WO2023110286A1 - Short-circuit protection for a converter - Google Patents

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WO2023110286A1
WO2023110286A1 PCT/EP2022/082448 EP2022082448W WO2023110286A1 WO 2023110286 A1 WO2023110286 A1 WO 2023110286A1 EP 2022082448 W EP2022082448 W EP 2022082448W WO 2023110286 A1 WO2023110286 A1 WO 2023110286A1
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conductor
short
converter
line
circuit
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PCT/EP2022/082448
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German (de)
French (fr)
Inventor
Elmar Schaper
Alexander GÜNTER
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
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    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
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    • H02H7/1216Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters
    • HELECTRICITY
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    • H02H7/1222Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the input circuit, e.g. transients in the DC input

Definitions

  • the invention relates to a converter for connecting an electrical load to an energy supply network, the converter comprising a short-circuiting device. Furthermore, the invention relates to the use of such a converter for connecting an electrical load to an energy supply network.
  • this current-limiting switching elements such. As fuses and / or circuit breakers used. Critical parameters for these switching elements are often the forward current (peak value of the current that flows before switching off) and/or the tripping energy required (e.g. melting integral of a fuse, i.e. the energy required to switch off). The requirements for the corresponding variables depend on the connection values of the supply network, the switching element, the connected impedance that is effective despite the short-circuit (network impedance, line impedance, etc.) and the other elements that have to carry the short-circuit current.
  • a frequent problem when using the aforementioned current-limiting switching elements is that the permissible parameters for a downstream switching element (e.g. contactor, motor switching device, etc.) could be exceeded and smaller fuses therefore have to be selected.
  • a downstream switching element e.g. contactor, motor switching device, etc.
  • many current-limiting switching elements can switch off high short-circuit currents only too slowly, so that currents that are too high may flow through the downstream elements, which can lead to damage there.
  • this problem is relevant for frequency converters, especially since the requirements for short-circuit resistance have increased there.
  • frequency converters there is usually no internal protection against short circuits in the intermediate circuit, e.g. B. due to insulation damage and / or a defect in the intermediate circuit capacitor provided.
  • Corresponding short-circuit tests show that such errors in the intermediate circuit with relatively slow short-circuit protection (e.g. a circuit breaker) have massive effects and the resulting pressure wave can even lead to the opening of a control cabinet door. Consequently, there is a need for a solution by means of which the operational reliability of a converter, preferably a frequency converter, can be increased.
  • a converter preferably a frequency converter
  • the converter preferably serves to connect an electrical load (eg an electric motor) to a (eg single-phase or multi-phase) power supply network.
  • the preferably feedback-capable converter has a first converter, which can also be referred to below as a line-side converter for better differentiation.
  • the grid-side power converter can be used for connection to the power supply grid and/or can include one or more inputs for connection to the power supply grid.
  • the line-side power converter can be designed as a rectifier (for example as a diode rectifier) which converts a line-side AC voltage into a DC voltage.
  • the line-side power converter can also be designed as a direct-current converter.
  • the converter includes a further converter, which can be referred to below as a second or load-side converter for better differentiation.
  • the load-side power converter can be used for connection to the load and/or can include one or more inputs for connection to the load.
  • the load-side power converter should preferably be in the form of a preferably self-commutated inverter (eg an IGBT inverter), which converts a DC voltage into an AC voltage on the load side.
  • the load-side power converter can alternatively be designed as a direct-current chopper.
  • the converter includes a direct voltage intermediate circuit.
  • the mains-side converter and the load-side converter are electrically conductively connected to one another via the DC link.
  • the DC link can include a first circuit branch (DC+) and a second circuit branch (DC-).
  • the first circuit branch (DC+) can have a positive DC voltage-side connection of the grid-side term power converter to a positive DC voltage-side connection of the load-side power converter, while the second branch circuit (DC) connects a negative DC voltage-side connection of the line-side power converter to a negative DC voltage-side connection of the load-side power converter.
  • the DC voltage intermediate circuit preferably also has one or more intermediate circuit capacitors for smoothing the voltage in the intermediate circuit.
  • the DC voltage intermediate circuit can include a plurality of intermediate circuit capacitors connected in parallel and/or in series.
  • the converter is characterized in that the DC link has at least one short-circuiting device.
  • This at least one short-circuiting device is designed to automatically form at least one electrically conductive connection as a result of a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit (e.g. as a result of a defect in an intermediate circuit capacitor), with the at least one electrically conductive connection preferably being used to divert and/or re-channel the Short-circuit current is used.
  • the at least short-circuiting device is thus designed to provide an additional current path for the short-circuit current (e.g. to derive it from the converter into the power supply network) if there is a short-circuit current in the DC link, without external intervention being necessary for this.
  • the (additional) electrically conductive connection (mediated by the short-circuit current) can be formed automatically.
  • this can e.g. B. by means of a predefined (initially isolating) target breakdown point, d. H. a predefined weakening of the circuit, which becomes conductive as a result of the short-circuit current (bypass).
  • this can automatically shift the current via the newly formed conductive connection or the newly created current path in such a way that, to protect the components of the converter, the fault current is taken from the intermediate circuit and routed to a suitable point (e.g. back into the power supply network).
  • the at least one short-circuiting device can have a first short-circuiting device, which can also be referred to below as the first auxiliary short-circuit.
  • the first short-circuiting device can comprise a first conductor and a second conductor, it being possible for the second conductor to be electrically insulated from the first conductor (eg by an insulating circuit board material).
  • the first conductor can have a line constriction (e.g. in the form of a section-wise narrowing of the first conductor), which can be referred to below as the first line constriction or first ignition electrode.
  • the first line constriction can be designed in this way and the second conductor can also be designed in this way at the first line constriction be routed past the first conductor so that an insulation layer (e.g. a plastic such as polyurethane and/or a glass-fibre reinforced plastic such as FR4) between the first line constriction and the second conductor is destroyed, preferably thermally, in the event of a short-circuit current via the first conductor, so that the aforementioned at least one electrically conductive connection is present between the first conductor and the second conductor.
  • the first short-circuiting device is preferably designed such that in the event of a short-circuit current via the first conductor, a targeted thermal load is induced at the first line constriction (ignition electrode).
  • the first conductor or the adjoining insulation layer can be destructible as a result of this local (high) excess temperature in the area of the first line constriction, with the formation of a plasma channel, so that crosstalk to the adjoining second conductor is made possible.
  • deliberate (local) damage to the circuit to form an additional current path should preferably take place here, which is why the first short-circuiting device can also be referred to as the first desired breakdown point.
  • this can automatically (in the event of a short circuit) shift the current via the newly formed or specifically created electrically conductive connection in such a way that the second conductor takes over the fault current from the intermediate circuit and sends it to a suitable location (e.g.
  • the formation of the additional current path requires only a few milliseconds (cf. FIG. 6) and thus switches significantly faster than a circuit breaker that is preferably additionally present (typically 10-20 ms).
  • the first conductor and/or the second conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or in a meandering shape, preferably in a sharp-edged meandering shape.
  • the first line constriction of the first conductor and/or an end region of the second conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or (sharp-edged) meander shape.
  • first conductor and the second conductor can also be arranged parallel to one another, at least in sections. i.e. the first and second conductors can thus preferably be at the same distance at the first short-circuiting device or at the first line constriction run side by side.
  • An end region of the second conductor is preferably arranged at least in sections parallel to the first line constriction of the first conductor.
  • the first and second conductors each have the same zigzag course, the corresponding courses such (z. B. plane-parallel) are shifted or offset from one another that the first and second conductors in this area are always at a fixed distance run towards each other.
  • the second conductor can also be T-shaped in its end region, in which case the crossbar of the T-shape can be arranged to run parallel to the first conductor or the first line constriction. In this way, an extended desired breakdown point can be provided in an advantageous manner.
  • first conductor and the second conductor can also have at least one, preferably several, changes in direction. i.e. the first and second conductors can thus preferably change their course or direction once or several times in the case of the first short-circuiting device or in the case of the first line constriction.
  • first line constriction of the first conductor and/or an end region of the second conductor can preferably have at least one, preferably several, changes in direction.
  • the first and second conductors may e.g. B. be arranged in a zigzag shape, with other direction-changing geometries are possible. This variant also makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space.
  • the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor can be heatable by a current flow through the first line constriction. i.e. the insulation layer can thus be thermally coupled to the first conductor or the first line constriction in order to absorb heat from the first line constriction, in particular in the event of a short circuit.
  • the insulating layer e.g. a plastic
  • the insulating layer can also be designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached.
  • a time interval can be set via the material of the insulation layer and/or via the extent, in particular thickness, of the insulation layer until the insulation layer reaches the predetermined temperature or is destroyed and thus also a time interval until the short-circuiting device (e.g. due to flashover or arcing) becomes electrically conductive.
  • a combination of material and geometry of the insulation layer or geometry of the short-circuiting device that is suitable for the specific application can be found by a person skilled in the art, e.g. B. by appropriate preliminary tests (short-circuit tests). Overall, this allows advantageously the breakdown properties of the short-circuiting device can be set or specified.
  • the second conductor can have a line constriction, which can be referred to below as the second line constriction for better differentiation.
  • both the first conductor can have a (first) line constriction and the second conductor can have a (second) line constriction.
  • the second line constriction is preferably arranged in an end region (eg at a distal end) of the second conductor.
  • the expression "line constriction” can preferably be understood as a narrowing or tapering of the respective conductor cross-section, i.e. a deliberate (local) reduction of the geometric dimensions of the respective conductor.
  • the second line constriction of the second conductor can be arranged adjacent to the first line constriction of the first conductor
  • the first and second line bottlenecks can thus be arranged, preferably close together, and/or in the immediate vicinity.
  • the first and second line bottlenecks are therefore preferably only separated from one another by the aforementioned insulation layer advantageously the crosstalk or formation of a conductive connection between the first and second conductors can be set.
  • the DC voltage intermediate circuit can have a circuit branch which connects the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive), the corresponding circuit branch being referred to below as the first circuit branch for better differentiation.
  • the first circuit branch e.g. in the form of a strip conductor or conductor rail
  • the first circuit branch can connect a positive DC voltage-side connection of the grid-side converter to a positive DC voltage-side connection of the load-side converter (DC+).
  • the first circuit branch can also connect a negative DC voltage-side connection of the line-side converter to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter (DC-).
  • the first conductor of the first short-circuiting device can be arranged in the first circuit branch or in front of the first circuit branch. i.e. the first conductor or the first line constriction can preferably be a (partial) section of the first circuit branch.
  • a first end of the first conductor or the first line constriction e.g. via a conductor section of the first circuit branch
  • a second end of the first conductor or the first line constriction e.g. B. via another conductor piece of the first circuit branch
  • a current shift from the intermediate circuit can be made possible by a response of the first short-circuiting device.
  • the DC voltage intermediate circuit can have a further circuit branch, which can be referred to below as the second circuit branch.
  • the direct voltage intermediate circuit thus preferably comprises two circuit branches.
  • the second circuit branch can also connect the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive).
  • z. B. connect the first circuit branch a positive DC voltage side terminal of the line-side converter with a positive DC voltage side terminal of the load-side converter
  • z. B. the second circuit branch (z. B. in the form of a conductor track or conductor rail) can connect a negative DC voltage-side terminal of the line-side converter with a negative DC voltage-side terminal of the load-side converter.
  • the second conductor of the first short-circuiting device can be arranged in the second circuit branch or in front of the second circuit branch. i.e. the second conductor can preferably be a (partial) section of the second circuit branch.
  • a first end of the second conductor or the second line constriction e.g. via a conductor section of the second circuit branch
  • a second end of the second conductor or the second line constriction e.g. B. via another conductor piece of the second circuit branch
  • the first conductor and the second conductor are therefore preferably located in different circuit branches of the DC voltage intermediate circuit, i. H.
  • a targeted connection between the circuit branches of the DC voltage intermediate circuit can be made possible in order to separate subsequent components from the current flow.
  • the grid-side power converter can have a first grid connection for connecting to the power supply grid.
  • the first mains connection which can also be referred to as the first mains-side input of the mains-side converter, z. B. for connecting to a (first) phase (z. B. LI) be formed of a three-phase power supply network.
  • the first mains connection can e.g. B. include one or more contact elements (z. B. screw, spring and / or insulation displacement contacts) for connecting a conductor of the power supply network.
  • the second conductor of the first short-circuiting device be connected (electrically conductive) to the aforementioned first network connection of the network-side power converter.
  • the second conductor can be connected to the first mains connection via a corresponding connecting line (e.g. in the form of a conductor track).
  • a corresponding connecting line e.g. in the form of a conductor track.
  • the DC voltage intermediate circuit can have a further short-circuiting device.
  • this (additional) short-circuiting device can be referred to below as the "second" short-circuiting device.
  • the second short-circuiting device can preferably be constructed identically to the first short-circuiting device, with the corresponding components being referenced differently in the following for better differentiation.
  • the second short-circuiting device can in particular comprise a third conductor and a fourth conductor, it being possible for the fourth conductor to be electrically insulated from the third conductor (e.g. by an insulating circuit board material).
  • the third conductor can have a line constriction (e.g. in the form of a sectional narrowing of the first conductor), which can be referred to as a "third" line constriction to distinguish it from the aforementioned "first" or “second” line constrictions of the first short-circuiting device.
  • the third line constriction can be designed in such a way and the fourth conductor can be routed past the third line constriction of the third conductor in such a way that an additional insulating layer (e.g.
  • the second short-circuiting device can also be preferably designed such that in the event of a short-circuit current via the third conductor a targeted thermal load is induced at the third cable constriction (ignition electrode).
  • the third conductor or the adjoining further insulating layer can be destructible as a result of this local (high) excess temperature in the area of the line constriction, with the formation of a plasma channel, so that crosstalk to the adjoining fourth conductor is made possible.
  • a (further) current transfer via the newly formed or specifically created current path of the second short-circuiting device can thereby be made possible.
  • the third conductor of the second short-circuiting device--in addition to or as an alternative to the second conductor of the first short-circuiting device-- can be arranged in the aforementioned second circuit branch of the DC voltage link.
  • the second circuit branch can connect the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive).
  • the second circuit branch (z. B. in the form of a conductor track or conductor rail) connect a negative DC voltage side terminal of the line-side power converter with a negative DC voltage side terminal of the load-side converter
  • the first circuit branch can connect a positive DC voltage-side terminal of the line-side converter to a positive DC voltage-side terminal of the load-side converter.
  • the third conductor of the second short-circuiting device can preferably also be a (partial) section of the second circuit branch.
  • a first end of the third conductor or the third line constriction can be electrically conductively connected to the line-side converter (e.g. via a conductor section of the second circuit branch) and/or a second end of the third conductor or the third line constriction (e.g. B. via another conductor piece of the second circuit branch) with the load-side power converter can be electrically conductively connected.
  • the grid-side power converter can have a second grid connection for connecting to the power supply grid.
  • the second mains connection which can also be referred to as the second mains-side input of the mains-side converter, can, for. B. for connection to a (second) phase (z. B. L3) be formed of a three-phase power supply network.
  • the second mains connection can e.g. B. include one or more contact elements (z. B. screw, spring and / or insulation displacement contacts) for connecting a conductor of the power supply network.
  • the fourth conductor of the second short-circuiting device can be connected (electrically conductive) to the aforementioned second network connection of the network-side power converter.
  • the fourth conductor can be connected to the second mains connection via a corresponding connecting line (e.g. in the form of a conductor track).
  • a (further) current transfer or derivation of the short-circuit current to the input of the grid-side converter can thereby take place, as a result of which the energy can be routed past the grid-side converter, in particular any diodes that may be present there.
  • the fourth conductor of the second short-circuiting device can be connected (electrically conductive) to the second conductor of the first short-circuiting device via a preferably potential-free connecting line.
