WO2018019384A1 - Switch for short-circuiting a module of a multistage converter, and method for short-circuiting the module - Google Patents

Switch for short-circuiting a module of a multistage converter, and method for short-circuiting the module Download PDF

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WO2018019384A1
WO2018019384A1 PCT/EP2016/068163 EP2016068163W WO2018019384A1 WO 2018019384 A1 WO2018019384 A1 WO 2018019384A1 EP 2016068163 W EP2016068163 W EP 2016068163W WO 2018019384 A1 WO2018019384 A1 WO 2018019384A1
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WO
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contact piece
switch
short
contact
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/068163
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Inventor
Daniel BÖHME
Thomas KÜBEL
Steffen PIERSTORF
Daniel Schmitt
Frank Schremmer
Torsten Stoltze
Marcus Wahle
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/004—Closing switches
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a switch for short-circuiting a module of a Mehreasenumrichters and a method for short ⁇ close the module according to the preambles of claims 1 and 10.
  • FIG. 1 A switch for short-circuiting a module of a Mehreasenumrichters and a method for short ⁇ close the module according to the preambles of claims 1 and 10.
  • Modular multi-stage converters have a plurality of modules connected in series, each module having electrical valves, for example in the form of
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistors
  • the object of the invention is to provide a generic
  • the solution is based on the switch characterized by a) an energy storage, through which the first contact piece is acted upon when the switch is open with a force acting in the direction of the second contact piece, b) a mechanical see spacer (support member), the open switch between the two contact pieces is arranged and holds the force applied first contact piece in a pre ⁇ given distance to the second contact piece, wherein the loading force brings the first contact piece after release by the spacer on the second contact piece to the plant, and c) a short-circuiting, the case of concern predetermined voltage at the two contact pieces establishes a temporally upstream electrical connection between the at ⁇ spaced contact pieces, which is connected to a removal of the spacer.
  • the spacer is formed from a hollow cylinder, applied to the front sides of the contact pieces force applied and learns through the temporally upstream electrical connection elimination by its destruction.
  • the spacer is easy to destroy while making an electrical connection when the electrical connection in advance is through an arc that (as a consequence) destroys the hollow cylinder.
  • the effort can be further reduced if the arc ignites independently.
  • an ignition device ignites the arc.
  • the hollow cylinder is filled with a (suitable) gas or a vacuum is formed in the hollow cylinder.
  • the energy storage is designed as a helical spring.
  • the solution provides for the following method steps in relation to the method:
  • the combination of the two switching techniques yields the following result: If an overvoltage occurs on a module due to an error, an arc ignites, for example, due to the spacing of the two contact pieces, which is set correspondingly for a vacuum. The module is already bridged with the arc and thus removed from the Rei ⁇ henscrien. The destructive effect of the arc is used directly in time to remove a support structure in the form of the spacer, whereby the mechanical switching technology is released. The anschmanende mechanical closing of the switch leads to Ver ⁇ delete the arc and to a permanent connection of the two contact pieces together.
  • Fig. 2 shows the switch of FIG. 1 with destroyed spacer and an arc, which electrically connects the two contacts and
  • Fig. 3 shows the switch of FIG. 2 with adjacent contact pieces.
  • Fig. 1 shows a switch 1 (bypass switch) for a module of a multi-stage converter in which a plurality of modules are electrically connected in series (all not shown).
  • the switch 1 comprises a housing 2 through which terminals 3 are led outwards, via which the switch 1 is connected to the module and connected in parallel thereto.
  • the switch 1 has a movable (first) contact piece 4 and a fixed (second) contact piece 5, which are electrically connected to the terminals 3.
  • the contact pieces 4, 5 abut each other (see Fig. 3) and when the switch 1 is open they are spaced from each other (see Fig. 1).
  • the see between the two contact pieces 4, 5 is arranged, wherein the two contact pieces 4, 5 relative to FIG. 1 abut the top and bottom of the spacer 6.
  • the spacer 6 is here a hollow cylinder 6a made of glass.
  • metal plates 7 are arranged frontally, which close the two openings of the hollow cylinder 6a.
  • a vacuum 8a In the interior 8 there is a vacuum 8a;
  • the hollow cylinder 6a may also be filled with a suitable gas.
  • the movable contact piece 4 is a Ener ⁇ gie Boulevards applied in the form of a twisted coil spring 9a of the force F 9, wherein the force F acts in the direction of the fixed contact piece. 5
  • the coil spring 9a is located between a metal plate 10 and the contact piece 4 and is compressed in Fig. 1 and thus biased.
  • the metal ⁇ plate 10 is electrically connected to the upper terminal 3 and with ⁇ means of a compound in the form of a movable cable 10a with the contact piece. 4 The connection does not take place here via the coil spring 9a.
  • the coil spring 9a pushes the movable contact piece 4 in Fig. 1 down against the upper end face of the hollow cylinder 6a, on which the upper contact piece 4 rests and is supported.
