt deswegen langsamer an, womit die Gate-Driver über genug Zeit verfügen, den Kurzschluss zu erfassen, die Schalter auszuschalten und damit die Brücke vor einer Zerstörung zu schützen. Die Anode der Diode (4) ist mit dem Wechselrichteranschluss verbunden, so dass die Wechselrichterspannung auf die Kondensatorspannung begrenzt ist. Erfindungsgemäß kann diese Lösung auch bei Wechselrichter-Systemen mit einem gemeinsamen Zwischenkreis angewendet werden. Es werden Möglichkeiten für den Anschluss von Hoch- und Tief Setzern sowie Bremschoppern beschrieben. Diese Lösung wird auch bei Dreipunkt- und Multilevel-Wechselrichtern angewendet.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 12. August 2009 (12.08.09)
1. Anordnung zum Schutz von einem Wechselrichter mit Spannungszwischenkreis mit einem Wechselrichter (1), ausgestattet mit mindestens einer Brückenschaltung (1.1 , 1.2, 1.3), wobei jeder Brückenzweig mindestens zwei Schalter (1.10, 1.20) und zwei Gate-Driver (1.11 , 1.21) umfasst, welche je einen Ausgang (1.31 , 1.32, 1.33) speisen, und mindestens einen Zwischenkreis-Kondensator (2) als Energiespeicher, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung über drei Anschlüsse verfügt, nämlich einen -Udc-Anschluss (5.1), einen +Udc-Anschluss (5.2) und einen Wechselrichter-Anschluss (5.3), dass mindestens eine Induktivität, eine Drossel (3), zwischen dem Wechselrichter- Anschluss (5.3) und dem +Udc-Anschluss (5.2) angeordnet ist, dass mindestens eine Diode (4), deren Kathode mit dem +Udc-Anschluss und deren Anode mit dem Wechselrichter-Anschluss verbunden ist, parallel zur Drossel (3) so geschaltet ist, dass der Entladestrom des Kondensators (2) nur über die Drossel (3) und nicht über die Diode (4) fliesst, dass jedem Schalter (1.10, 1.20) ein Gate-Driver (1.11 , 1.21) zu dessen Ansteuerung zugeordnet ist, dass die Gate-Driver (1.11 , 1.21) der Schalter zur Erfassung eines Kurzschlusses vorgesehen sind, indem die Gate-Driver ein Fehlersignal für ein Steuergerät (5) generieren und dass das Steuergerät (5) die Schalter (1.10, 1.20) des Wechselrichters (1) sperrt, um diese Schalter im Kurzschlussfall vor Zerstörung zu schützen.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass zur Energie-Ein- speisung einer DC-Quelle (6) zum Wechselrichter (1) bzw. zu mehreren Wechselrichtern (1a, 1b, 1c) der Wechselrichter-Anschluss (5.3) bzw. deren Wechselrichter-Anschlüsse mit einer gemeinsamen Wechselrichter-Schiene verbunden sind und der -Udc-Anschluss (5.1) bzw. deren -Udc-Anschlüsse mit einer gemeinsamen -Udc-Schiene verbunden sind, wodurch zwischen den Wechselrichtern ein Energieaustausch stattfindet, so dass der Strom in der Drossel (3) und in der Diode (4) minimiert wird. 16
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass mehrere Wechselrichter (1a, 1b, 1c) mit einem oder mehreren Kondensatoren (2a, 2b, 2c) ein modulares Wechselrichtersystem bilden, dass der Wechselrichter-Anschluss (5.3) bzw. die Wechselrichter-Schiene die Wechselrichter zueinander verbindet und eine Spannung Uwr aufweist, dass der +Udc-Anschluss (5.2) bzw. die +Udc- Schiene die positiven Anschlüsse der einzelnen Kondensatoren mit einer Spannung +Udc miteinander verbindet und dass der -Udc-Anschluss (5.1) bzw. die -Udc-Schiene die negativen Anschlüsse der einzelnen Kondensatoren und die negativen Wechselrichter- Anschlüsse mit einer Spannung -Udc miteinander verbindet.
4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die DC-Quelle (6) die -Udc-Schiene (5.1) und die +Udc-Schiene (5.2) mit Energie versorgt.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, dass jedem Wechselrichter (1a, 1b, 1c) ein Kondensator (2a, 2b, 2c) und eine Diode (4a, 4b, 4) zugeordnet sind, wobei die Dioden dafür sorgen, dass die Wechselrichter-Spannung Uwr auf den Wert der Kondensatorspannung Udc limitiert wird, hingegen die zur Diode (4) parallel liegende Drossel (3) für alle Wechselrichter gemeinsam ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet dadurch, dass mehrere seriell geschaltete Schalter (1.10, 1.11 , 1.12, 1.13) einen mehrstufigen Wechselrichter bilden, dass alle seriell geschalteten Schalter (1.10, 1.11 , 1.12, 1.13) und die parallelen Dioden eines Brückenzweiges durch die mindestens eine Drossel (3) und durch die mindestens eine Diode (4) geschützt werden und dass die Gate-Driver der Schalter zur Erfassung eines Kurzschlusses vorgesehen sind, indem die Gate-Driver (1.11 , 1.21) ein Fehlersignal für ein Steuergerät (5) generieren, mittels welchem im Fehlerfall die Sperrung aller Schalter des betroffenen Brückenzweiges erfolgt. 17
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet dadurch, dass im Wechselrichter (1) mindestens ein Drucksensor angeordnet ist, der zur Erfassung einer Druckwelle vorgesehen ist, welche bei einer Explosion eines der Schalter (1.10, 1.20) auftritt und dass der Drucksensor in Verbindung mit dem Steuergerät (5) zur Abschaltung des Wechselrichters vorgesehen ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet dadurch, dass im Wechselrichter (1) mindestens ein Blitzsensor angeordnet ist, der über die Erkennung eines Lichtbogens, welcher bei einer Explosion eines der Schalter (1.10, 1.20) auftritt, in Verbindung mit dem Steuergerät (5) zur Abschaltung des Wechselrichters vorgesehen ist.
9. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8 in grossen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen.
10. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8 in Antrieben von Ölplattformen und Schiffen.
11. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8, gekennzeichnet dadurch, dass im Fall eines Kurzschlusses der Entladestrom über die Drossel (3) fliesst und deswegen langsamer ansteigt, dass die Gate-Driver (1.11 , 1.21) die Sättigungsspannung (Vces) erfassen und beim Überschreiten eines Grenzwertes eine Fehlermeldung dem Steuergerät (5) zuführen, wenn ein zu hoher Entladestrom über die Brückenzweige fliesst, dass das Steuergerät die Schalter (1.10, 1.20) ausschaltet und dadurch die Brückenzweige vor einer Zerstörung schützt und dass gleichzeitig die Diode (4) dafür sorgt, dass die Wechselrichter-Spannung auf den Wert der Kondensator-Spannung limitiert ist.
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