  • the converter can include a preferably potential-free connecting line (e.g. in the form of a conductor track) via which the first and second Short-circuiting device are connected to each other.
  • a first (distal) end of the connecting line can be connected to the second conductor of the first short-circuiting device and/or a second (distal) end of the connecting line can be connected to the fourth conductor of the second short-circuiting device.
  • this allows the two short-circuiting devices to be brought together in order to separate subsequent components from the current flow in the event of a fault.
  • the third and fourth conductors of the second short-circuiting device can be arranged at least in sections in a wavy, zigzag and/or meandering manner, preferably in a sharp-edged meandering manner, analogously to the embodiment variants of the first short-circuiting device.
  • the third line constriction of the third conductor and/or an end region of the fourth conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or (sharp-edged) meander shape.
  • This type of embodiment in turn makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space.
  • the tips of the aforementioned structures advantageously allow a high field concentration and thus a deliberate weakening of the insulation or insulation layer there.
  • the third conductor and the fourth conductor of the second short-circuiting device can be arranged parallel to one another, at least in sections. i.e. the third and fourth conductors can thus preferably run next to one another at the same distance in the case of the second short-circuiting device or in the case of the third line constriction.
  • An end region of the fourth conductor is preferably arranged at least in sections parallel to the third line constriction of the third conductor.
  • the fourth conductor can be configured in a T-shape in its end region, it being possible for the transverse line of the T-shape to be arranged running parallel to the third conductor or the third line constriction. In this way, an extended desired breakdown point can be provided in an advantageous manner.
  • the third conductor and the fourth conductor of the second short-circuiting device can also have at least one, preferably several, changes in direction. i.e. the third and fourth conductors can thus preferably change their course or direction course one or more times in the case of the second short-circuiting device or in the case of the third line constriction.
  • the third line constriction of the third conductor and/or an end region of the fourth conductor can preferably have at least one, preferably several, changes in direction.
  • the third and fourth conductor z. B. be arranged in a meandering shape, with others direction-changing geometries are possible. This variant also makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space.
  • the further insulation layer (present between the third line constriction and the fourth conductor) can be heatable by a current flow through the third line constriction. i.e. the further insulation layer can thus be thermally coupled to the third conductor or the third line constriction in order, in particular in the event of a short circuit, to absorb heat from the third line constriction.
  • the further insulating layer e.g. a plastic
  • the further insulating layer can also be designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached.
  • a time interval can be set via the material of the further insulation layer and/or via the extent, in particular thickness, of the further insulation layer until the further insulation layer reaches the predetermined temperature or is destroyed and thus also a time interval until the second short-circuiting device (e.g. B. by sparking or arcing) becomes electrically conductive.
  • the second short-circuiting device e.g. B. by sparking or arcing
  • the second short-circuiting device can be configured identically to the first short-circuiting device.
  • the two short-circuiting devices can also be designed differently.
  • the fourth conductor can also have a line constriction, which can be referred to below as the fourth line constriction for better differentiation.
  • both the third conductor can have a (third) line constriction and the fourth conductor can have a (fourth) line constriction.
  • the fourth line constriction is preferably arranged in an end region (eg at a distal end) of the fourth conductor.
  • the fourth line constriction of the fourth conductor can be arranged adjacent to the third line constriction of the third conductor.
  • the third and fourth line constriction can thus be arranged, preferably close together and/or in the immediate vicinity.
  • the third and fourth line bottlenecks are thus preferably only separated from one another by the aforementioned further insulation layer.
  • the first and/or the second short-circuiting device can be arranged within a printed circuit board. Additionally or alternatively, the first and/or the second short Closing device can also be arranged between two printed circuit boards attached to one another. Provision is preferably made for all the cables of the converter to be routed in an inner layer of a printed circuit board.
  • the corresponding arrangement of the conductors and in particular the first and/or second short-circuiting device within the printed circuit board has the advantage that the energy released in the event of a short circuit is released as far as possible within the printed circuit board and thus not on other surfaces. A plasma cloud on the surface of the circuit board, which z. B. with regard to protection against accidental contact and components flying around as a result of a pressure surge, can thus be effectively avoided.
  • the grid-side converter can be a three-phase converter.
  • the line-side power converter can thus have at least three line connections on the line side.
  • the mains connections can be used and/or designed to connect one phase of a three-phase power supply network.
  • the load-side converter can also be a three-phase converter.
  • the load-side power converter can have at least three load connections on the load side.
  • the load terminals can serve and/or be designed to connect one phase of a three-phase load (e.g. each phase of a three-phase asynchronous motor).
  • the DC voltage intermediate circuit can have an intermediate circuit capacitor.
  • the intermediate circuit capacitor is preferably used to compensate for line inductances or to smooth the voltage in the DC voltage intermediate circuit.
  • the first and second circuit branches can be electrically coupled via the aforementioned intermediate circuit capacitor.
  • one electrode of the intermediate circuit capacitor can be connected to the first circuit branch (electrically conductive), while a second electrode of the intermediate circuit capacitor can be connected to the second circuit branch (electrically conductive).
  • a use of a converter as described in this document for connecting an electrical load (e.g. an electric motor) to a power supply network is provided.
  • the features described in connection with the converter should also be considered disclosed and claimable in connection with its use. The same should also apply vice versa.
  • the use of the converter includes a preferably automatic formation of at least one electrically conductive connection by means of the at least one short-circuiting device of the converter by a short-circuit short-circuit current in the DC link. i.e. preferably, as a result of the short-circuit current or mediated by the short-circuit current, a preferably automatic formation of a new or additional current path can take place, with this preferably serving to divert the short-circuit current.
  • the use can also include destroying, preferably thermally, the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor in the event of a short-circuit current via the first conductor, so that an electrically conductive connection between between the first and second conductors.
  • the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor can preferably be heatable by a current flow through the first line constriction, in which case the insulation layer (e.g. a plastic) can be designed to melt and/or close when a predetermined temperature is reached evaporate.
  • the use can include deliberately inducing a thermal load at the first line constriction in order to thereby melt and/or vaporize the insulating layer, so that the first and second conductors (e.g. B. by arcing, or arcing) are electrically connected.
  • the use can also or alternatively also involve, preferably thermal, destruction of the further insulation layer present between the third line constriction and the fourth conductor in the event of a short-circuit current via the third conductor, so that an electrically there is a conductive connection between the third and fourth conductors.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a converter according to a first embodiment
  • FIG. 2 a schematic representation of a converter according to a second embodiment
  • FIG. 3 a schematic representation of a converter according to a third embodiment
  • FIG. 4 a schematic detailed representation of a short-circuiting device according to an embodiment
  • FIG. 5 a schematic sectional view of one embedded in a printed circuit board
  • Short-circuiting device according to one embodiment
  • FIG. 6 example of a short-circuit current over time within a converter with a short-circuiting device according to one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a converter 100 according to a first specific embodiment.
  • the generic converter 100 is preferably a frequency converter, i. H. a device for converting a fed-in AC voltage into another AC voltage (e.g. with a changed frequency and/or amplitude).
  • the converter 100, the z. B. can be encased by a housing 101, can preferably be used to connect an electrical load 1, for example in the form of an electric motor, to a power supply network 2, wherein the power supply network 2 can be a three-phase power supply network in the present case - merely by way of example .
  • the preferably regenerative converter 100 has a line-side converter 10 .
  • the line-side converter 10 can be used for connection to the power supply system 2 and can accordingly comprise one or more connections, in the present example three connections 11 , 12 and 13 , for connection to the power supply system 2 .
  • the line-side converter 10 z. B. be designed as a diode rectifier, which is set up to convert a mains-side AC voltage into a DC voltage.
  • the converter 100 includes a further load-side converter 20.
  • the load-side converter 20 can be used to connect to the load 1 and accordingly include one or more connections, in this case three connections 21, 22 and 23, for connection to the load 2.
  • the load-side power converter 20 can be embodied as a preferably self-commutated inverter (eg an IGBT inverter), which is embodied to convert a DC voltage into an AC voltage on the load side.
  • the converter 100 has a direct voltage intermediate circuit 30 .
  • the line-side converter 10 and the load-side converter 20 are electrically conductively connected to one another via the DC link 30 .
  • the DC voltage intermediate circuit 30 can comprise a first circuit branch 31 and a second circuit branch 32 purely by way of example.
  • the first circuit branch 31 can connect a positive DC voltage-side connection of the grid-side converter 10 to a positive DC voltage-side connection of the load-side converter 20, while the second circuit branch 32 can connect a negative DC voltage-side connection of the grid-side converter 10 to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter 20.
  • the DC voltage intermediate circuit 30 preferably also has an intermediate circuit capacitor 33 for smoothing the voltage in the DC voltage intermediate circuit 30 .
  • the intermediate circuit capacitor 33 shown can be understood as an equivalent circuit diagram for any intermediate circuit capacitance, so that the DC voltage intermediate circuit 30 z. B. also several, z. B. may include intermediate circuit capacitors 33 connected in parallel and/or in series.
  • the intermediate circuit capacitor 33 can z. B. the first and second circuit branch 31, 32 electrically couple to each other.
  • the DC link 30 also has at least one short-circuiting device, with the present exemplary embodiment only comprising a (first) short-circuiting device 40.
  • the at least one short-circuiting device 40 preferably serves to form an additional current path in the event of a fault.
  • This can be z. B. be one of the following exemplary faults: an internal short circuit (e.g. a diode) in the line-side converter 10, a defective component in the load-side converter 20 (e.g.
  • the at least one short-circuiting device is designed to automatically form at least one (additional) electrically conductive connection as a result of a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit 30 (e.g. as a result of one of the aforementioned cases), the at least one electrically conductive connection preferably being used for rerouting and/or or re-channelling the short-circuit current.
  • the at least one short-circuiting device can include a first short-circuiting device 40 for this purpose, the exemplary structure of which will be described in more detail in connection with FIG.
  • the first short-circuiting device 40 may include a first conductor 41 and a second conductor 42 .
  • the second conductor can be electrically insulated from the first conductor 41 (e.g. by an insulating printed circuit board material).
  • the first conductor 41 can have a first line constriction 43 (e.g. in the form of a sectional narrowing of the first conductor 41).
  • the first line constriction 43 is merely embodied in a zigzag shape, ie the first conductor 41 runs there in a zigzag line with several changes in direction.
  • the corresponding peaks advantageously allow a high field concentration and thus a deliberate weakening of the insulation there.
  • the first line constriction (43) can also be designed in such a way and the second conductor 42 can also be routed past the first line constriction 43 of the first conductor 41 (cf. e.g. Figure 4) such that a line constriction 43 and the second Conductor 42 existing insulation layer 44 (e.g.
  • a plastic such as polyurethane
  • a plastic such as polyurethane is destroyed, preferably thermally, in the event of a short-circuit current via the first conductor 41, so that the aforementioned at least one electrically conductive connection between the first conductor 41 and the second conductor 42 is present.
  • the second conductor 42 preferably also has a line constriction 45 (e.g. also zigzag-shaped), which should be referred to as the “second” line constriction 45 for better differentiation End region of the second conductor 42 can be arranged and/or arranged adjacent to the first line constriction 43 of the first conductor 41.
  • the first and second line constriction 43, 45 can thus preferably be arranged close together and/or in the immediate vicinity and only by preferably thin, insulating layer 44.
  • the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can be arranged in the first circuit branch 31 of the DC link 30 .
  • the first conductor 41 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the first circuit branch 31 .
  • a first end of the first conductor 41 or the first line constriction 43 can be electrically conductively connected to the line-side converter 10 via a (first) conductor section 31a of the first circuit branch 31, and a second end of the first conductor 41 or the first line constriction 43 be electrically conductively connected to the load-side converter 20 via a (second) conductor piece 31b of the first circuit branch 31 .
  • the second conductor 42 of the first short-circuiting device 40 can be arranged in the second circuit branch 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 .
  • the second conductor 42 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the second circuit branch 32 .
  • a first end of the second conductor 42 or the second line constriction 45 can be electrically conductively connected to the line-side converter 10 via a (first) conductor section 32a of the second circuit branch 32 and a second end of the second conductor 42 or the second line constriction 45 be electrically conductively connected to the load-side converter 20 via a (second) conductor piece 32b of the second circuit branch 32 .
  • a targeted connection between the circuit branches 31 and 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 can thereby be made possible in an advantageous manner, in order thereby to separate subsequent components from the current flow.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a converter 100 according to a second specific embodiment.
  • the basic structure of the converter 100 consisting of a line-side converter 10 and a load-side converter 20, which are electrically conductively connected via a DC voltage intermediate circuit 30, is identical to the embodiment described above.
  • the connection/arrangement of the first short-circuiting device 40 differs in the present exemplary embodiment.
  • the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can in turn be arranged in the first circuit branch 31 of the DC voltage intermediate circuit 30 . That is, the first conductor 41 or the first line constriction 43 can, for. B.
  • the current can be shifted or the short-circuit current diverted to the input of the line-side converter 10, so that the energy can be routed past the line-side converter 10, in particular any diodes that may be present there.
  • the DC link 30 in the exemplary embodiment shown has a further (second) short-circuiting device 50 .
  • the basic structure of this second short-circuiting device 50 can be identical to that of the first short-circuiting device 40 (as shown by way of example), although the corresponding components are referenced differently for better differentiation.
  • the second short-circuiting device 50 can comprise a third conductor 51 and a fourth conductor 52, it being possible for the fourth conductor 52 to be electrically insulated from the third conductor 51 (e.g. by an insulating circuit board material).
  • the third conductor 51 can have a "third" line constriction 53 (e.g. in the form of a sectional narrowing of the first conductor).
  • the third line constriction 53 is again - merely by way of example - zigzag-shaped.
  • the third line constriction 53 can be designed in such a way and the fourth conductor 52 can be routed past the third line constriction 53 of the third conductor 51 in such a way that a further insulation layer 54 (e.g.
  • a plastic such as polyurethane
  • a short-circuit current via the third conductor 51 preferably thermally, is destroyed, so that there is an electrically conductive connection between the third conductor 51 and the fourth conductor 52.
  • the fourth conductor 52 can also in turn have a fourth line constriction 55 (e.g. likewise embodied in a zigzag shape). As is shown here, this can be arranged in an end region of the fourth conductor 52 and/or arranged adjacent to the third line constriction 53 of the third conductor 51 .
  • the third and fourth line bottlenecks 53, 55 can thus be arranged, preferably close together, and/or in the immediate vicinity and only be separated from one another by the further insulating layer 54, which is preferably thin.
  • the second short-circuiting device 50 can thus also be advantageous In the event of a short circuit, another current path for dissipating the short-circuit current is automatically formed.
  • a short-circuit current can also be discharged to the input of the line-side converter 10 by means of the second short-circuiting device 50 .
  • the third conductor 51 of the second short-circuiting device 50 can be arranged in the second circuit branch 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 . i.e. the third conductor 51 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the second circuit branch 32 .
  • a first end of the third conductor 51 or the third line constriction 53 can be electrically conductively connected to the line-side converter 10 via a (first) conductor section 32a of the second circuit branch 32, and a second end of the third conductor 51 or the third line constriction 53 be electrically conductively connected to the load-side converter 20 via a (second) conductor piece 32b of the second circuit branch 32 .
  • the fourth conductor 52 or the fourth line constriction 55 of the second short-circuiting device 50 can be electrically conductively connected to the second line connection 12 of the line-side converter 10.
  • the short-circuit current can be shifted or diverted to the second grid connection 12 of the grid-side converter 10 .
  • both short-circuiting devices 40 and 50 would respond, whereas in the event of a fault to ground (indicated by arrows 82 and 83), only one of the two short-circuiting devices, i. H. e.g. B. only the first short-circuiting device 40 or only the second short-circuiting device 50 can respond.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a converter 100 according to a third specific embodiment.