  • the Hohlzy ⁇ relieving 6a is supported here by way of example at the lower contact ⁇ piece 5 and forwards in this manner a force F on the lower contact piece 5 in the housing. 2
  • the introduction of the force F in the housing 2 can of course be done differently.
  • the metal plates 7 are formed (shaped) such that, in the event of a fault, ie when a predetermined voltage is applied or exceeded, ie in the event of overvoltage, at the module and thus at the terminals 3 of the parallel-connected switch 1, an arc 11 ignites automatically in order to bridge the distance between the two contact pieces 4, 5, ie to short-circuit the module.
  • the arc 11 can be actively ignited by an igniting the predetermined voltage monitoring ignition device.
  • the switch 1 with ignited arc 11 is shown schematically.
  • the arc 11 here forms a short-circuiter IIa, i. he makes an electrical connection between the two contact pieces 4, 5, which short-circuits the module.
  • the connection via the arc 11 takes place within milliseconds, ie in the shortest possible time, while the two contact pieces 4, 5 are still spaced apart.
  • the arc 11 Due to the relatively large current flowing through the module of a multi-stage converter and short-circuited module through the arc 11, the arc 11 has a very high energy. Almost immediately after ignition, this energy destroys the hollow cylinder 6a (inter alia due to the generated heat) and thus the spacer 6, on which the movable contact piece 4 is supported. 7th Alternatively, the time upstream electrical Ver ⁇ bond can be effected, for example, also via a series arrangement of a controlled electrical switching element, for example a Thyris ⁇ gate, and a bi-metal conductor, wherein the prohibit gene of the bimetal conductor destroyed the hollow cylinder 6a.
  • a controlled electrical switching element for example a Thyris ⁇ gate
  • the movable contact piece 4 Due to the omission of the hollow cylinder 6a and thus the support, the movable contact piece 4 is released. Accordingly, the coil spring 9a (the energy storage 9) moves the movable contact piece 4 down to the stationary contact 5. During the entire course of the movement of the movable contact piece 4, the arc 11 is maintained and thus the module is short-circuited. When the be ⁇ movable contact piece 4 on the fixed contact piece 5, the arc 11 expires and the current flows through the two contact pieces 4, 5 abutting each other.
  • the method of short-circuiting of the module has general ⁇ my the method steps of: I. producing a very fast electrical connection between the two
  • the spacer 6 is generally a sacrificial construction, which is destroyed to short-circuit the module in each case, so sacrificed.
  • the Kochkonstruk ⁇ tion is a hollow cylinder 6a of glass.

Abstract

The invention relates to a switch (1) for short-circuiting a module of a multistage converter, comprising a movable first contact piece (4) which rests against a second contact piece (5) when the switch is closed. The short-circuit time is substantially reduced by a) an energy storage device (9), by means of which a force (F) acting in the direction of the second contact piece (5) is applied to the first contact piece (4) when the switch (1) is open, b) a mechanical spacer (6) that is arranged between the two contact pieces (4, 5) when the switch (1) is open and holds the first contact piece (4) to which the force is being applied at a specified distance from the second contact piece (5), wherein the applied force (F) brings the first contact piece (4) into contact with the second contact piece (5) after the first contact piece is released by the spacer (6), and c) a short-circuiter (11a) which establishes a temporally preceding electric connection between the two contact pieces (4, 5) arranged at a distance from each other when a specified voltage is applied to the two contact pieces (4, 5), said electric connection being established when the spacer (6) is removed. The short-circuiting method has corresponding method steps.

Description

Beschreibung description
Schalter zum Kurzschließen eines Moduls eines Mehrstufenumrichters und Verfahren zum Kurzschließen des Moduls Switch for short-circuiting a module of a multi-stage converter and method for short-circuiting the module
Die Erfindung betrifft einen Schalter zum Kurzschließen eines Moduls eines Mehrstufenumrichters und ein Verfahren zum Kurz¬ schließen des Moduls gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10. The invention relates to a switch for short-circuiting a module of a Mehrstufenumrichters and a method for short ¬ close the module according to the preambles of claims 1 and 10. FIG.