  • This embodiment also has two short-circuiting devices 40 and 50 in the DC link 30 as an example.
  • the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can again be arranged in the first circuit branch 31 of the DC voltage intermediate circuit 30 and the third conductor 51 of the second short-circuiting device 50 can again be arranged in the second circuit branch 51 of the DC link 30 may be arranged.
  • the second conductor 52 are present first short-circuiting device 40 and the fourth conductor 52 of the second short-circuiting device 50 is not connected to the input of the line-side converter 10 .
  • the second conductor 42 of the first short-circuiting device is electrically conductively connected to the fourth conductor of the second short-circuiting device 50 via a preferably potential-free connecting line 60 .
  • a first (distal) end of the connecting line 60 can be connected to the second conductor 42 or the second line constriction 43 of the first short-circuiting device 40 and/or a second (distal) end of the connecting line 60 can be connected to the fourth conductor 52 or the fourth Line constriction 43 of the second short-circuiting device 50 may be connected.
  • this allows the two short-circuiting devices 40 and 50 to be brought together in order to separate subsequent components from the current flow in the event of a fault.
  • FIG. 4 shows a schematic detailed representation of a short-circuiting device according to an embodiment.
  • the corresponding components are described with reference to the nomenclature of the first short-circuiting device 40 merely as an example. However, it is immediately obvious to a person skilled in the art that the second short-circuiting device 50 can also be designed accordingly.
  • the first short-circuiting device 40 shown as an example has a first conductor 41 (eg in the form of a conductor track) and a second conductor 42 (eg in the form of a conductor track).
  • the second conductor 42 is in this case from the first conductor 41, z. B. electrically isolated by an insulating circuit board material, not shown.
  • the first conductor 41 has a line constriction, which should be referred to as the first line constriction 43 for better differentiation.
  • the first line constriction 43 is preferably a (local) narrowing of the conductor cross section. i.e. the first conductor 41 can in the first line constriction 43 z. B. thinner than before and / or after the first line constriction 43 may be formed.
  • the first constriction 43 z. B. zigzag-shaped, d. H. the first conductor 41 can there run in a zigzag line with corresponding conductor tips.
  • the second conductor 42 can also, as shown by way of example, have a line constriction, which should be referred to as the second line constriction 45 for better differentiation.
  • the second line constriction 45 can be arranged in an end region of the second conductor 42, as shown.
  • the second line constriction 45 of the second conductor 42 is preferably also designed in a zigzag shape.
  • the second line constriction 45 of the second conductor 42 can be arranged adjacent to the first line constriction 43 of the first conductor 41 .
  • the first and second line bottlenecks 43, 45 can be arranged offset plane-parallel, preferably at a small distance from one another.
  • the first and second line constriction 43, 45 can thus only be separated from one another by a preferably thin insulating layer 44 (not expressly shown).
  • This geometry of the first short-circuiting device 40 can advantageously provide a (defined) target breakdown point which, in the event of a fault, enables a corresponding formation of a conductive connection between the first and second conductors 41, 42 by destroying the insulation layer 44 induced by a short-circuit current.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a short-circuiting device embedded in a printed circuit board 70 according to an embodiment.
  • all lines of the converter 100 are routed from the mains input to the load output in an inner layer of a printed circuit board 70.
  • FIG. B from ceramic materials, plastics such as polyamide or polytetrafluoroethylene, and / or other materials, the present example, the first short-circuiting device 40 is arranged.
  • the distance between the first line constriction 43 and the second line constriction 45 or the thickness of the separating insulating layer 44 can, as shown here, be less than the lateral extension of the respective first or second conductor 41, 42 in the region of the respective line constriction 43, 45 .
  • the printed circuit board 70 can include further line layers, the line layers 71, 72, 73 and 74 being shown here merely as examples. Appropriately arranging the one or more short-circuiting devices within the printed circuit board 70 has the advantage that the energy released in the event of a short circuit is released as far as possible within the printed circuit board and thus not on other surfaces.
  • FIG. 6 shows an exemplary current profile over time in the event of a short circuit in a claimed converter 100 with a first short-circuiting device 40 according to one specific embodiment.
  • the short-circuit current in the DC link 30 of the converter 100 rises more or less linearly.
  • the first short-circuiting device 40 of the converter responds, ie the insulating layer 44 of the first short-circuiting device 40 is destroyed and the first short-circuiting device 40 becomes electrically conductive (e.g. by sparkover or arcing) or an electrically conductive one is then present connection between the first and second conductors 41, 42.
  • the short-circuit current in the DC link 30 collapses and a current shift takes place via the first short-circuiting device 40 .
  • the current then flowing via the first short-circuiting device 40 is shown in curve 5b. This continues to increase until finally the current flow is preferably ended by switching a current-limiting switching element 3 (eg a power circuit breaker and/or a safety fuse) upstream of the converter 100 on the network side.
  • the time interval At until the first short-circuiting device 40 is triggered can be set by appropriately designing the first line constriction 43 or via the material of the insulation layer 44 and/or via the extent, in particular thickness, of the insulation layer 44, which is determined, for example, by means of corresponding preliminary tests can be.

Abstract

The invention relates, inter alia, to a converter (100) for connecting an electrical load (1) to a power supply grid (2), comprising a grid-side power converter (10) and a load-side power converter (20), wherein the grid-side power converter (10) and the load-side power converter (20) are electrically interconnected by means of DC link (30). The invention is characterized in that the DC link (30) has at least one short-circuit device (40, 50), the at least one short-circuit device (40, 50) being designed such that, as a result of a short-circuit current in the DC link (30), the at least one short-circuit device automatically forms at least one electrical connection for redirecting the short-circuit current. The invention also relates to the use of a converter (100) of this type to connect an electrical load (1) to a power supply grid (2).

Description

Kurzschlussschutz für einen Umrichter Short-circuit protection for a converter
Die Erfindung betrifft einen Umrichter zum Anschließen einer elektrischen Last an ein Energieversorgungsnetz, wobei der Umrichter eine Kurzschließeinrichtung umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Umrichters zum Anschließen einer elektrischen Last an ein Energieversorgungsnetz. The invention relates to a converter for connecting an electrical load to an energy supply network, the converter comprising a short-circuiting device. Furthermore, the invention relates to the use of such a converter for connecting an electrical load to an energy supply network.
Aus Gründen der elektrischen Sicherheit ist bei Netzanwendungen in der Regel ein Schutz vor Kurzschlüssen erforderlich. Üblicherweise werden hierfür strombegrenzende Schaltelemente, wie z. B. Sicherungen und/oder Leistungsschutzschalter, verwendet. Kritische Parameter für diese Schaltelemente sind hierbei oftmals der Durchlassstrom (Spitzenwert des Stromes, der vor der Abschaltung fließt) und/oder die erforderliche Auslöseenergie (z. B. Schmelzintegral einer Sicherung, also die Energie, die notwendig ist, die Abschaltung herbeizuführen). Die Anforderungen an die entsprechenden Größen sind dabei abhängig von den Anschlusswerten des Versorgungsnetzes, dem Schaltelement, der angeschlossenen Impedanz, die trotz Kurzschluss wirksam ist (Netzimpedanz, Leitungsimpedanz usw.) sowie den weiteren Elementen, die den Kurzschlussstrom führen müssen. For reasons of electrical safety, protection against short circuits is usually required for mains applications. Usually this current-limiting switching elements such. As fuses and / or circuit breakers used. Critical parameters for these switching elements are often the forward current (peak value of the current that flows before switching off) and/or the tripping energy required (e.g. melting integral of a fuse, i.e. the energy required to switch off). The requirements for the corresponding variables depend on the connection values of the supply network, the switching element, the connected impedance that is effective despite the short-circuit (network impedance, line impedance, etc.) and the other elements that have to carry the short-circuit current.
Ein häufiges Problem beim Einsatz vorgenannter strombegrenzenden Schaltelementen ist hierbei, dass für ein nachgeschaltetes Schaltelement (z. B. Schütz, Motorschaltgerät o. ä.) die zulässigen Parameter überschritten werden könnten und daher kleinere Sicherungen ausgewählt werden müssen. Dies führt bei Schaltungen mit hohen Spitzenströmen (z. B. Anlaufströme von Motoren) zu einem Designkonflikt. Ferner können viele strombegrenzende Schaltelemente nur zu langsam hohe Kurzschlussströme abschalten, sodass durch die nachgelagerten Elemente ggf. zu große Ströme fließen, wodurch es dort zu Schäden kommen kann. A frequent problem when using the aforementioned current-limiting switching elements is that the permissible parameters for a downstream switching element (e.g. contactor, motor switching device, etc.) could be exceeded and smaller fuses therefore have to be selected. In the case of circuits with high peak currents (e.g. starting currents of motors), this leads to a design conflict. Furthermore, many current-limiting switching elements can switch off high short-circuit currents only too slowly, so that currents that are too high may flow through the downstream elements, which can lead to damage there.
Diese Problematik ist nicht zuletzt bei Frequenzumrichtern relevant, insbesondere da dort die Anforderungen bzgl. der Kurzschlussfestigkeit gestiegen sind. So ist bei Frequenzumrichtern in der Regel im Zwischenkreis kein interner Schutz gegen Kurzschlüsse, z. B. aufgrund eines Isolationsschadens und/oder eines Defekts des Zwischenkreiskondensators, vorgesehen. Entsprechende Kurzschluss-Versuche zeigen, dass derartige Fehler im Zwischenkreis mit einem relativ langsamen Kurzschlussschutz (z. B. einem Circuit Breaker) massive Auswirkungen haben und die dabei entstehende Druckwelle sogar zum Öffnen einer Schaltschranktür führen kann. Folglich besteht ein Bedarf an einer Lösung, mittels derer die Betriebssicherheit eines Umrichters, vorzugsweise eines Frequenzumrichters, erhöht werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine derartige Lösung bereitzustellen, wobei bevorzugt zudem Nachteile bisheriger Ansätze vermieden werden sollen. Insbesondere ist es dabei eine Aufgabe der Erfindung, einen schnellen und sicheren Kurzschlussschutz im Umrichter bereitzustellen, mittels dessen im Fehlerfall die Freisetzung von Energie nach außen möglichst vermieden werden kann. Last but not least, this problem is relevant for frequency converters, especially since the requirements for short-circuit resistance have increased there. With frequency converters, there is usually no internal protection against short circuits in the intermediate circuit, e.g. B. due to insulation damage and / or a defect in the intermediate circuit capacitor provided. Corresponding short-circuit tests show that such errors in the intermediate circuit with relatively slow short-circuit protection (e.g. a circuit breaker) have massive effects and the resulting pressure wave can even lead to the opening of a control cabinet door. Consequently, there is a need for a solution by means of which the operational reliability of a converter, preferably a frequency converter, can be increased. It is therefore the object of the invention to provide such a solution, in which case the disadvantages of previous approaches should preferably also be avoided. In particular, it is an object of the invention to provide fast and safe short-circuit protection in the converter, by means of which the release of energy to the outside can be avoided as far as possible in the event of a fault.
Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. These objects can be solved with the features of the independent claims. Advantageous embodiments and applications of the invention are the subject matter of the dependent claims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.
Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt wird ein Umrichter, vorzugsweise ein Frequenzumrichter, bereitgestellt. Bevorzugt dient der Umrichter dabei zum Anschließen einer elektrischen Last (z. B. eines Elektromotors) an ein (z. B. ein- oder mehrphasiges) Energieversorgungsnetz. Der, vorzugsweise rückspeisefähige, Umrichter weist hierbei einen ersten Stromrichter auf, der zur besseren Unterscheidung im Folgenden auch als netzseitiger Stromrichter bezeichnet werden kann. Der netzseitige Stromrichter kann hierbei zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz dienen und/oder ein oder mehrere Eingänge zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz umfassen. Weiterhin kann der netzseitige Stromrichter als ein Gleichrichter (z. B. als ein Diodengleichrichter) ausgebildet sein, der eine netzseitige Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt. Alternativ kann der netzseitige Stromrichter auch als ein Gleichstromsteller ausgebildet sein. According to a first independent aspect, a converter, preferably a frequency converter, is provided. The converter preferably serves to connect an electrical load (eg an electric motor) to a (eg single-phase or multi-phase) power supply network. The preferably feedback-capable converter has a first converter, which can also be referred to below as a line-side converter for better differentiation. The grid-side power converter can be used for connection to the power supply grid and/or can include one or more inputs for connection to the power supply grid. Furthermore, the line-side power converter can be designed as a rectifier (for example as a diode rectifier) which converts a line-side AC voltage into a DC voltage. Alternatively, the line-side power converter can also be designed as a direct-current converter.
Ferner umfasst der Umrichter einen weiteren Stromrichter, der im Folgenden zur besseren Unterscheidung als zweiter oder lastseitiger Stromrichter bezeichnet werden kann. Der lastseitige Stromrichter kann dabei zum Anschluss an die Last dienen und/oder ein oder mehrere Eingänge zum Anschluss an die Last umfassen. Bevorzugt soll der lastseitige Stromrichter als ein, vorzugsweise selbstgeführter, Wechselrichter (z. B. ein IGBT-Wechselrichter) ausgebildet sein, der eine Gleichspannung in eine lastseitige Wechselspannung wandelt. Jedoch kann auch der lastseitige Stromrichter alternativ als ein Gleichstromsteller ausgebildet sein. Furthermore, the converter includes a further converter, which can be referred to below as a second or load-side converter for better differentiation. The load-side power converter can be used for connection to the load and/or can include one or more inputs for connection to the load. The load-side power converter should preferably be in the form of a preferably self-commutated inverter (eg an IGBT inverter), which converts a DC voltage into an AC voltage on the load side. However, the load-side power converter can alternatively be designed as a direct-current chopper.
Weiterhin umfasst der Umrichter einen Gleichspannungs-Zwischenkreis. Über den Gleichspannungs-Zwischenkreis sind der netzseitige Stromrichter und der lastseitige Stromrichter elektrisch leitend miteinander verbunden. Beispielsweise kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis dazu einen ersten Schaltungszweig (DC+) und einen zweiten Schaltungszweig (DC-) umfassen. Der erste Schaltungszweig (DC+) kann dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzsei- tigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden, während der zweite Schaltungszweig (DC-) einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbindet. Vorzugsweise weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis ferner einen oder mehrere Zwischenkreiskondensatoren zur Glättung der Spannung im Zwischenkreis auf. Beispielsweise kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis mehrere parallel und/oder in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren umfassen. Furthermore, the converter includes a direct voltage intermediate circuit. The mains-side converter and the load-side converter are electrically conductively connected to one another via the DC link. For example, the DC link can include a first circuit branch (DC+) and a second circuit branch (DC-). The first circuit branch (DC+) can have a positive DC voltage-side connection of the grid-side term power converter to a positive DC voltage-side connection of the load-side power converter, while the second branch circuit (DC) connects a negative DC voltage-side connection of the line-side power converter to a negative DC voltage-side connection of the load-side power converter. The DC voltage intermediate circuit preferably also has one or more intermediate circuit capacitors for smoothing the voltage in the intermediate circuit. For example, the DC voltage intermediate circuit can include a plurality of intermediate circuit capacitors connected in parallel and/or in series.