Modulare Mehrstufenumrichter sind bekannt und weisen eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Modulen auf, wobei jedes Modul elektrische Ventile beispielsweise in Form von Modular multi-stage converters are known and have a plurality of modules connected in series, each module having electrical valves, for example in the form of
Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBT) um- fasst. Die Reihenschaltung stellt die erforderlichen Ausgangsgrößen bezüglich Strom und Spannung sicher. Um eine möglichst hohe Verfügbarkeit des Mehrstufenumrichters zu errei¬ chen, werden zusätzliche Module als Redundanz verbaut. Da¬ durch ist es möglich, dass der Mehrstufenumrichter auch bei Ausfall von einigen Modulen verfügbar bleibt. Fällt ein Modul aus, muss dieses innerhalb von Millisekunden kurzgeschlossen (d.h. überbrückt) und ein als Redundanz verbautes Modul an dessen Stelle verwendet werden. Mit anderen Worten muss jedem Modul ein Schalter parallel geschaltet werden, der speziell geschaltet wird, um die hohe Geschwindigkeit beim Schließen des Schalters zu erreichen. Durch das Schließen des Schalters wird das defekte Modul kurzgeschlossen (überbrückt) und so aus der Reihenschaltung der funktionsfähigen Module genommen. Die redundant vorhande¬ nen Module sorgen für den Erhalt der Funktionsfähigkeit des Mehrstufenumrichters . Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT). The series connection ensures the required output variables with regard to current and voltage. To ¬ Errei chen maximum availability of Mehrstufenumrichters any additional modules are installed as a redundancy. Since ¬ through it is possible that the Mehrstufenumrichter remains available even in the event of some modules. If a module fails, it must be short-circuited (ie bridged) within milliseconds and a redundant module installed in its place. In other words, a switch must be connected in parallel to each module, which is specifically switched to achieve the high speed when closing the switch. By closing the switch, the defective module is short-circuited (bridged) and thus removed from the series connection of the functional modules. The redundant vorhande ¬ nen modules ensure the preservation of the functionality of the Mehrstufenumrichters.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen The object of the invention is to provide a generic
Schalter zu erzielen, der in der Lage ist, innerhalb weniger Millisekunden zu schließen. Die Lösung ist bezogen auf den Schalter durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 10 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar. To achieve switch that is able to close within a few milliseconds. The solution is given with respect to the switch by the features of claim 1 and related to the method by the features of claim 10; the dependent claims represent advantageous embodiments.
Die Lösung ist bezogen auf den Schalter gekennzeichnet durch a) einen Energiespeicher, durch den das erste Kontaktstück bei geöffnetem Schalter mit einer in Richtung zweites Kontaktstück wirkenden Kraft beaufschlagt ist, b) einen mechani- sehen Abstandshalter (Abstützelement) , der bei geöffnetem Schalter zwischen den beiden Kontaktstücken angeordnet ist und das Kraft beaufschlagte erste Kontaktstück in einem vor¬ gegebenen Abstand zum zweiten Kontaktstück hält, wobei die beaufschlagende Kraft das erste Kontaktstück nach Freigabe durch den Abstandshalter am zweiten Kontaktstück zur Anlage bringt, und c) einen Kurzschließer, der bei Anliegen einer vorgegebenen Spannung an den beiden Kontaktstücken eine zeitlich vorgeschaltete elektrische Verbindung zwischen den bei¬ den beabstandeten Kontaktstücken herstellt, welche mit einer Beseitigung des Abstandshalters verbunden ist. The solution is based on the switch characterized by a) an energy storage, through which the first contact piece is acted upon when the switch is open with a force acting in the direction of the second contact piece, b) a mechanical see spacer (support member), the open switch between the two contact pieces is arranged and holds the force applied first contact piece in a pre ¬ given distance to the second contact piece, wherein the loading force brings the first contact piece after release by the spacer on the second contact piece to the plant, and c) a short-circuiting, the case of concern predetermined voltage at the two contact pieces establishes a temporally upstream electrical connection between the at ¬ spaced contact pieces, which is connected to a removal of the spacer.
Technisch einfach ist es, wenn der Abstandshalter aus einem Hohlzylinder gebildet ist, an dessen Stirnseiten die Kontaktstücke Kraft beaufschlagt anliegen und der durch die zeitlich vorgeschaltete elektrische Verbindung eine Beseitigung durch seine Zerstörung erfährt. It is technically simple if the spacer is formed from a hollow cylinder, applied to the front sides of the contact pieces force applied and learns through the temporally upstream electrical connection elimination by its destruction.
Bei einer einfachen Lösung des Abstandshalters ist dieser aus Glas gebildet. In a simple solution of the spacer this is made of glass.
Der Abstandshalter lässt sich leicht zerstören bei gleichzeitiger Herstellung einer elektrischen Verbindung, wenn die zeitlich vorgeschaltete elektrische Verbindung durch einen Lichtbogen erfolgt, der (als Folge) den Hohlzylinder zer- stört. Der Aufwand lässt sich weiter verringern, wenn der Lichtbogen selbständig zündet. The spacer is easy to destroy while making an electrical connection when the electrical connection in advance is through an arc that (as a consequence) destroys the hollow cylinder. The effort can be further reduced if the arc ignites independently.
Alternativ ist aber auch möglich, dass eine Zündeinrichtung den Lichtbogen zündet. Alternatively, however, it is also possible that an ignition device ignites the arc.
Als weitere Alternative wird vorgeschlagen, dass die zeitlich vorgeschaltete elektrischen Verbindung über eine Reihenschal¬ tung eines gesteuerten elektrischen Schaltelements und eines Bimetall-Leiters erfolgt, dessen mechanische Verbiegung den Hohlzylinder zerstört. As a further alternative, it is proposed that the upstream electrical connection via a series scarf ¬ tion of a controlled electrical switching element and a bimetallic conductor takes place, the mechanical bending destroys the hollow cylinder.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass der Hohlzylinder mit einem (geeigneten) Gas gefüllt oder im Hohlzylinder ein Vakuum ausgebildet ist. It is advantageously proposed that the hollow cylinder is filled with a (suitable) gas or a vacuum is formed in the hollow cylinder.
Bei einer technisch einfachen Ausführung ist der Energiespeicher als Schraubfeder ausgebildet. Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren folgende Verfahrensschritte vor: In a technically simple embodiment of the energy storage is designed as a helical spring. The solution provides for the following method steps in relation to the method:
- Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den beiden beabstandeten Kontaktstücken und damit Kurzschließen des Moduls durch die elektrische Verbindung,  Establishing an electrical connection between the two spaced contact pieces and thus short-circuiting the module by the electrical connection,
- Beseitigen des Abstandshalters durch die elektrische Ver¬ bindung und (damit verbunden) Freigabe des ersten Kontakt¬ stücks , - removing the spacer by the electric Ver ¬ bond and (connected) to release the first contact piece ¬,
- Bewegen des ersten Kontaktstücks durch die beaufschlagende Kraft zum zweiten Kontaktstück unter Beibehaltung des Kurz- Schlusses durch die Verbindung und  - Moving the first contact piece by the applying force to the second contact piece while maintaining the short-circuit through the connection and
- Anlegen des ersten Kontaktstücks am zweiten Kontaktstück und damit Schließen des Schalters durch die beiden aneinander anliegenden Kontaktstücke. Es werden also zwei Schalttechniken miteinander verbunden: Zum einen eine sehr schnelle Schalttechnik, z.B. durch gezieltes Erzeugen eines Lichtbogens zur schnellen Überbrü- ckung, und zum anderen die nachfolgende langsamere mechani¬ sche Schalttechnik durch ein vorgespanntes Element (elasti¬ sche Feder, Druckspeicher, etc.)- Vorteilhafterweise bildet der Lichtbogen gleichzeitig einen erforderlichen Überschlag- schütz. - Applying the first contact piece on the second contact piece and thus closing the switch through the two adjacent contact pieces. Thus, two switching technologies are connected to each other: On the one hand, a very fast switching technique, eg by specific generation of an arc for fast bridging ckung, and on the other subsequent slower mechanical ¬ specific circuitry by a biased member (elasti ¬ cal spring, pressure accumulators, etc.) - Advantageously, the arc forms at the same time protecting a required rollover.
Mit anderen Worten erhält man bei einer Kombination der beiden Schalttechniken folgendes Ergebnis: Tritt aufgrund eines Fehlerfalls eine Überspannung an einem Modul auf, zündet z.B. ein Lichtbogen aufgrund des z.B. für ein Vakuum entsprechend festgelegten Abstands beider Kontaktstücke. Das Modul wird bereits mit dem Lichtbogen überbrückt und damit aus der Rei¬ henschaltung genommen. Die zerstörerische Wirkung des Lichtbogens wird zeitlich unmittelbar dazu verwendet, eine Stütz- konstruktion in Form des Abstandshalters zu entfernen, wodurch die mechanische Schalttechnik freigegeben wird. Das anschießende mechanische Schließen des Schalters führt zum Ver¬ löschen des Lichtbogens und zu einem dauerhaften Verbinden der beiden Kontaktstücke miteinander. In other words, the combination of the two switching techniques yields the following result: If an overvoltage occurs on a module due to an error, an arc ignites, for example, due to the spacing of the two contact pieces, which is set correspondingly for a vacuum. The module is already bridged with the arc and thus removed from the Rei ¬ henschaltung. The destructive effect of the arc is used directly in time to remove a support structure in the form of the spacer, whereby the mechanical switching technology is released. The anschießende mechanical closing of the switch leads to Ver ¬ delete the arc and to a permanent connection of the two contact pieces together.
Einzeln betrachtet sind beide Schalttechniken unbrauchbar, das rein mechanische Schalterschließen zu langsam und eine Lichtbogenüberbrückung auf Dauer zu zerstörerisch ist. Viewed individually, both switching techniques are unusable, the purely mechanical switch closing too slow and a permanent arc bridging is too destructive.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels näher beschrieben. Es zeigen: The invention will be described below with reference to a game Ausführungsbei closer. Show it:
Fig. 1 einen Schalter mit beabstandeten Kontaktstücken einem Abstandshalter, 1 shows a switch with spaced contact pieces a spacer,
Fig. 2 den Schalter gemäß Fig. 1 mit zerstörtem Abstandshalter und einem Lichtbogen, der die beiden Kontaktstücke elektrisch verbindet und Fig. 2 shows the switch of FIG. 1 with destroyed spacer and an arc, which electrically connects the two contacts and
Fig. 3 den Schalter gemäß Fig. 2 mit aneinander liegenden Kontaktstücken. Fig. 1 zeigt einen Schalter 1 (Bypass-Schalter) für ein Modul eines Mehrstufenumrichters, bei dem mehrere Module elektrisch in Reihe geschaltet sind (alle nicht gezeigt) . Der Schalter 1 umfasst ein Gehäuse 2, durch das Anschlüsse 3 nach außen ge- führt sind, über die der Schalter 1 mit dem Modul verbunden und diesem parallelgeschaltet ist. Fig. 3 shows the switch of FIG. 2 with adjacent contact pieces. Fig. 1 shows a switch 1 (bypass switch) for a module of a multi-stage converter in which a plurality of modules are electrically connected in series (all not shown). The switch 1 comprises a housing 2 through which terminals 3 are led outwards, via which the switch 1 is connected to the module and connected in parallel thereto.