Der Umrichter zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis zumindest eine Kurzschließeinrichtung aufweist. Diese zumindest eine Kurzschließeinrichtung, ist dabei ausgebildet, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis (z. B. infolge eines Defekts eines Zwischenkreiskondensators) selbsttätig mindestens eine elektrisch leitende Verbindung auszubilden, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung bevorzugt zum Umleiten und/oder Umkanalisieren des Kurzschlussstroms dient. Vorzugsweise ist die zumindest Kurzschließeinrichtung somit dazu ausgebildet sein, falls ein Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis vorliegt, einen zusätzlichen Strompfad für den Kurzschlussstrom bereitzustellen (z. B. um diesen vom Umrichter ins Energieversorgungsnetz abzuleiten), ohne dass hierfür Eingreifen von außen nötig wäre. Mit anderen Worten kann das Ausbilden der (zusätzlichen) elektrisch leitenden Verbindung (vermittelt durch den Kurzschlussstrom) automatisch erfolgen. Wie nachfolgend noch eingehender dargestellt werden wird, kann dies z. B. mittels einer vordefinierten (zunächst isolierenden) Soll-Durchschlagsstelle erfolgen, d. h. einer vordefinierten Schwächung der Schaltung, welche infolge des Kurzschlussstroms leitend wird (Bypass). Auf vorteilhafte Weise kann dadurch selbsttätig eine Stromverlagerung über die neu ausgebildete leitende Verbindung bzw. den gezielt neu geschaffenen Strompfad ermöglicht werden, derart, dass zum Schutz der Komponenten des Umrichters der Fehlerstrom aus dem Zwischenkreis übernommen wird und an eine geeignete Stelle (z. B. zurück ins Energieversorgungsnetz) ableitetet wird. The converter is characterized in that the DC link has at least one short-circuiting device. This at least one short-circuiting device is designed to automatically form at least one electrically conductive connection as a result of a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit (e.g. as a result of a defect in an intermediate circuit capacitor), with the at least one electrically conductive connection preferably being used to divert and/or re-channel the Short-circuit current is used. Preferably, the at least short-circuiting device is thus designed to provide an additional current path for the short-circuit current (e.g. to derive it from the converter into the power supply network) if there is a short-circuit current in the DC link, without external intervention being necessary for this. In other words, the (additional) electrically conductive connection (mediated by the short-circuit current) can be formed automatically. As will be explained in more detail below, this can e.g. B. by means of a predefined (initially isolating) target breakdown point, d. H. a predefined weakening of the circuit, which becomes conductive as a result of the short-circuit current (bypass). Advantageously, this can automatically shift the current via the newly formed conductive connection or the newly created current path in such a way that, to protect the components of the converter, the fault current is taken from the intermediate circuit and routed to a suitable point (e.g. back into the power supply network).
Nach einem ersten Aspekt kann die zumindest eine Kurzschließeinrichtung eine erste Kurzschließeinrichtung aufweisen, die im Folgenden auch als erster Hilfskurzschluss bezeichnet werden kann. Die erste Kurzschließeinrichtung kann dabei einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfassen, wobei der zweite Leiter vom ersten Leiter (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der erste Leiter eine Leitungsengstelle (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen, die im Folgenden als erste Leitungsengstelle oder erste Zündelektrode bezeichnet werden kann. Die erste Leitungsengstelle kann dabei derart ausgebildet sein und der zweite Leiter ferner derart an der ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan und/oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff wie FR4) bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannte zumindest eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter vorliegt. Bevorzugt ist die erste Kurzschließeinrichtung somit ausgebildet, dass im Falle eines Kurzschlussstroms über den ersten Leiter eine gezielte thermische Belastung an der ersten Leitungsengstelle (Zündelektrode) induziert wird. Der erste Leiter bzw. die angrenzende Isolationsschicht können dabei infolge dieser lokalen (hohen) Übertemperatur im Bereich der ersten Leitungsengstelle unter Ausbildung eines Plasmakanals zerstörbar sein, sodass ein Übersprechen auf den angrenzenden zweiten Leiter ermöglicht wird. Mit anderen Worten soll hier bevorzugt eine bewusste (lokale) Schädigung der Schaltung zur Ausbildung eines zusätzlichen Strompfads erfolgen, weshalb die erste Kurzschließeinrichtung auch als erste Soll- Durchschlagsstelle bezeichnet werden kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch (im Kurzschlussfall) von selbst eine Stromverlagerung über die neu ausgebildete bzw. gezielt geschaffene elektrisch leitende Verbindung ermöglicht werden, derart, dass der zweite Leiter den Fehlerstrom aus dem Zwischenkreis übernimmt und an eine geeignete Stelle (z. B. zurück ins Energieversorgungsnetz) ableitet, sodass bevorzugt der ersten Kurzschließeinrichtung nachgelagerte Bauteile durch den Kurschlussstrom nicht belastet werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Ausbilden des zusätzlichen Strompfads nur wenige Millisekunden (vgl. Figur 6) benötigt und damit deutlich schneller als ein, vorzugsweise zusätzlich vorhandener, Leistungsschutzschalter (typ. 10-20 ms) schaltet. According to a first aspect, the at least one short-circuiting device can have a first short-circuiting device, which can also be referred to below as the first auxiliary short-circuit. In this case, the first short-circuiting device can comprise a first conductor and a second conductor, it being possible for the second conductor to be electrically insulated from the first conductor (eg by an insulating circuit board material). Furthermore, the first conductor can have a line constriction (e.g. in the form of a section-wise narrowing of the first conductor), which can be referred to below as the first line constriction or first ignition electrode. The first line constriction can be designed in this way and the second conductor can also be designed in this way at the first line constriction be routed past the first conductor so that an insulation layer (e.g. a plastic such as polyurethane and/or a glass-fibre reinforced plastic such as FR4) between the first line constriction and the second conductor is destroyed, preferably thermally, in the event of a short-circuit current via the first conductor, so that the aforementioned at least one electrically conductive connection is present between the first conductor and the second conductor. The first short-circuiting device is preferably designed such that in the event of a short-circuit current via the first conductor, a targeted thermal load is induced at the first line constriction (ignition electrode). The first conductor or the adjoining insulation layer can be destructible as a result of this local (high) excess temperature in the area of the first line constriction, with the formation of a plasma channel, so that crosstalk to the adjoining second conductor is made possible. In other words, deliberate (local) damage to the circuit to form an additional current path should preferably take place here, which is why the first short-circuiting device can also be referred to as the first desired breakdown point. Advantageously, this can automatically (in the event of a short circuit) shift the current via the newly formed or specifically created electrically conductive connection in such a way that the second conductor takes over the fault current from the intermediate circuit and sends it to a suitable location (e.g. back into the power supply network), so that components downstream of the first short-circuiting device are preferably not loaded by the short-circuit current. It is particularly advantageous that the formation of the additional current path requires only a few milliseconds (cf. FIG. 6) and thus switches significantly faster than a circuit breaker that is preferably additionally present (typically 10-20 ms).
Gemäß einem weiteren Aspekt können der erste Leiter und/oder der zweite Leiter zumindest abschnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder mäanderförmig, vorzugsweise scharfkantig mäanderförmig, angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei die erste Leitungsengstelle des ersten Leiters und/oder ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest abschnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder (scharfkantig) mäanderförmig angeordnet sein. Die vorgenannten Ausführungen ermöglichen dabei auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. Ferner ermöglichen die Spitzen der vorgenannten Strukturen auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwächung der dortigen Isolation bzw. Isolationsschicht. According to a further aspect, the first conductor and/or the second conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or in a meandering shape, preferably in a sharp-edged meandering shape. Preferably, the first line constriction of the first conductor and/or an end region of the second conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or (sharp-edged) meander shape. The aforementioned embodiments make it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space. Furthermore, the tips of the aforementioned structures advantageously allow a high field concentration and thus a deliberate weakening of the insulation or insulation layer there.
Zudem oder alternativ können der erste Leiter und der zweite Leiter auch zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sein. D. h. der erste und zweite Leiter können somit bei der ersten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der ersten Leitungsengstelle bevorzugt im gleichen Abstand nebeneinander verlaufen. Bevorzugt ist dabei ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest abschnittsweise parallel zur ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters angeordnet. In einer lediglich beispielhaften Ausführungsform können z. B. der erste und zweite Leiter jeweils denselben Zick- Zack-Verlauf aufweisen, wobei die entsprechenden Verläufe derart (z. B. planparallel) verschoben bzw. versetzt zueinander angeordnet sind, dass der erste und zweite Leiter in diesem Bereich immer in einem festen Abstand zueinander verlaufen. In einer alternativen Ausführungsform kann der zweite Leiter in seinem Endbereich auch T-förmig ausgebildet sein, wobei der Querstrich der T- Form parallel zum ersten Leiter bzw. der ersten Leitungsengstelle verlaufend angeordnet sein kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine ausgedehnte Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden. In addition or as an alternative, the first conductor and the second conductor can also be arranged parallel to one another, at least in sections. i.e. the first and second conductors can thus preferably be at the same distance at the first short-circuiting device or at the first line constriction run side by side. An end region of the second conductor is preferably arranged at least in sections parallel to the first line constriction of the first conductor. In a merely exemplary embodiment, e.g. B. the first and second conductors each have the same zigzag course, the corresponding courses such (z. B. plane-parallel) are shifted or offset from one another that the first and second conductors in this area are always at a fixed distance run towards each other. In an alternative embodiment, the second conductor can also be T-shaped in its end region, in which case the crossbar of the T-shape can be arranged to run parallel to the first conductor or the first line constriction. In this way, an extended desired breakdown point can be provided in an advantageous manner.
Zudem oder alternativ können der erste Leiter und der zweite Leiter auch zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. D. h. der erste und zweite Leiter können somit bei der ersten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der ersten Leitungsengstelle bevorzugt ein oder mehrmals ihren Verlaub bzw. Richtungsverlauf verändern. Bevorzugt kann dabei die erste Leitungsengstelle des ersten Leiters und/oder ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. Lediglich beispielhaft können der erste und zweite Leiter z. B. zick-zack-förmig angeordnet sein, wobei auch andere richtungsändernde Geometrien möglich sind. Auch diese Variante ermöglicht auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. In addition or as an alternative, the first conductor and the second conductor can also have at least one, preferably several, changes in direction. i.e. the first and second conductors can thus preferably change their course or direction once or several times in the case of the first short-circuiting device or in the case of the first line constriction. In this case, the first line constriction of the first conductor and/or an end region of the second conductor can preferably have at least one, preferably several, changes in direction. By way of example only, the first and second conductors may e.g. B. be arranged in a zigzag shape, with other direction-changing geometries are possible. This variant also makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space.
Nach einem weiteren Aspekt kann die zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die erste Leitungsengstelle erwärmbar sein. D. h. die Isolationsschicht kann somit an den ersten Leiter bzw. die erste Leitungsengstelle thermisch gekoppelt sein, um, insbesondere im Kurzschlussfall, Wärme von der ersten Leitungsengstelle aufzunehmen. Zudem oder alternativ kann die Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) auch ausgebildet sein, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. Bevorzugt kann dabei über das Material der Isolationsschicht und/oder über die Ausdehnung, insbesondere Dicke, der Isolationsschicht ein Zeitintervall einstellbar sein, bis die Isolationsschicht die vorbestimmte Temperatur erreicht bzw. zerstört wird und damit auch ein Zeitintervall, bis die Kurzschließeinrichtung (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend wird. Eine für den konkreten Anwendungsfall geeignete Kombination aus Material und Geometrie der Isolationsschicht bzw. Geometrie der Kurzschließeinrichtung kann der Fachmann dabei z. B. durch entsprechende Vorversuche (Kurzschlusstests) ermitteln. Insgesamt können dadurch auf vorteilhafte Weise die Durchschlagseigenschaften der Kurzschließeinrichtung einstellbar bzw. vorgebbar sein. According to a further aspect, the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor can be heatable by a current flow through the first line constriction. i.e. the insulation layer can thus be thermally coupled to the first conductor or the first line constriction in order to absorb heat from the first line constriction, in particular in the event of a short circuit. In addition or as an alternative, the insulating layer (e.g. a plastic) can also be designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached. Preferably, a time interval can be set via the material of the insulation layer and/or via the extent, in particular thickness, of the insulation layer until the insulation layer reaches the predetermined temperature or is destroyed and thus also a time interval until the short-circuiting device (e.g. due to flashover or arcing) becomes electrically conductive. A combination of material and geometry of the insulation layer or geometry of the short-circuiting device that is suitable for the specific application can be found by a person skilled in the art, e.g. B. by appropriate preliminary tests (short-circuit tests). Overall, this allows advantageously the breakdown properties of the short-circuiting device can be set or specified.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der zweite Leiter eine Leitungsengstelle aufweisen, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als zweite Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten kann sowohl der erste Leiter eine (erste) Leitungsengstelle als auch der zweite Leiter eine (zweite) Leitungsengstelle aufweisen. Vorzugsweise ist die zweite Leitungsengstelle dabei in einem Endbereich (z. B. an einem distalen Ende) des zweiten Leiters angeordnet. Unter dem Ausdruck „Leitungsengstelle" kann dabei bevorzugt eine Einengung bzw. Verjüngung des jeweiligen Leiterquerschnitts verstanden werden, d. h. eine bewusste (lokale) Reduzierung der geometrischen Abmessungen des jeweiligen Leiters. Weiterhin kann die zweite Leitungsengstelle des zweiten Leiters benachbart zur ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein. Bevorzugt werden die erste und zweite Leitungsengstelle somit lediglich durch die vorgenannte Isolationsschicht voneinander getrennt. Durch das entsprechende Vorsehen von zwei benachbart angeordneter Leitungsengstellen kann auf vorteilhafte Weise das Übersprechend bzw. Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter eingestellt werden. According to a further aspect, the second conductor can have a line constriction, which can be referred to below as the second line constriction for better differentiation. In other words, both the first conductor can have a (first) line constriction and the second conductor can have a (second) line constriction. The second line constriction is preferably arranged in an end region (eg at a distal end) of the second conductor. The expression "line constriction" can preferably be understood as a narrowing or tapering of the respective conductor cross-section, i.e. a deliberate (local) reduction of the geometric dimensions of the respective conductor. Furthermore, the second line constriction of the second conductor can be arranged adjacent to the first line constriction of the first conductor The first and second line bottlenecks can thus be arranged, preferably close together, and/or in the immediate vicinity. The first and second line bottlenecks are therefore preferably only separated from one another by the aforementioned insulation layer advantageously the crosstalk or formation of a conductive connection between the first and second conductors can be set.
Nach einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen Schaltungszweig aufweisen, der den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbindet, wobei der entsprechende Schaltungszweig zur besseren Unterscheidung im Folgenden als erster Schaltungszweig bezeichnet werden kann. Lediglich beispielhaft kann der erste Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden (DC+). Alternativ kann der erste Schaltungszweig auch einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden (DC-). Weiterhin kann der erste Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung im ersten Schaltungszweig oder vor dem ersten Schaltungszweig angeordnet sein. D. h. der erste Leiter bzw. die erste Leitungsengstelle kann bevorzugt ein (Teil-)Abschnitt des ersten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstes Ende des ersten Leiters bzw. der ersten Leitungsengstelle (z. B. über ein Leiterstück des ersten Schaltungszweigs) mit dem netzseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des ersten Leiters bzw. der ersten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des ersten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch bei einer Überlastung des Gleichspannungs-Zwischenkreises durch ein Ansprechen der ersten Kurzschließeinrichtung eine Stromverlagerung aus dem Zwischenkreis ermöglicht werden. According to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit can have a circuit branch which connects the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive), the corresponding circuit branch being referred to below as the first circuit branch for better differentiation. By way of example only, the first circuit branch (e.g. in the form of a strip conductor or conductor rail) can connect a positive DC voltage-side connection of the grid-side converter to a positive DC voltage-side connection of the load-side converter (DC+). Alternatively, the first circuit branch can also connect a negative DC voltage-side connection of the line-side converter to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter (DC-). Furthermore, the first conductor of the first short-circuiting device can be arranged in the first circuit branch or in front of the first circuit branch. i.e. the first conductor or the first line constriction can preferably be a (partial) section of the first circuit branch. For example, a first end of the first conductor or the first line constriction (e.g. via a conductor section of the first circuit branch) can be electrically conductively connected to the line-side converter and/or a second end of the first conductor or the first line constriction (e.g. B. via another conductor piece of the first circuit branch) with the load-side power converter be electrically connected. Advantageously, when the DC voltage intermediate circuit is overloaded, a current shift from the intermediate circuit can be made possible by a response of the first short-circuiting device.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen weiteren Schaltungszweig aufweisen, der im Folgenden als zweiter Schaltungszweig bezeichnet werden kann. Bevorzugt umfasst der Gleichspannungs-Zwischenkreis damit zwei Schaltungszweige. Wie der vorgenannte erste Schaltungszweig kann auch der zweite Schaltungszweig den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbinden. Lediglich beispielhaft kann dabei z. B. der erste Schaltungszweig einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden, während z. B. der zweite Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden kann. Weiterhin kann der zweite Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung im zweiten Schaltungszweig oder vor dem zweiten Schaltungszweig angeordnet sein. D. h. der zweite Leiter kann bevorzugt ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstes Ende des zweiten Leiters bzw. der zweiten Leitungsengstelle (z. B. über ein Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) mit dem netzseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des zweiten Leiters bzw. der zweiten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein. Vorzugsweise befinden sich der erste Leiter und der zweite Leiter somit in unterschiedlichen Schaltungszweigen des Gleichspannungs-Zwischenkreises, d. h. z. B. der erste Leiter im ersten Schaltungszweig und der zweite Leiter im zweiten Schaltungszweig. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine gezielte Verbindung zwischen den Schaltungszweigen des Gleichspannungs-Zwischenkreises ermöglicht werden, um dadurch nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen. According to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit can have a further circuit branch, which can be referred to below as the second circuit branch. The direct voltage intermediate circuit thus preferably comprises two circuit branches. Like the aforementioned first circuit branch, the second circuit branch can also connect the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive). Merely as an example, z. B. connect the first circuit branch a positive DC voltage side terminal of the line-side converter with a positive DC voltage side terminal of the load-side converter, while z. B. the second circuit branch (z. B. in the form of a conductor track or conductor rail) can connect a negative DC voltage-side terminal of the line-side converter with a negative DC voltage-side terminal of the load-side converter. Furthermore, the second conductor of the first short-circuiting device can be arranged in the second circuit branch or in front of the second circuit branch. i.e. the second conductor can preferably be a (partial) section of the second circuit branch. For example, a first end of the second conductor or the second line constriction (e.g. via a conductor section of the second circuit branch) can be electrically conductively connected to the line-side converter and/or a second end of the second conductor or the second line constriction (e.g. B. via another conductor piece of the second circuit branch) with the load-side power converter can be electrically conductively connected. The first conductor and the second conductor are therefore preferably located in different circuit branches of the DC voltage intermediate circuit, i. H. e.g. B. the first conductor in the first circuit branch and the second conductor in the second circuit branch. Advantageously, in the event of a fault, a targeted connection between the circuit branches of the DC voltage intermediate circuit can be made possible in order to separate subsequent components from the current flow.
Nach einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter einen ersten Netzanschluss zum Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz aufweisen. Der erste Netzanschluss, welcher auch als erster netzseitiger Eingang des netzseitigen Stromrichters bezeichnet werden kann, kann dabei z. B. zum Anschließen an eine (erste) Phase (z. B. LI) eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes ausgebildet sein. Der erste Netzanschluss kann hierzu z. B. ein oder mehrere Kontakteelemente (z. B. Schraub-, Federkraft- und/oder Schneidklemmkontakte) zum Anschluss eines Leiters des Energieversorgungsnetzes umfassen. Weiterhin kann der zweite Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung mit dem vorgenannten ersten Netzanschluss des netzseitigen Stromrichters (elektrisch leitend) verbunden sein. Beispielsweise kann der zweite Leiter über eine entsprechende Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) mit dem ersten Netzanschluss verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters erfolgen, wodurch die Energie am netzseitigen Stromrichter, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann. According to a further aspect, the grid-side power converter can have a first grid connection for connecting to the power supply grid. The first mains connection, which can also be referred to as the first mains-side input of the mains-side converter, z. B. for connecting to a (first) phase (z. B. LI) be formed of a three-phase power supply network. For this purpose, the first mains connection can e.g. B. include one or more contact elements (z. B. screw, spring and / or insulation displacement contacts) for connecting a conductor of the power supply network. Furthermore, the second conductor of the first short-circuiting device be connected (electrically conductive) to the aforementioned first network connection of the network-side power converter. For example, the second conductor can be connected to the first mains connection via a corresponding connecting line (e.g. in the form of a conductor track). Advantageously, this can result in a current shift or derivation of the short-circuit current to the input of the line-side converter, as a result of which the energy can be routed past the line-side converter, in particular any diodes that may be present there.
Um auf vorteilhafte Weise den Kurzschlussschutz des Umrichters weiter zu erhöhen, kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis gemäß einem weiteren Aspekt eine weitere Kurzschließeinrichtung aufweisen. Zur besseren Unterscheidung von der vorgenannten „ersten" Kurzschließeinrichtung kann diese (weitere) Kurzschließeinrichtung im Folgenden als „zweite" Kurzschließeinrichtung bezeichnet werden. Die zweite Kurzschließeinrichtung kann dabei bevorzugt identisch zur ersten Kurzschließeinrichtung aufgebaut sein, wobei die entsprechenden Komponenten zur besseren Unterscheidbarkeit nachfolgend unterschiedlich referenziert werden. So kann die zweite Kurzschließeinrichtung insbesondere einen dritten Leiter und einen vierten Leiter umfassen, wobei der vierte Leiter vom dritten Leiter (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der dritte Leiter eine Leitungsengstelle (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen, die zur Unterscheidung von den vorgenannten „ersten" bzw. „zweiten" Leitungsengstellen der ersten Kurzschließeinrichtung als „dritte" Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Weiterhin kann die dritte Leitungsengstelle derart ausgebildet sein und der vierte Leiter derart an der dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene weitere Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannte zumindest eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dritten Leiter und dem vierten Leiter vorliegt. Analog zur ersten Kurzschließeinrichtung kann auch die zweite Kurzschließeinrichtung bevorzugt ausgebildet sein, dass im Falle eines Kurzschlussstroms über den dritten Leiter eine gezielte thermische Belastung an der dritten Leitungsengstelle (Zündelektrode) induziert wird. Der dritte Leiter bzw. die angrenzende weitere Isolationsschicht können infolge dieser lokalen (hohen) Übertemperatur im Bereich der Leitungsengstelle unter Ausbildung eines Plasmakanals zerstörbar sein, sodass ein Übersprechen auf den angrenzenden vierten Leiter ermöglicht wird. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch zusätzlich oder alternativ zu einem Auslösen der ersten Kurzschließeinrichtung selbsttätig eine (weitere) Stromverlagerung über den neu ausgebildeten bzw. gezielt geschaffenen Strompfad der zweiten Kurzschließeinrichtung ermöglicht werden. Nach einer Weiterbildung dieses Aspekts kann der dritte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung - zudem oder alternativ zum zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung - im vorgenannten zweiten Schaltungszweig des Gleichspannungs-Zwischenkreises angeordnet sein. Wie vorstehend bereits ausgeführt worden ist, kann der zweite Schaltungszweig dabei den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbinden. Beispielsweise kann der zweite Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden, während z. B. der erste Schaltungszweig einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden kann. Bevorzugt kann der dritte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung ferner ein (Teil-)Ab- schnitt des zweiten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstes Ende des dritten Leiters bzw. der dritten Leitungsengstelle mit dem netzseitigen Stromrichter (z. B. über ein Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des dritten Leiters bzw. der dritten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein. In order to further increase the short-circuit protection of the converter in an advantageous manner, according to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit can have a further short-circuiting device. For better differentiation from the aforementioned "first" short-circuiting device, this (additional) short-circuiting device can be referred to below as the "second" short-circuiting device. The second short-circuiting device can preferably be constructed identically to the first short-circuiting device, with the corresponding components being referenced differently in the following for better differentiation. Thus, the second short-circuiting device can in particular comprise a third conductor and a fourth conductor, it being possible for the fourth conductor to be electrically insulated from the third conductor (e.g. by an insulating circuit board material). Furthermore, the third conductor can have a line constriction (e.g. in the form of a sectional narrowing of the first conductor), which can be referred to as a "third" line constriction to distinguish it from the aforementioned "first" or "second" line constrictions of the first short-circuiting device. Furthermore, the third line constriction can be designed in such a way and the fourth conductor can be routed past the third line constriction of the third conductor in such a way that an additional insulating layer (e.g. a plastic such as polyurethane) between the third line constriction and the fourth conductor can overshoot in the event of a short-circuit current the third conductor is destroyed, preferably thermally, so that the aforementioned at least one electrically conductive connection is present between the third conductor and the fourth conductor.Analogously to the first short-circuiting device, the second short-circuiting device can also be preferably designed such that in the event of a short-circuit current via the third conductor a targeted thermal load is induced at the third cable constriction (ignition electrode). The third conductor or the adjoining further insulating layer can be destructible as a result of this local (high) excess temperature in the area of the line constriction, with the formation of a plasma channel, so that crosstalk to the adjoining fourth conductor is made possible. Advantageously, in addition to or as an alternative to triggering the first short-circuiting device, a (further) current transfer via the newly formed or specifically created current path of the second short-circuiting device can thereby be made possible. According to a further development of this aspect, the third conductor of the second short-circuiting device--in addition to or as an alternative to the second conductor of the first short-circuiting device--can be arranged in the aforementioned second circuit branch of the DC voltage link. As has already been explained above, the second circuit branch can connect the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive). For example, the second circuit branch (z. B. in the form of a conductor track or conductor rail) connect a negative DC voltage side terminal of the line-side power converter with a negative DC voltage side terminal of the load-side converter, while z. B. the first circuit branch can connect a positive DC voltage-side terminal of the line-side converter to a positive DC voltage-side terminal of the load-side converter. The third conductor of the second short-circuiting device can preferably also be a (partial) section of the second circuit branch. For example, a first end of the third conductor or the third line constriction can be electrically conductively connected to the line-side converter (e.g. via a conductor section of the second circuit branch) and/or a second end of the third conductor or the third line constriction (e.g. B. via another conductor piece of the second circuit branch) with the load-side power converter can be electrically conductively connected.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter einen zweiten Netzanschluss zum Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz aufweisen. Der zweite Netzanschluss, welcher auch als zweiter netzseitiger Eingang des netzseitigen Stromrichters bezeichnet werden kann, kann dabei z. B. zum Anschließen an eine (zweite) Phase (z. B. L3) eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes ausgebildet sein. Der zweite Netzanschluss kann hierzu z. B. ein oder mehrere Kontakteelemente (z. B. Schraub-, Federkraft- und/oder Schneidklemmkontakte) zum Anschluss eines Leiters des Energieversorgungsnetzes umfassen. Weiterhin kann der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung mit dem vorgenannten zweiten Netzanschluss des netzseitigen Stromrichters (elektrisch leitend) verbunden sein. Beispielsweise kann der vierte Leiter über eine entsprechende Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) mit dem zweiten Netzanschluss verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine (weitere) Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters erfolgen, wodurch die Energie am netzseitigen Stromrichter, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann. According to a further aspect, the grid-side power converter can have a second grid connection for connecting to the power supply grid. The second mains connection, which can also be referred to as the second mains-side input of the mains-side converter, can, for. B. for connection to a (second) phase (z. B. L3) be formed of a three-phase power supply network. For this purpose, the second mains connection can e.g. B. include one or more contact elements (z. B. screw, spring and / or insulation displacement contacts) for connecting a conductor of the power supply network. Furthermore, the fourth conductor of the second short-circuiting device can be connected (electrically conductive) to the aforementioned second network connection of the network-side power converter. For example, the fourth conductor can be connected to the second mains connection via a corresponding connecting line (e.g. in the form of a conductor track). Advantageously, a (further) current transfer or derivation of the short-circuit current to the input of the grid-side converter can thereby take place, as a result of which the energy can be routed past the grid-side converter, in particular any diodes that may be present there.
Nach einem weiteren Aspekt kann der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung über eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung mit dem zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung (elektrisch leitend) verbunden sein. D. h. der Umrichter kann eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) umfassen, über die die erste und zweite Kurzschließeinrichtung miteinander verbunden sind. Lediglich beispielhaft kann dazu ein erstes (distales) Ende der Verbindungsleitung mit dem zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung verbunden sein und/oder ein zweites (distales) Ende der Verbindungsleitung mit dem vierten Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein Zusammenführen der beiden Kurzschließeinrichtungen ermöglicht werden, um dadurch im Fehlerfall ggf. nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen. According to a further aspect, the fourth conductor of the second short-circuiting device can be connected (electrically conductive) to the second conductor of the first short-circuiting device via a preferably potential-free connecting line. i.e. the converter can include a preferably potential-free connecting line (e.g. in the form of a conductor track) via which the first and second Short-circuiting device are connected to each other. For example, a first (distal) end of the connecting line can be connected to the second conductor of the first short-circuiting device and/or a second (distal) end of the connecting line can be connected to the fourth conductor of the second short-circuiting device. Advantageously, this allows the two short-circuiting devices to be brought together in order to separate subsequent components from the current flow in the event of a fault.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann - analog zu den Ausführungsvarianten der ersten Kurzschließeinrichtung - der dritte und vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung zumindest abschnittsweise wellenförmig, zick-zack-förmig und/oder mäanderförmig, vorzugsweise scharfkantig mäanderförmig, angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei die dritte Leitungsengstelle des dritten Leiters und/oder ein Endbereich des vierten Leiters zumindest abschnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder (scharfkantig) mäanderförmig angeordnet sein. Diese Art der Ausführung ermöglicht wiederum auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. Ferner ermöglichen die Spitzen der vorgenannten Strukturen auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwächung der dortigen Isolation bzw. Isolationsschicht. According to a further aspect, the third and fourth conductors of the second short-circuiting device can be arranged at least in sections in a wavy, zigzag and/or meandering manner, preferably in a sharp-edged meandering manner, analogously to the embodiment variants of the first short-circuiting device. Preferably, the third line constriction of the third conductor and/or an end region of the fourth conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or (sharp-edged) meander shape. This type of embodiment in turn makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space. Furthermore, the tips of the aforementioned structures advantageously allow a high field concentration and thus a deliberate weakening of the insulation or insulation layer there.
Zudem oder alternativ können der dritte Leiter und der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sein. D. h. der dritte und vierte Leiter können somit bei der zweiten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der dritten Leitungsengstelle bevorzugt im gleichen Abstand nebeneinander verlaufen. Bevorzugt ist dabei ein Endbereich des vierten Leiters zumindest abschnittsweise parallel zur dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters angeordnet. Lediglich beispielhaft kann dabei der vierte Leiter in seinem Endbereich T-förmig ausgebildet sein, wobei der Querstrich der T-Form parallel zum dritten Leiter bzw. der dritten Leitungsengstelle verlaufend angeordnet sein kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine ausgedehnte Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden. In addition or as an alternative, the third conductor and the fourth conductor of the second short-circuiting device can be arranged parallel to one another, at least in sections. i.e. the third and fourth conductors can thus preferably run next to one another at the same distance in the case of the second short-circuiting device or in the case of the third line constriction. An end region of the fourth conductor is preferably arranged at least in sections parallel to the third line constriction of the third conductor. Merely by way of example, the fourth conductor can be configured in a T-shape in its end region, it being possible for the transverse line of the T-shape to be arranged running parallel to the third conductor or the third line constriction. In this way, an extended desired breakdown point can be provided in an advantageous manner.