Weiter verfügt der Schalter 1 über ein bewegliches (erstes) Kontaktstück 4 und ein feststehendes (zweites) Kontaktstück 5, die mit den Anschlüssen 3 elektrisch verbunden sind. Bei geschlossenem Schalter 1 liegen die Kontaktstücke 4, 5 aneinander an (s. Fig. 3) und bei geöffnetem Schalter 1 sind sie voneinander beabstandet (s. Fig. 1) . Für den Abstand der beiden Kontaktstücke 4, 5 sorgt ein Abstandshalter 6, der zwi- sehen den beiden Kontaktstücken 4, 5 angeordnet ist, wobei die beiden Kontaktstücke 4, 5 bezogen auf Fig. 1 oben und unten am Abstandshalter 6 anliegen. Further, the switch 1 has a movable (first) contact piece 4 and a fixed (second) contact piece 5, which are electrically connected to the terminals 3. When the switch 1 is closed, the contact pieces 4, 5 abut each other (see Fig. 3) and when the switch 1 is open they are spaced from each other (see Fig. 1). For the distance between the two contact pieces 4, 5 provides a spacer 6, the see between the two contact pieces 4, 5 is arranged, wherein the two contact pieces 4, 5 relative to FIG. 1 abut the top and bottom of the spacer 6.
Der Abstandshalter 6 ist hier ein aus Glas hergestellter Hohlzylinder 6a. An dem Hohlzylinder 6a sind stirnseitig Metallplatten 7 angeordnet, welche die beiden Öffnungen des Hohlzylinders 6a verschließen. In dessen Innenraum 8 ist ein Vakuum 8a vorhanden; alternativ kann der Hohlzylinder 6a auch mit einem geeigneten Gas gefüllt sein. The spacer 6 is here a hollow cylinder 6a made of glass. On the hollow cylinder 6a metal plates 7 are arranged frontally, which close the two openings of the hollow cylinder 6a. In the interior 8 there is a vacuum 8a; Alternatively, the hollow cylinder 6a may also be filled with a suitable gas.
Das bewegliche Kontaktstück 4 ist von der Kraft F eines Ener¬ giespeichers 9 in Form einer gespannten Schraubenfeder 9a beaufschlagt, wobei die Kraft F in Richtung des feststehenden Kontaktstücks 5 wirkt. Die Schraubenfeder 9a befindet sich zwischen einer Metallplatte 10 und dem Kontaktstück 4 und ist in Fig. 1 zusammengedrückt und damit vorgespannt. Die Metall¬ platte 10 ist elektrisch mit dem oberen Anschluss 3 und mit¬ tels einer Verbindung in Form eines beweglichen Kabels 10a mit dem Kontaktstück 4 verbunden. Die Verbindung erfolgt hier also nicht über die Schraubenfeder 9a. Die Schraubenfeder 9a drückt das bewegliche Kontaktstück 4 in Fig. 1 nach unten gegen die obere Stirnseite des Hohlzylinders 6a, an der das obere Kontaktstück 4 anliegt und abgestützt ist. Der Hohlzy¬ linder 6a stützt sich hier beispielhaft am unteren Kontakt¬ stück 5 ab und leitet auf diese Weise die Kraft F über das untere Kontaktstück 5 in das Gehäuse 2 ein. Die Einleitung der Kraft F in das Gehäuse 2 kann selbstverständlich auch anders erfolgen. The movable contact piece 4 is a Ener ¬ giespeichers applied in the form of a twisted coil spring 9a of the force F 9, wherein the force F acts in the direction of the fixed contact piece. 5 The coil spring 9a is located between a metal plate 10 and the contact piece 4 and is compressed in Fig. 1 and thus biased. The metal ¬ plate 10 is electrically connected to the upper terminal 3 and with ¬ means of a compound in the form of a movable cable 10a with the contact piece. 4 The connection does not take place here via the coil spring 9a. The coil spring 9a pushes the movable contact piece 4 in Fig. 1 down against the upper end face of the hollow cylinder 6a, on which the upper contact piece 4 rests and is supported. The Hohlzy ¬ relieving 6a is supported here by way of example at the lower contact ¬ piece 5 and forwards in this manner a force F on the lower contact piece 5 in the housing. 2 The introduction of the force F in the housing 2 can of course be done differently.
Die Metallplatten 7 sind so ausgebildet (geformt) , dass im Fehlerfall, also bei Anliegen oder Überschreiten einer vorge- gebenen Spannung, also im Falle einer Überspannung, am Modul und damit an den Anschlüssen 3 des parallel geschalteten Schalters 1, ein Lichtbogen 11 selbsttätig zündet, um den Ab¬ stand zwischen den beiden Kontaktstücken 4, 5 zu überbrücken, d.h. das Modul kurzzuschließen. The metal plates 7 are formed (shaped) such that, in the event of a fault, ie when a predetermined voltage is applied or exceeded, ie in the event of overvoltage, at the module and thus at the terminals 3 of the parallel-connected switch 1, an arc 11 ignites automatically in order to bridge the distance between the two contact pieces 4, 5, ie to short-circuit the module.
Alternativ kann der Lichtbogen 11 auch aktiv durch eine das Überschreiten der vorgegebenen Spannung überwachenden Zündeinrichtung gezündet werden. In Fig. 2 ist der Schalter 1 mit gezündetem Lichtbogen 11 schematisch dargestellt. Der Lichtbogen 11 bildet hier einen Kurzschließer IIa, d.h. er stellt eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktstücken 4, 5 her, welche das Modul kurzschließt. Die Verbindung über den Lichtbogen 11 erfolgt innerhalb von Millisekunden, also in kürzester Zeit, während die beiden Kontaktstücke 4, 5 noch voneinander beabstandet sind . Alternatively, the arc 11 can be actively ignited by an igniting the predetermined voltage monitoring ignition device. In Fig. 2, the switch 1 with ignited arc 11 is shown schematically. The arc 11 here forms a short-circuiter IIa, i. he makes an electrical connection between the two contact pieces 4, 5, which short-circuits the module. The connection via the arc 11 takes place within milliseconds, ie in the shortest possible time, while the two contact pieces 4, 5 are still spaced apart.
Aufgrund des relativ großen Stroms, der durch das Modul eines Mehrstufenumrichters und bei kurzgeschlossenem Modul durch den Lichtbogen 11 fließt, weist der Lichtbogen 11 eine sehr hohe Energie auf. Diese Energie zerstört fast unmittelbar nach dem Zünden den Hohlzylinder 6a (u.a. aufgrund der erzeugten Hitze) und damit den Abstandshalter 6, an dem das be- wegliche Kontaktstück 4 abgestützt ist. 7. Alternativ kann die zeitlich vorgeschaltete elektrische Ver¬ bindung beispielsweise auch über eine Reihenschaltung eines gesteuerten elektrischen Schaltelements, z.B. eines Thyris¬ tors, und eines Bimetall-Leiters erfolgen, wobei das Verbie- gen des Bimetall-Leiters den Hohlzylinder 6a zerstört. Due to the relatively large current flowing through the module of a multi-stage converter and short-circuited module through the arc 11, the arc 11 has a very high energy. Almost immediately after ignition, this energy destroys the hollow cylinder 6a (inter alia due to the generated heat) and thus the spacer 6, on which the movable contact piece 4 is supported. 7th Alternatively, the time upstream electrical Ver ¬ bond can be effected, for example, also via a series arrangement of a controlled electrical switching element, for example a Thyris ¬ gate, and a bi-metal conductor, wherein the prohibit gene of the bimetal conductor destroyed the hollow cylinder 6a.
Durch den Wegfall des Hohlzylinders 6a und damit der Abstüt- zung wird das bewegliche Kontaktstück 4 freigegeben. Entsprechend bewegt die Schraubenfeder 9a (der Energiespeicher 9) das bewegliche Kontaktstück 4 nach unten zum feststehenden Kontakt 5. Während des gesamten Verlaufes der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 4 bleibt der Lichtbogen 11 erhalten und damit das Modul kurzgeschlossen. Bei Anlage des be¬ weglichen Kontaktstückes 4 am feststehenden Kontaktstück 5 erlischt der Lichtbogen 11 und der Strom fließt über die beiden aneinander anliegenden Kontaktstücke 4, 5. Due to the omission of the hollow cylinder 6a and thus the support, the movable contact piece 4 is released. Accordingly, the coil spring 9a (the energy storage 9) moves the movable contact piece 4 down to the stationary contact 5. During the entire course of the movement of the movable contact piece 4, the arc 11 is maintained and thus the module is short-circuited. When the be ¬ movable contact piece 4 on the fixed contact piece 5, the arc 11 expires and the current flows through the two contact pieces 4, 5 abutting each other.
In Fig. 3 sind die beiden Kontaktstücke 4, 5 aneinander anliegend gezeigt. In Fig. 3, the two contact pieces 4, 5 are shown abutting each other.