Zudem oder alternativ können der dritte Leiter und der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung auch zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. D. h. der dritte und vierte Leiter können somit bei der zweiten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der dritten Leitungsengstelle bevorzugt ein oder mehrmals ihren Verlauf bzw. Richtungsverlauf verändern. Bevorzugt kann dabei die dritte Leitungsengstelle des dritten Leiters und/oder ein Endbereich des vierten Leiters zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. Beispielsweise können der dritte und vierte Leiter z. B. mäanderförmig angeordnet sein, wobei auch andere richtungsändernde Geometrien möglich sind. Auch diese Variante ermöglichen auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinem Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. In addition or as an alternative, the third conductor and the fourth conductor of the second short-circuiting device can also have at least one, preferably several, changes in direction. i.e. the third and fourth conductors can thus preferably change their course or direction course one or more times in the case of the second short-circuiting device or in the case of the third line constriction. In this case, the third line constriction of the third conductor and/or an end region of the fourth conductor can preferably have at least one, preferably several, changes in direction. For example, the third and fourth conductor z. B. be arranged in a meandering shape, with others direction-changing geometries are possible. This variant also makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space.
Zudem oder alternativ kann die weitere (zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene) Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die dritte Leitungsengstelle erwärmbar sein. D. h. die weitere Isolationsschicht kann somit an den dritten Leiter bzw. die dritte Leitungsengstelle thermisch gekoppelt sein, um, insbesondere im Kurzschlussfall, Wärme von der dritten Leitungsengstelle aufzunehmen. Zudem oder alternativ kann die weitere Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) auch ausgebildet sein, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. Bevorzugt kann dabei über das Material der weiteren Isolationsschicht und/oder über die Ausdehnung, insbesondere Dicke, der weiteren Isolationsschicht ein Zeitintervall einstellbar sein bis die weitere Isolationsschicht die vorbestimmte Temperatur erreicht bzw. zerstört wird und damit auch ein Zeitintervall bis die zweite Kurzschließeinrichtung (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend wird. Hinsichtlich des Zeitintervalls bzw. der Durchschlagseigenschaften kann die zweite Kurzschließeinrichtung dabei identisch zur ersten Kurzschließeinrichtung ausgebildet sein. Alternativ können die beiden Kurzschließeinrichtungen jedoch auch unterschiedlich ausgelegt sein. Additionally or alternatively, the further insulation layer (present between the third line constriction and the fourth conductor) can be heatable by a current flow through the third line constriction. i.e. the further insulation layer can thus be thermally coupled to the third conductor or the third line constriction in order, in particular in the event of a short circuit, to absorb heat from the third line constriction. In addition or as an alternative, the further insulating layer (e.g. a plastic) can also be designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached. Preferably, a time interval can be set via the material of the further insulation layer and/or via the extent, in particular thickness, of the further insulation layer until the further insulation layer reaches the predetermined temperature or is destroyed and thus also a time interval until the second short-circuiting device (e.g. B. by sparking or arcing) becomes electrically conductive. With regard to the time interval or the breakdown properties, the second short-circuiting device can be configured identically to the first short-circuiting device. Alternatively, however, the two short-circuiting devices can also be designed differently.
Zudem oder alternativ kann der vierte Leiter auch eine Leitungsengstelle aufweisen, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als vierte Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten kann bei der zweiten Kurzschließeinrichtung sowohl der dritte Leiter eine (dritte) Leitungsengstelle als auch der vierte Leiter eine (vierte) Leitungsengstelle aufweisen. Vorzugsweise ist die vierte Leitungsengstelle dabei in einem Endbereich (z. B. an einem distalen Ende) des vierten Leiters angeordnet. Weiterhin kann die vierte Leitungsengstelle des vierten Leiters benachbart zur dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters angeordnet sein. Die dritte und vierte Leitungsengstelle können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein. Bevorzugt werden die dritte und vierte Leitungsengstelle somit lediglich durch die vorgenannte weitere Isolationsschicht voneinander getrennt. Durch das entsprechende Vorsehen von zwei benachbart angeordneter Leitungsengstellen kann auf vorteilhafte Weise das Übersprechen bzw. Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem dritten und vierten Leiter eingestellt werden. In addition or as an alternative, the fourth conductor can also have a line constriction, which can be referred to below as the fourth line constriction for better differentiation. In other words, in the case of the second short-circuiting device, both the third conductor can have a (third) line constriction and the fourth conductor can have a (fourth) line constriction. The fourth line constriction is preferably arranged in an end region (eg at a distal end) of the fourth conductor. Furthermore, the fourth line constriction of the fourth conductor can be arranged adjacent to the third line constriction of the third conductor. The third and fourth line constriction can thus be arranged, preferably close together and/or in the immediate vicinity. The third and fourth line bottlenecks are thus preferably only separated from one another by the aforementioned further insulation layer. By appropriately providing two adjacent line constrictions, crosstalk or the formation of a conductive connection between the third and fourth conductors can be set in an advantageous manner.
Nach einem weiteren Aspekt kann die erste und/oder die zweite Kurzschließeinrichtung innerhalb einer Leiterplatte angeordnet sein. Zudem oder alternativ kann die erste und/oder die zweite Kurz- Schließeinrichtung auch zwischen zwei aneinander befestigten Leiterplatten angeordnet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass alle Leitungen des Umrichters in einer Innenlage einer Leiterplatte geführt sind. Das entsprechende Anordnen der Leiter und insbesondere der ersten und/oder zweiten Kurzschließeinrichtung innerhalb der Leiterplatte hat dabei den Vorteil, dass die im Kurzschlussfall freiwerdende Energie möglichst innerhalb der Leiterplatte und damit nicht an anderen Oberfläche freigesetzt wird. Eine Plasmawolke an der Oberfläche der Leiterplatte, welche z. B. hinsichtlich Berührschutz und umherfliegender Bauteile infolge eines Druckstoßes ein Sicherheitsrisiko darstellen würde, kann damit effektiv vermieden werden. According to a further aspect, the first and/or the second short-circuiting device can be arranged within a printed circuit board. Additionally or alternatively, the first and/or the second short Closing device can also be arranged between two printed circuit boards attached to one another. Provision is preferably made for all the cables of the converter to be routed in an inner layer of a printed circuit board. The corresponding arrangement of the conductors and in particular the first and/or second short-circuiting device within the printed circuit board has the advantage that the energy released in the event of a short circuit is released as far as possible within the printed circuit board and thus not on other surfaces. A plasma cloud on the surface of the circuit board, which z. B. with regard to protection against accidental contact and components flying around as a result of a pressure surge, can thus be effectively avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter sein. Der netzseitige Stromrichter kann somit netzseitig zumindest drei Netzanschlüsse aufweisen. Die Netzanschlüsse können dabei zum Anschließen jeweils einer Phase eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes dienen und/oder ausgebildet sein. Zudem oder alternativ kann auch der lastseitige Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter sein. Entsprechend kann der lastseitige Stromrichter lastseitig zumindest drei Lastanschlüsse aufweisen. Die Lastanschlüsse können dabei zum Anschließen jeweils einer Phase einer Drehstromlast (z. B. jeweils einer Phase eines Drehstrom-Asynchronmotors) dienen und/oder ausgebildet sein. According to a further aspect, the grid-side converter can be a three-phase converter. The line-side power converter can thus have at least three line connections on the line side. The mains connections can be used and/or designed to connect one phase of a three-phase power supply network. In addition or as an alternative, the load-side converter can also be a three-phase converter. Correspondingly, the load-side power converter can have at least three load connections on the load side. The load terminals can serve and/or be designed to connect one phase of a three-phase load (e.g. each phase of a three-phase asynchronous motor).
Nach einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis eine Zwischenkreiskondensator aufweisen. Bevorzugt dient der Zwischenkreiskondensator dabei zur Kompensation von Leitungsinduktivitäten bzw. zur Glättung der Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis. Weiterhin können über den vorgenannten Zwischenkreiskondensator der erste und zweite Schaltungszweig elektrisch gekoppelt sein. Beispielsweise kann eine Elektrode des Zwischenkreiskondensators mit dem ersten Schaltungszweig (elektrisch leitend) verbunden sein, während eine zweite Elektrode des Zwischenkreiskondensators mit dem zweiten Schaltungszweig (elektrisch leitend) verbunden sein kann. According to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit can have an intermediate circuit capacitor. The intermediate circuit capacitor is preferably used to compensate for line inductances or to smooth the voltage in the DC voltage intermediate circuit. Furthermore, the first and second circuit branches can be electrically coupled via the aforementioned intermediate circuit capacitor. For example, one electrode of the intermediate circuit capacitor can be connected to the first circuit branch (electrically conductive), while a second electrode of the intermediate circuit capacitor can be connected to the second circuit branch (electrically conductive).
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt wird eine Verwendung eines Umrichters, wie in diesem Dokument beschrieben, zum Anschließen einer elektrischen Last (z. B. eines Elektromotors) an ein Energieversorgungsnetz bereitgestellt. Dabei sollen die im Zusammenhang mit dem Umrichter beschrieben Merkmale auch im Zusammenhang mit dessen Verwendung als offenbart gelten und beanspruchbar sein. Entsprechendes soll auch umgekehrt gelten. Das Verwenden des Umrichters umfasst dabei ein, vorzugsweise selbsttätiges, Ausbilden mindestens einer elektrisch leitenden Verbindung mittels der zumindest einen Kurzschließeinrichtung des Umrichters durch einen Kurz- schlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis. D. h. bevorzugt kann infolge des Kurzschlussstroms bzw. vermittelt durch den Kurzschlussstrom ein, vorzugsweise automatisches, Ausbilden eines neuen bzw. zusätzlichen Strompfads erfolgen, wobei dieser vorzugsweise zum Umleiten des Kurzschlussstroms dient. According to a further independent aspect, a use of a converter as described in this document for connecting an electrical load (e.g. an electric motor) to a power supply network is provided. The features described in connection with the converter should also be considered disclosed and claimable in connection with its use. The same should also apply vice versa. The use of the converter includes a preferably automatic formation of at least one electrically conductive connection by means of the at least one short-circuiting device of the converter by a short-circuit short-circuit current in the DC link. i.e. preferably, as a result of the short-circuit current or mediated by the short-circuit current, a preferably automatic formation of a new or additional current path can take place, with this preferably serving to divert the short-circuit current.
Im Fall, dass die zumindest einen Kurzschließeinrichtung die vorgenannte erste Kurzschließeinrichtung umfasst, kann die Verwendung ferner ein, vorzugsweise thermisches, Zerstören der zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter umfassen, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter vorliegt. Bevorzugt kann hierbei die zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die erste Leitungsengstelle erwärmbar sein, wobei die Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) ausgebildet sein kann, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. D. h., mit anderen Worten kann die Verwendung - im Falle eines Kurzschlussstroms - ein gezieltes Induzieren einer thermischen Belastung an der ersten Leitungsengstelle umfassen, um dadurch die Isolationsschicht zu schmelzen und/oder zu verdampfen, sodass der erste und zweite Leiter (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend verbunden sind. Im Fall, dass der Umrichter zusätzlich auch eine vorgenannte zweite Kurzschließeinrichtung umfasst, kann die Verwendung zudem oder alternativ auch ein, vorzugsweise thermisches, Zerstören der zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene weitere Isolationsschicht bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dritten und vierten Leiter vorliegt. In the event that the at least one short-circuiting device comprises the aforementioned first short-circuiting device, the use can also include destroying, preferably thermally, the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor in the event of a short-circuit current via the first conductor, so that an electrically conductive connection between between the first and second conductors. In this case, the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor can preferably be heatable by a current flow through the first line constriction, in which case the insulation layer (e.g. a plastic) can be designed to melt and/or close when a predetermined temperature is reached evaporate. In other words, in the case of a short-circuit current, the use can include deliberately inducing a thermal load at the first line constriction in order to thereby melt and/or vaporize the insulating layer, so that the first and second conductors (e.g. B. by arcing, or arcing) are electrically connected. If the converter also includes an aforementioned second short-circuiting device, the use can also or alternatively also involve, preferably thermal, destruction of the further insulation layer present between the third line constriction and the fourth conductor in the event of a short-circuit current via the third conductor, so that an electrically there is a conductive connection between the third and fourth conductors.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind dabei beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The aspects and features of the invention described above can be combined with one another as desired. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer ersten Ausführungsform; FIG. 1 shows a schematic representation of a converter according to a first embodiment;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer zweiten Ausführungsform; FIG. 2: a schematic representation of a converter according to a second embodiment;
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer dritten Ausführungsform; Figur 4: eine schematische Detaildetaildarstellung einer Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform; FIG. 3: a schematic representation of a converter according to a third embodiment; FIG. 4: a schematic detailed representation of a short-circuiting device according to an embodiment;
Figur 5: eine schematische Schnittdarstellung einer in einer Leiterplatte eingebettetenFIG. 5: a schematic sectional view of one embedded in a printed circuit board
Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform; Short-circuiting device according to one embodiment;
Figur 6: exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Kurzschlussstroms innerhalb eines Umrichters mit einer Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform. FIG. 6: example of a short-circuit current over time within a converter with a short-circuiting device according to one embodiment.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen beschrieben und zum Teil nicht gesondert beschrieben. Identical or functionally equivalent elements are described with the same reference symbols in all figures and some of them are not described separately.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Vorzugsweise handelt es sich bei dem gattungsgemäßen Umrichter 100 dabei um einen Frequenzumrichter, d. h. eine Vorrichtung zur Umwandlung einer eingespeisten Wechselspannung in eine andere Wechselspannung (z. B. mit veränderter Frequenz und/oder Amplitude). Der Umrichter 100, der z. B. von einem Gehäuse 101 umhaust werden kann, kann bevorzugt zum Anschließen einer elektrischen Last 1, beispielsweise in Form eines Elektromotors, an ein Energieversorgungsnetz 2 dienen, wobei es sich bei dem Energieversorgungsnetz 2 vorliegend - lediglich beispielhaft - um ein Drehstrom-Energieversorgungsnetz handeln kann. Der, vorzugsweise rückspeisefähige, Umrichter 100 weist hierbei einen netzseitigen Stromrichter 10 auf. Der netzseitige Stromrichter 10 kann zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz 2 dienen und entsprechend ein oder mehrere Anschlüsse, vorliegend beispielhaft drei Anschlüsse 11, 12 und 13, zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz 2 umfassen. Lediglich beispielhaft kann der netzseitige Stromrichter 10 z. B. als ein Diodengleichrichter ausgebildet sein, der eingerichtet ist, eine netzseitige Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln. FIG. 1 shows a schematic representation of a converter 100 according to a first specific embodiment. The generic converter 100 is preferably a frequency converter, i. H. a device for converting a fed-in AC voltage into another AC voltage (e.g. with a changed frequency and/or amplitude). The converter 100, the z. B. can be encased by a housing 101, can preferably be used to connect an electrical load 1, for example in the form of an electric motor, to a power supply network 2, wherein the power supply network 2 can be a three-phase power supply network in the present case - merely by way of example . The preferably regenerative converter 100 has a line-side converter 10 . The line-side converter 10 can be used for connection to the power supply system 2 and can accordingly comprise one or more connections, in the present example three connections 11 , 12 and 13 , for connection to the power supply system 2 . By way of example only, the line-side converter 10 z. B. be designed as a diode rectifier, which is set up to convert a mains-side AC voltage into a DC voltage.