Das Verfahren zum Kurzschließen des Moduls weist damit allge¬ mein die Verfahrensschritte auf: I. Herstellen einer sehr schnellen elektrischen Verbindung zwischen den beiden Thus, the method of short-circuiting of the module has general ¬ my the method steps of: I. producing a very fast electrical connection between the two
beabstandeten Kontaktstücken 4, 5 und damit Kurzschließen des Moduls durch die elektrische Verbindung, II. Beseitigen des Abstandshalters 6 durch die elektrische Verbindung und Frei¬ gegeben des ersten Kontaktstücks 4, III. Bewegen des ersten Kontaktstücks 4 durch die beaufschlagende Kraft F zum zweiten Kontaktstück 5 unter Beibehaltung des Kurzschlusses durch die Verbindung und IV. Anlegen des ersten Kontaktstücks 4 am zweiten Kontaktstück 5 und damit Schließen des Schalters 1 und Kurzschließen des Moduls durch die beiden aneinander anliegenden Kontaktstücke 4, 5. Speziell wird die sehr schnelle elektrische Verbindung durch Zünden eines Lichtbogens 11 her- gestellt. Beim Abstandshalter 6 handelt es sich allgemein um eine Opferkonstruktion, die zum Kurzschließen des Moduls jeweils zerstört, also geopfert wird. Speziell ist die Opferkonstruk¬ tion ein Hohlzylinder 6a aus Glas. spaced contact pieces 4, 5 and thus short-circuiting of the module by the electrical connection, II. Elimination of the spacer 6 by the electrical connection and free ¬ given the first contact piece 4, III. Moving the first contact piece 4 by the acting force F to the second contact piece 5 while maintaining the short circuit through the connection and IV. Applying the first contact piece 4 on the second contact piece 5 and thus closing the switch 1 and short-circuiting of the module by the two adjacent contact pieces. 4 5. Specifically, the very fast electrical connection is made by igniting an arc 11. The spacer 6 is generally a sacrificial construction, which is destroyed to short-circuit the module in each case, so sacrificed. Specifically, the Opferkonstruk ¬ tion is a hollow cylinder 6a of glass.
Es werden also zwei Schaltertechniken miteinander verbunden. Zum einen die sehr schnelle elektrische Schaltertechnik z.B. durch gezieltes Erzeugen eines Lichtbogens 11 als schnellem Überbrückungskanal und zum anderen die langsamere mechanische Schaltertechnik z.B. durch ein vorgespanntes Federelement. Ersteres erfolgt innerhalb von Millisekunden. So two switcher techniques are connected. On the one hand the very fast electrical switch technology, e.g. by selectively generating an arc 11 as a fast bypass channel and, on the other hand, the slower mechanical switch technique, e.g. by a prestressed spring element. The former takes place within milliseconds.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schalter (1) zum Kurzschließen eines Moduls eines Mehrstufenumrichters, bei dem mehrere der Module elektrisch in Reihe geschaltet sind, A switch (1) for short-circuiting a module of a multi-stage converter in which a plurality of the modules are electrically connected in series,
mit einem beweglichen ersten Kontaktstück (4), das bei geschlossenem Schalter an einem zweiten Kontaktstück (5) anliegt und dabei das Modul kurzschließt, with a movable first contact piece (4) which, when the switch is closed, bears against a second contact piece (5), thereby short-circuiting the module,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h marked by
einen Energiespeicher (9), durch den das erste Kontaktstückan energy store (9) through which the first contact piece
(4) bei geöffnetem Schalter (1) mit einer in Richtung zweites Kontaktstück (5) wirkenden Kraft (F) beaufschlagt ist, einen mechanischen Abstandshalter (6), der bei geöffnetem Schalter (1) zwischen den beiden Kontaktstücken (4, 5) ange- ordnet ist und das Kraft beaufschlagte erste Kontaktstück (4) in einem vorgegebenen Abstand zum zweiten Kontaktstück (5) hält, wobei die beaufschlagende Kraft (F) das erste Kontakt¬ stück (4) nach Freigabe durch den Abstandshalter (6) am zweiten Kontaktstück (5) zur Anlage bringt, und (4) with an open switch (1) in the direction of the second contact piece (5) acting force (F) is acted upon, a mechanical spacer (6), with the switch open (1) between the two contact pieces (4, 5) - is arranged and the force acts on the first contact piece (4) at a predetermined distance to the second contact piece (5) holds, wherein the urging force (F) the first contact ¬ piece (4) after release by the spacer (6) on the second contact piece (5) causes, and
einen Kurzschließer (IIa), der bei Anliegen einer vorgegebenen Spannung an den beiden Kontaktstücken (4, 5) eine zeitlich vorgeschaltete elektrische Verbindung zwischen den bei¬ den beabstandeten Kontaktstücken (4, 5) herstellt, welche mit einer Beseitigung des Abstandshalters (6) verbunden ist. a short-circuiting device (IIa), which upon application of a predetermined voltage to the two contact pieces (4, 5) preparing a temporally upstream electrical connection between the at ¬ the spaced contact members (4, 5) which is connected to a removal of the spacer (6) is.