Weiterhin umfasst der Umrichter 100 einen weiteren lastseitigen Stromrichter 20. Der lastseitige Stromrichter 20 kann dabei zum Anschluss an die Last 1 dienen und entsprechend ein oder mehrere Anschlüsse, vorliegend beispielhaft drei Anschlüsse 21, 22 und 23, zum Anschluss an die Last 2 umfassen. Beispielsweise kann der lastseitige Stromrichter 20 als ein, vorzugsweise selbstgeführter, Wechselrichter (z. B. ein IGBT-Wechselrichter) ausgebildet sein, der ausgebildet ist, eine Gleichspannung in eine lastseitige Wechselspannung zu wandeln. Ferner weist der Umrichter 100 einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Über den Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 sind der netzseitige Stromrichter 10 und der lastseitige Stromrichter 20 elektrisch leitend miteinander verbunden. Lediglich beispielhaft kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 dazu einen ersten Schaltungszweig 31 und einen zweiten Schaltungszweig 32 umfassen. Der erste Schaltungszweig 31 kann dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters 10 mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters 20 verbinden, während der zweite Schaltungszweig 32 einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters 10 mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters 20 verbinden kann. Bevorzugt weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 ferner einen Zwischenkreiskondensator 33 zur Glättung der Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Hierbei kann der dargestellte Zwischenkreiskondensator 33 als Ersatzschaltbild für eine beliebige Zwischenkreiskapazität verstanden werden, sodass der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 z. B. auch mehrere, z. B. parallel und/oder in Reihe geschaltete, Zwischenkreiskondensatoren 33 umfassen kann. Der Zwischenkreiskondensator 33 kann dazu z. B. den ersten und zweiten Schaltungszweig 31, 32 elektrisch miteinander koppeln. Furthermore, the converter 100 includes a further load-side converter 20. The load-side converter 20 can be used to connect to the load 1 and accordingly include one or more connections, in this case three connections 21, 22 and 23, for connection to the load 2. For example, the load-side power converter 20 can be embodied as a preferably self-commutated inverter (eg an IGBT inverter), which is embodied to convert a DC voltage into an AC voltage on the load side. Furthermore, the converter 100 has a direct voltage intermediate circuit 30 . The line-side converter 10 and the load-side converter 20 are electrically conductively connected to one another via the DC link 30 . For this purpose, the DC voltage intermediate circuit 30 can comprise a first circuit branch 31 and a second circuit branch 32 purely by way of example. The first circuit branch 31 can connect a positive DC voltage-side connection of the grid-side converter 10 to a positive DC voltage-side connection of the load-side converter 20, while the second circuit branch 32 can connect a negative DC voltage-side connection of the grid-side converter 10 to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter 20. The DC voltage intermediate circuit 30 preferably also has an intermediate circuit capacitor 33 for smoothing the voltage in the DC voltage intermediate circuit 30 . In this case, the intermediate circuit capacitor 33 shown can be understood as an equivalent circuit diagram for any intermediate circuit capacitance, so that the DC voltage intermediate circuit 30 z. B. also several, z. B. may include intermediate circuit capacitors 33 connected in parallel and/or in series. The intermediate circuit capacitor 33 can z. B. the first and second circuit branch 31, 32 electrically couple to each other.
Um nun auf vorteilhafte Weise einen schnellen und sicheren Kurzschlussschutz im Umrichter 100 bzw. im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 bereitzustellen, weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 ferner zumindest eine Kurzschließeinrichtung auf, wobei die vorliegende beispielhafte Ausführungsform nur eine (erste) Kurzschließeinrichtung 40 umfasst. Bevorzugt dient die zumindest eine Kurzschließeinrichtung 40 dabei zum Ausbilden eines zusätzlichen Strompfads im Fehlerfall. Hierbei kann es sich z. B. um einen der folgenden exemplarischen Fehlerfälle handeln: ein interner Kurzschluss (z. B. einer Diode) im netzseitigen Stromrichter 10, ein defektes Bauteil im lastseitigen Stromrichter 20 (z. B. ein Defekt in einer IGBT-Schaltung), ein Kurzschluss des Zwischenkreiskondensators 33, ein allgemeiner Isolationsfehler im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 und/oder ein Isolationsfehler im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 durch Fremdeinwirkung (z. B. durch Feuchtigkeit, Staub oder Metallspäne). Die zumindest eine Kurzschließeinrichtung, ist ausgebildet, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 (z. B. infolge eines der vorgenannten Fälle) selbsttätig mindestens eine (zusätzliche) elektrisch leitende Verbindung auszubilden, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung bevorzugt zum Umleiten und/oder Umkanalisieren des Kurzschlussstroms dient. In order to provide fast and safe short-circuit protection in the converter 100 or in the DC link 30 in an advantageous manner, the DC link 30 also has at least one short-circuiting device, with the present exemplary embodiment only comprising a (first) short-circuiting device 40. The at least one short-circuiting device 40 preferably serves to form an additional current path in the event of a fault. This can be z. B. be one of the following exemplary faults: an internal short circuit (e.g. a diode) in the line-side converter 10, a defective component in the load-side converter 20 (e.g. a defect in an IGBT circuit), a short circuit in the Intermediate circuit capacitor 33, a general insulation fault in the DC voltage intermediate circuit 30 and/or an insulation fault in the DC voltage intermediate circuit 30 due to external influences (e.g. due to moisture, dust or metal shavings). The at least one short-circuiting device is designed to automatically form at least one (additional) electrically conductive connection as a result of a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit 30 (e.g. as a result of one of the aforementioned cases), the at least one electrically conductive connection preferably being used for rerouting and/or or re-channelling the short-circuit current.
Wie vorliegend dargestellt ist, kann die zumindest eine Kurzschließeinrichtung hierzu eine erste Kurzschließeinrichtung 40 umfassen, deren beispielhafter Aufbau im Detail noch im Zusammenhang mit Figur 4 noch eingehender beschrieben werden wird. Die erste Kurzschließeinrichtung 40 kann dabei einen ersten Leiter 41 und einen zweiten Leiter 42 umfassen. Der zweite Leiter kann dabei vom ersten Leiter 41 (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein. Ferner kann der erste Leiter 41 eine erste Leitungsengstelle 43 (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters 41) aufweisen. Vorliegend ist die erste Leitungsengstelle 43 dabei lediglich beispielhafte zick-zack-förmig ausgebildet, d. h. der erste Leiter 41 verläuft dort in einer Zickzacklinie mit mehreren Richtungswechseln. Die entsprechenden Spitzen ermöglichen dabei auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwächung der dortigen Isolation. Die erste Leitungsengstelle (43) kann ferner derart ausgebildet sein und der zweite Leiter 42 ferner derart an der ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 vorbeigeführt sein (vgl. z. B. Figur 4), dass eine zwischen der ersten Leitungsengstelle 43 und dem zweiten Leiter 42 vorhandene Isolationsschicht 44 (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter 41, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannten mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Leiter 41 und dem zweiten Leiter 42 vorliegt. As shown here, the at least one short-circuiting device can include a first short-circuiting device 40 for this purpose, the exemplary structure of which will be described in more detail in connection with FIG. The first short-circuiting device 40 may include a first conductor 41 and a second conductor 42 . The second conductor can be electrically insulated from the first conductor 41 (e.g. by an insulating printed circuit board material). Furthermore, the first conductor 41 can have a first line constriction 43 (e.g. in the form of a sectional narrowing of the first conductor 41). In the present case, the first line constriction 43 is merely embodied in a zigzag shape, ie the first conductor 41 runs there in a zigzag line with several changes in direction. The corresponding peaks advantageously allow a high field concentration and thus a deliberate weakening of the insulation there. The first line constriction (43) can also be designed in such a way and the second conductor 42 can also be routed past the first line constriction 43 of the first conductor 41 (cf. e.g. Figure 4) such that a line constriction 43 and the second Conductor 42 existing insulation layer 44 (e.g. a plastic such as polyurethane) is destroyed, preferably thermally, in the event of a short-circuit current via the first conductor 41, so that the aforementioned at least one electrically conductive connection between the first conductor 41 and the second conductor 42 is present.
Bevorzugt soll somit im Kurzschlussfall eine bewusste (lokale) Schädigung der ersten Kurzschließeinrichtung 40 zur Ausbildung eines zusätzlichen Strompfads erfolgen, weshalb die erste Kurzschließeinrichtung 40 auch als Soll-Durchschlagsstelle bezeichnet werden kann. Bevorzugt weist dazu auch der zweite Leiter 42 eine (z.B. ebenfalls zick-zack-förmig ausgebildete) Leitungsengstelle 45 auf, die zur besseren Unterscheidung als „zweite" Leitungsengstelle 45 bezeichnet werden soll. Wie vorliegend beispielhaft dargestellt, kann die zweite Leitungsengstelle 45 dabei in einem Endbereich des zweiten Leiters 42 angeordnet sein und/oder benachbart zur ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45 können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein und lediglich durch die, vorzugsweise dünne, Isolationsschicht 44 voneinander getrennt werden. Hierdurch kann, wie vorstehend bereits beschrieben wurde, auf vorteilhafte Weise im Kurzschlussfall selbsttätig eine Stromverlagerung über den sodann mit dem ersten Leiters 41 verbundenen zweiten Leiters 42 ermöglicht werden, derart, dass dieser zweite Leiter 42 den Fehlerstrom aus dem Gleichspannungs- Zwischenkreis 30 übernimmt und an eine geeignete Stelle ableitet, was nachfolgender noch eingehender beschrieben werden wird. Da das Ausbilden des zusätzlichen Strompfads nur wenige Millisekunden (vgl. Figur 6) benötigt und damit deutlich schneller als ein, vorzugsweise zusätzlich vorhandener, Leistungsschutzschalter (typ. 10-20 ms) ist, kann auf vorteilhafte Weise insgesamt ein schneller und zuverlässiger Kurzschlussschutz für den Umrichter 100 bereitgestellt werden. Nachdem vorstehend die grundsätzliche Funktionsweise der ersten Kurzschließeinrichtung 40 beschrieben wurde, soll nachfolgend auf die konkrete Anordnung der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 eingegangen werden. Gemäß der dargestellten beispielhafte Ausführungsform kann dabei der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der erste Leiter 41 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des ersten Schaltungszweigs 31 ausgebildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des ersten Leiters 41 bzw. der ersten Leitungsengstelle 43 über ein (erstes) Leiterstück 31a des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des ersten Leiters 41 bzw. der ersten Leitungsengstelle 43 über ein (zweites) Leiterstück 31b des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann gemäß der vorliegenden beispielhafte Ausführungsform der zweite Leiter 42 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im zweiten Schaltungszweigs 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der zweite Leiter 42 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs 32 ausgebildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des zweiten Leiters 42 bzw. der zweiten Leitungsengstelle 45 über ein (erstes) Leiterstück 32a des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des zweiten Leiters 42 bzw. der zweiten Leitungsengstelle 45 über ein (zweites) Leiterstück 32b des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine gezielte Verbindung zwischen den Schaltungszweigen 31 und 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 ermöglicht werden, um dadurch nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen. In the event of a short circuit, deliberate (local) damage to the first short-circuiting device 40 should preferably take place in order to form an additional current path, which is why the first short-circuiting device 40 can also be referred to as a desired breakdown point. For this purpose, the second conductor 42 preferably also has a line constriction 45 (e.g. also zigzag-shaped), which should be referred to as the “second” line constriction 45 for better differentiation End region of the second conductor 42 can be arranged and/or arranged adjacent to the first line constriction 43 of the first conductor 41. The first and second line constriction 43, 45 can thus preferably be arranged close together and/or in the immediate vicinity and only by preferably thin, insulating layer 44. As already described above, this can advantageously automatically allow a current shift via the second conductor 42, which is then connected to the first conductor 41, in the event of a short circuit, such that this second conductor 42 can carry the fault current takes over from the DC voltage intermediate circuit 30 and derives it at a suitable point, which will be described in more detail below. Since the formation of the additional current path only takes a few milliseconds (see Figure 6) and is therefore significantly faster than a circuit breaker that is preferably additionally present (typically 10-20 ms), quick and reliable short-circuit protection for the Converter 100 are provided. After the basic functioning of the first short-circuiting device 40 has been described above, the specific arrangement of the first short-circuiting device 40 in the DC voltage intermediate circuit 30 will be discussed below. According to the exemplary embodiment shown, the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can be arranged in the first circuit branch 31 of the DC link 30 . i.e. the first conductor 41 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the first circuit branch 31 . For example, a first end of the first conductor 41 or the first line constriction 43 can be electrically conductively connected to the line-side converter 10 via a (first) conductor section 31a of the first circuit branch 31, and a second end of the first conductor 41 or the first line constriction 43 be electrically conductively connected to the load-side converter 20 via a (second) conductor piece 31b of the first circuit branch 31 . Furthermore, according to the present exemplary embodiment, the second conductor 42 of the first short-circuiting device 40 can be arranged in the second circuit branch 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 . i.e. the second conductor 42 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the second circuit branch 32 . For example, a first end of the second conductor 42 or the second line constriction 45 can be electrically conductively connected to the line-side converter 10 via a (first) conductor section 32a of the second circuit branch 32 and a second end of the second conductor 42 or the second line constriction 45 be electrically conductively connected to the load-side converter 20 via a (second) conductor piece 32b of the second circuit branch 32 . In the event of a fault, a targeted connection between the circuit branches 31 and 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 can thereby be made possible in an advantageous manner, in order thereby to separate subsequent components from the current flow.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der grundlegende Aufbau des Umrichters 100 aus netzseitigem Stromrichter 10 und lastseitigem Stromrichter 20, die über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 einen elektrisch leitend verbunden sind, ist dabei identisch zur der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Allerdings unterscheidet sich in der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform die Anbin- dung/Anordnung der ersten Kurzschließeinrichtung 40. Zwar kann auch gemäß dieser Variante der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wiederum im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h., der erste Leiter 41 bzw. die erste Leitungsengstelle 43 kann z. B. mittels eines ersten Leiterstücks 31a des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und mittels eines zweiten Leiterstücks 31b des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Der zweite Leiter 42 bzw. die zweite Leitungsengstelle 45 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 ist vorliegend beispielhaft jedoch (über ein Leiterstück 46) mit dem ersten Netzanschluss 11 des netzseitigen Stromrichters 10 elektrisch leitend verbunden. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 erfolgen, sodass die Energie am netzseitigen Stromrichter 10, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann. FIG. 2 shows a schematic representation of a converter 100 according to a second specific embodiment. The basic structure of the converter 100, consisting of a line-side converter 10 and a load-side converter 20, which are electrically conductively connected via a DC voltage intermediate circuit 30, is identical to the embodiment described above. However, the connection/arrangement of the first short-circuiting device 40 differs in the present exemplary embodiment. According to this variant, the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can in turn be arranged in the first circuit branch 31 of the DC voltage intermediate circuit 30 . That is, the first conductor 41 or the first line constriction 43 can, for. B. by means of a first conductor piece 31a of the first circuit branch 31 with the line-side converter 10 and by means of a second conductor piece 31b of the first circuit branch 31 with the load-side converter 20 electrically be conductively connected. The second conductor 42 or the second line constriction 45 of the first short-circuiting device 40 is in the present example electrically conductively connected (via a conductor piece 46) to the first grid connection 11 of the grid-side converter 10. Advantageously, in the event of a fault, the current can be shifted or the short-circuit current diverted to the input of the line-side converter 10, so that the energy can be routed past the line-side converter 10, in particular any diodes that may be present there.
Zusätzlich zu der vorstehend beschrieben ersten Kurzschließeinrichtung 40 weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform eine weitere (zweite) Kurzschließeinrichtung 50 auf. Diese zweite Kurzschließeinrichtung 50 kann dabei (wie beispielhaft dargestellt) in ihrem prinzipiellen Aufbau grundsätzlich identisch zur ersten Kurzschließeinrichtung 40 ausgebildet sein, wobei die entsprechenden Komponenten jedoch zur besseren Unterscheidbarkeit unterschiedlich referenziert werden. In addition to the first short-circuiting device 40 described above, the DC link 30 in the exemplary embodiment shown has a further (second) short-circuiting device 50 . The basic structure of this second short-circuiting device 50 can be identical to that of the first short-circuiting device 40 (as shown by way of example), although the corresponding components are referenced differently for better differentiation.