2. Schalter nach Anspruch 1, 2. Switch according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Abstandshalter (6) aus einem Hohlzylinder (6a) gebildet ist, an dessen Stirnseiten die Kontaktstücke (4, 5) Kraft (F) beaufschlagt anliegen und der durch die zeitlich vorgeschaltete elektrische Verbindung eine Beseitigung in Form einer Zerstörung erfährt. in that the spacer (6) is formed from a hollow cylinder (6a) on whose end faces the contact pieces (4, 5) act on force (F) and which undergoes an elimination in the form of a destruction due to the electrical connection connected upstream.
3. Schalter nach Anspruch 2, 3. Switch according to claim 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Hohlzylinder (6a) aus Glas gebildet ist. that the hollow cylinder (6a) is formed of glass.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1- 3, 4. Switch according to one of claims 1- 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass die zeitlich vorgeschaltete elektrischen Verbindung durch einen Lichtbogen (11) erfolgt, der den Hohlzylinder (6a) zerstört. in that the upstream electrical connection is effected by an arc (11) which destroys the hollow cylinder (6a).
5. Schalter nach Anspruch 4, 5. Switch according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Lichtbogen (11) selbständig zündet. that the arc (11) ignites independently.
6. Schalter nach Anspruch 5, 6. Switch according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass eine Zündeinrichtung den Lichtbogen (11) zündet. that an ignition device ignites the arc (11).
7. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, 7. Switch according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass die zeitlich vorgeschaltete elektrischen Verbindung über eine Reihenschaltung eines gesteuerten elektrischen Schaltelements und eines Bimetall-Leiters erfolgt, dessen mechani- sehe Verbiegung den Hohlzylinder (6a) zerstört. that the temporally upstream electrical connection via a series circuit of a controlled electrical switching element and a bimetallic conductor takes place, the mechanical see bending the hollow cylinder (6a) destroyed.
8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 - 7, 8. Switch according to one of claims 1 - 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Hohlzylinder (6a) mit einem Gas gefüllt oder im Hohlzylinder ein Vakuum (8a) ausgebildet ist. the hollow cylinder (6a) is filled with a gas or a vacuum (8a) is formed in the hollow cylinder.
9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 - 8, 9. Switch according to one of claims 1 - 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Energiespeicher (9) eine Schraubenfeder (9a) ist. the energy store (9) is a helical spring (9a).
10. Verfahren zum Kurzschließen eines Moduls bei Anliegen einer vorgegebenen Spannung mittels eines Schalters (1), der a) ein bewegliches erstes Kontaktstück (4) aufweist, das bei geschlossenem Schalter (1) an einem zweiten Kontaktstück (5) anliegt und dabei das Modul kurzschließt, das eines von meh¬ reren Modulen eines Mehrstufenumrichters ist, die elektrisch in Reihe zusammengeschaltet sind, b) einen Energiespeicher (9) aufweist, durch den das erste Kontaktstück (4) bei geöffnetem Schalter (1) mit einer in Richtung zweites Kontaktstück (5) wirkenden Kraft (F) beaufschlagt ist, 10. A method for short-circuiting a module when applying a predetermined voltage by means of a switch (1) having a) a movable first contact piece (4), which rests with the switch closed (1) on a second contact piece (5) and thereby the module short-circuits, which is one of mEH ¬ reren modules of a Mehrstufenumrichters which are electrically connected together in series, b) has an energy store (9) through which the first contact piece (4) is acted upon by a force (F) acting in the direction of the second contact piece (5) when the switch (1) is open,
c) einen mechanischen Abstandshalter (6) aufweist, der bei geöffnetem Schalter (1) zwischen den beiden Kontaktstücken (4, 5) angeordnet ist und das Kraft beaufschlagte erste Kon¬ taktstück (4) in einem vorgegebenen Abstand zum zweiten Kontaktstück (5) hält, c) has a mechanical spacer (6), which is arranged with open switch (1) between the two contact pieces (4, 5) and the force acted first Kon ¬ contact piece (4) at a predetermined distance from the second contact piece (5) .
mit folgenden Verfahrensschritten: with the following process steps:
- Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den beiden beabstandeten Kontaktstücken (4, 5) und damit Kurzschließen des Moduls durch die elektrische Verbindung,  - Establishing an electrical connection between the two spaced contact pieces (4, 5) and thus short-circuiting of the module by the electrical connection,
- Beseitigen des Abstandshalters (6) durch die elektrische Verbindung und Freigegeben des ersten Kontaktstücks (4), Removing the spacer (6) by the electrical connection and releasing the first contact piece (4),
- Bewegen des ersten Kontaktstücks (4) durch die beaufschla¬ gende Kraft (F) zum zweiten Kontaktstück (5) unter Beibehaltung des Kurzschlusses durch die Verbindung und - Moving the first contact piece (4) by the beaufschla ¬ ing force (F) to the second contact piece (5) while maintaining the short circuit through the connection and
- Anlegen des ersten Kontaktstücks (4) am zweiten Kontakt- stück (5) und damit Schließen des Schalters (1) durch die beiden aneinander anliegenden Kontaktstücke (4, 5).  - Applying the first contact piece (4) on the second contact piece (5) and thus closing the switch (1) by the two adjoining contact pieces (4, 5).
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