So kann die zweite Kurzschließeinrichtung 50 einen dritten Leiter 51 und einen vierten Leiter 52 umfassen, wobei der vierte Leiter 52 vom dritten Leiter 51 (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der dritte Leiter 51 eine „dritte" Leitungsengstelle 53 (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen. Vorliegend ist die dritte Leitungsengstelle 53 wiederum - lediglich beispielhaft - zick-zack-förmig ausgebildet. Die dritte Leitungsengstelle 53 kann dabei derart ausgebildet sein und der vierte Leiter 52 derart an der dritten Leitungsengstelle 53 des dritten Leiters 51 vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der dritten Leitungsengstelle 53 und dem vierten Leiter 52 vorhandene weitere Isolationsschicht 54 (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter 51, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dritten Leiter 51 und dem vierten Leiter 52 vorliegt. Thus, the second short-circuiting device 50 can comprise a third conductor 51 and a fourth conductor 52, it being possible for the fourth conductor 52 to be electrically insulated from the third conductor 51 (e.g. by an insulating circuit board material). Furthermore, the third conductor 51 can have a "third" line constriction 53 (e.g. in the form of a sectional narrowing of the first conductor). In the present case, the third line constriction 53 is again - merely by way of example - zigzag-shaped. The third line constriction 53 can be designed in such a way and the fourth conductor 52 can be routed past the third line constriction 53 of the third conductor 51 in such a way that a further insulation layer 54 (e.g. a plastic such as polyurethane) present between the third line constriction 53 and the fourth conductor 52 a short-circuit current via the third conductor 51, preferably thermally, is destroyed, so that there is an electrically conductive connection between the third conductor 51 and the fourth conductor 52.
Wie beispielhaft dargestellt, kann auch der vierte Leiter 52 wiederum eine (z. B. ebenfalls zick-zack- förmig ausgebildete) vierte Leitungsengstelle 55 aufweisen. Diese kann dabei, wie vorliegend dargestellt ist, in einem Endbereich des vierten Leiters 52 angeordnet sein und/oder benachbart zur dritten Leitungsengstelle 53 des dritten Leiters 51 angeordnet sein. Die dritte und vierte Leitungsengstelle 53, 55 können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein und lediglich durch die, vorzugsweise dünne, weitere Isolationsschicht 54 voneinander getrennt werden. Wie vorstehend bereits für die erste Kurzschließeinrichtung 40 beschrieben worden ist, kann somit auch mittels der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 auf vorteilhafte Weise im Kurzschlussfall selbsttätig ein weiterer Strompfad zum Ableiten des Kurzschlussstroms ausgebildet werden. As shown by way of example, the fourth conductor 52 can also in turn have a fourth line constriction 55 (e.g. likewise embodied in a zigzag shape). As is shown here, this can be arranged in an end region of the fourth conductor 52 and/or arranged adjacent to the third line constriction 53 of the third conductor 51 . The third and fourth line bottlenecks 53, 55 can thus be arranged, preferably close together, and/or in the immediate vicinity and only be separated from one another by the further insulating layer 54, which is preferably thin. As has already been described above for the first short-circuiting device 40, the second short-circuiting device 50 can thus also be advantageous In the event of a short circuit, another current path for dissipating the short-circuit current is automatically formed.
Vorliegend ist exemplarisch vorgesehen, dass auch mittels der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 ebenfalls ein Ableiten eines Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 möglich ist. Dazu kann der dritte Leiter 51 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 im zweiten Schaltungszweig 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der dritte Leiter 51 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs 32 ausgebildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des dritte Leiters 51 bzw. der dritten Leitungsengstelle 53 über ein (erstes) Leiterstück 32a des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des dritten Leiters 51 bzw. der dritten Leitungsengstelle 53 über ein (zweites) Leiterstück 32b des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. In the present case, it is provided, for example, that a short-circuit current can also be discharged to the input of the line-side converter 10 by means of the second short-circuiting device 50 . For this purpose, the third conductor 51 of the second short-circuiting device 50 can be arranged in the second circuit branch 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 . i.e. the third conductor 51 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the second circuit branch 32 . For example, a first end of the third conductor 51 or the third line constriction 53 can be electrically conductively connected to the line-side converter 10 via a (first) conductor section 32a of the second circuit branch 32, and a second end of the third conductor 51 or the third line constriction 53 be electrically conductively connected to the load-side converter 20 via a (second) conductor piece 32b of the second circuit branch 32 .
Um die Verbindung zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 herzustellen, kann der vierte Leiter 52 bzw. die vierte Leitungsengstelle 55 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 (z. B. über ein Leiterstück 56) mit dem zweiten Netzanschluss 12 des netzseitigen Stromrichters 10 elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum zweiten Netzanschluss 12 des netzseitigen Stromrichters 10 erfolgen. Durch das beispielhafte Vorsehen von zwei Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 kann somit je nach Fehlerfall ein zuverlässiger Schutz des Umrichters 100 erreicht werden. Beispielsweise würden bei einer Überlastung im Gleichspannungs- Zwischenkreis 30 (verdeutlicht durch Pfeil 81) beide Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 ansprechen, wohingegen bei einem Fehler nach Erde (verdeutlicht durch die Pfeile 82 und 83) auch jeweils nur einer der beiden Kurzschließeinrichtungen, d. h. z. B. nur die erste Kurzschließeinrichtung 40 oder nur die zweite Kurzschließeinrichtung 50 ansprechen kann. In order to establish the connection to the input of the line-side converter 10, the fourth conductor 52 or the fourth line constriction 55 of the second short-circuiting device 50 (e.g. via a conductor piece 56) can be electrically conductively connected to the second line connection 12 of the line-side converter 10. Advantageously, in the event of a fault, the short-circuit current can be shifted or diverted to the second grid connection 12 of the grid-side converter 10 . By providing, for example, two short-circuiting devices 40 and 50 in the DC voltage link 30, reliable protection of the converter 100 can be achieved depending on the fault. For example, in the event of an overload in the DC link 30 (indicated by arrow 81), both short-circuiting devices 40 and 50 would respond, whereas in the event of a fault to ground (indicated by arrows 82 and 83), only one of the two short-circuiting devices, i. H. e.g. B. only the first short-circuiting device 40 or only the second short-circuiting device 50 can respond.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer dritten Ausführungsform. Auch diese Ausführungsform weist exemplarisch zwei Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit Figur 2 im Detail beschrieben worden ist, kann gemäß dieser beispielhaften Variante der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wiederum im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs- Zwischenkreises 30 angeordnet sein und der dritte Leiter 51 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 wiederum im zweiten Schaltungszweig 51 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. Im Vergleich zu der Variante gemäß Figur 2 sind vorliegend jedoch der zweite Leiter 52 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 und der vierte Leiter 52 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 nicht mit dem Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 verbunden. FIG. 3 shows a schematic representation of a converter 100 according to a third specific embodiment. This embodiment also has two short-circuiting devices 40 and 50 in the DC link 30 as an example. As has already been described in detail above in connection with Figure 2, according to this exemplary variant, the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can again be arranged in the first circuit branch 31 of the DC voltage intermediate circuit 30 and the third conductor 51 of the second short-circuiting device 50 can again be arranged in the second circuit branch 51 of the DC link 30 may be arranged. In comparison to the variant shown in Figure 2, however, the second conductor 52 are present first short-circuiting device 40 and the fourth conductor 52 of the second short-circuiting device 50 is not connected to the input of the line-side converter 10 .
Gemäß der vorliegenden beispielhaften Variante ist der zweite Leiter 42 der ersten Kurzschließeinrichtung über eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung 60 mit dem vierten Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann dazu ein erstes (distales) Ende der Verbindungsleitung 60 mit dem zweiten Leiter 42 bzw. der zweiten Leitungsengstelle 43 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 verbunden sein und/oder ein zweites (distales) Ende der Verbindungsleitung 60 mit dem vierten Leiter 52 bzw. der vierten Leitungsengstelle 43 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein Zusammenführen der beiden Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 ermöglicht werden, um dadurch im Fehlerfall ggf. nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen. According to the present exemplary variant, the second conductor 42 of the first short-circuiting device is electrically conductively connected to the fourth conductor of the second short-circuiting device 50 via a preferably potential-free connecting line 60 . For example, a first (distal) end of the connecting line 60 can be connected to the second conductor 42 or the second line constriction 43 of the first short-circuiting device 40 and/or a second (distal) end of the connecting line 60 can be connected to the fourth conductor 52 or the fourth Line constriction 43 of the second short-circuiting device 50 may be connected. Advantageously, this allows the two short-circuiting devices 40 and 50 to be brought together in order to separate subsequent components from the current flow in the event of a fault.
Figur 4 zeigt eine schematische Detaildetaildarstellung einer Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform. Lediglich beispielhaft sind die entsprechenden Komponenten dabei in Bezug auf die Nomenklatur der ersten Kurzschließeinrichtung 40 beschrieben. Für den Fachmann ist es jedoch sofort offensichtlich, dass auch die zweite Kurzschließeinrichtung 50 entsprechend ausgebildet sein kann. Die beispielhaft dargestellte erste Kurzschließeinrichtung 40 weist dabei einen ersten Leiter 41 (z. B. in Form einer Leiterbahn) und einen zweiten Leiter 42 (z. B. in Form einer Leiterbahn). Der zweite Leiter 42 ist hierbei vom ersten Leiter 41, z. B. durch ein nicht näher dargestelltes isolierendes Leiterplattenmaterial, elektrisch isoliert. Ferner der erste Leiter 41 eine Leitungsengstelle auf, die zur besseren Unterscheidung als erste Leitungsengstelle 43 bezeichnet werden soll. Bei der ersten Leitungsengstelle 43 handelt es sich bevorzugt um eine (lokale) Verjüngung des Leiterquerschnitts. D. h. der erste Leiter 41 kann im Bereich der ersten Leitungsengstelle 43 z. B. dünner als vor und/oder nach der ersten Leitungsengstelle 43 ausgebildet sein. Lediglich beispielhaft kann die erste Leitungsengstelle 43 z. B. zick-zack-förmig ausgebildet sein, d. h. der erste Leiter 41 kann dort in einer Zickzacklinie mit entsprechenden Leiterspitzen verlaufen. FIG. 4 shows a schematic detailed representation of a short-circuiting device according to an embodiment. The corresponding components are described with reference to the nomenclature of the first short-circuiting device 40 merely as an example. However, it is immediately obvious to a person skilled in the art that the second short-circuiting device 50 can also be designed accordingly. The first short-circuiting device 40 shown as an example has a first conductor 41 (eg in the form of a conductor track) and a second conductor 42 (eg in the form of a conductor track). The second conductor 42 is in this case from the first conductor 41, z. B. electrically isolated by an insulating circuit board material, not shown. Furthermore, the first conductor 41 has a line constriction, which should be referred to as the first line constriction 43 for better differentiation. The first line constriction 43 is preferably a (local) narrowing of the conductor cross section. i.e. the first conductor 41 can in the first line constriction 43 z. B. thinner than before and / or after the first line constriction 43 may be formed. For example only, the first constriction 43 z. B. zigzag-shaped, d. H. the first conductor 41 can there run in a zigzag line with corresponding conductor tips.
Auch der zweite Leiter 42 kann ferner, wie beispielhaft dargestellt ist, eine Leitungsengstelle auf, die zur besseren Unterscheidung als zweite Leitungsengstelle 45 bezeichnet werden soll. Beispielsweise kann die zweite Leitungsengstelle 45, wie dargestellt, in einem Endbereich des zweiten Leiters 42 angeordnet sein. Bevorzugt ist dabei auch die zweite Leitungsengstelle 45 des zweiten Leiters 42 zick-zack-förmig ausgebildet. Weiterhin kann die zweite Leitungsengstelle 45 des zweiten Leiters 42 benachbart zur ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 angeordnet sein. Bei- spielsweise können die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45, vorzugsweise in geringem Abstand zueinander, planparallel versetzt angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45 können somit lediglich durch eine, vorzugsweise dünne, Isolationsschicht 44 (nicht ausdrücklich dargestellt) voneinander getrennt werden. Durch diese Geometrie der ersten Kurzschließeinrichtung 40 kann auf vorteilhafte Weise eine (definierte) Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden, die im Fehlerfall ein entsprechendes Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter 41, 42 durch ein kurschlussstrominduziertes Zerstören der Isolationsschicht 44 ermöglicht. The second conductor 42 can also, as shown by way of example, have a line constriction, which should be referred to as the second line constriction 45 for better differentiation. For example, the second line constriction 45 can be arranged in an end region of the second conductor 42, as shown. The second line constriction 45 of the second conductor 42 is preferably also designed in a zigzag shape. Furthermore, the second line constriction 45 of the second conductor 42 can be arranged adjacent to the first line constriction 43 of the first conductor 41 . At- For example, the first and second line bottlenecks 43, 45 can be arranged offset plane-parallel, preferably at a small distance from one another. The first and second line constriction 43, 45 can thus only be separated from one another by a preferably thin insulating layer 44 (not expressly shown). This geometry of the first short-circuiting device 40 can advantageously provide a (defined) target breakdown point which, in the event of a fault, enables a corresponding formation of a conductive connection between the first and second conductors 41, 42 by destroying the insulation layer 44 induced by a short-circuit current.
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer in einer Leiterplatte 70 eingebetteten Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform. Für eine möglichst hohe Bediensicherheit beim beanspruchten Umrichter 100 ist bevorzugt vorgesehen, alle Leitungen des Umrichters 100 vom Netzeingang bis zum Lastausgang in einer Innenlage einer Leiterplatte 70 zu führen. Figur 5 zeigt hierzu eine entsprechende Schnittdarstellung im Bereich der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30. In der Mitte der Leiterplatte, welche z. B. aus keramischen Materialien, Kunststoffen wie Polyamid bzw. Polytetrafluorethylen, und/oder anderen Materialien bestehen kann, ist vorliegend beispielhaft die erste Kurzschließeinrichtung 40 angeordnet. Dargestellt ist dabei ein Schnitt durch die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45, welche durch eine Isolationsschicht 44 voneinander getrennt werden. Der Abstand der ersten Leitungsengstelle 43 von der zweiten Leitungsengstelle 45 bzw. die Dicke der trennenden Isolationsschicht 44 kann dabei, wie vorliegend dargestellt, geringer als die laterale Ausdehnung des jeweils ersten bzw. zweiten Leiters 41, 42 im Bereich der jeweiligen Leitungsengstelle 43, 45 sein. Weiterhin kann die Leiterplatte 70 weitere Leitungslagen umfassen, wobei vorliegend hierzu lediglich beispielhaft die Leitungslagen 71, 72, 73 und 74 dargestellt sind. Durch ein entsprechendes Anordnen der ein oder mehreren Kurzschließeinrichtungen innerhalb der Leiterplatte 70 hat dabei den Vorteil, dass die im Kurzschlussfall freiwerdende Energie möglichst innerhalb der Leiterplatte und damit nicht an anderen Oberfläche freigesetzt wird. FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a short-circuiting device embedded in a printed circuit board 70 according to an embodiment. For the highest possible operating safety in the claimed converter 100, it is preferably provided that all lines of the converter 100 are routed from the mains input to the load output in an inner layer of a printed circuit board 70. For this purpose, FIG. B. from ceramic materials, plastics such as polyamide or polytetrafluoroethylene, and / or other materials, the present example, the first short-circuiting device 40 is arranged. A section through the first and second line bottlenecks 43, 45, which are separated from one another by an insulating layer 44, is shown. The distance between the first line constriction 43 and the second line constriction 45 or the thickness of the separating insulating layer 44 can, as shown here, be less than the lateral extension of the respective first or second conductor 41, 42 in the region of the respective line constriction 43, 45 . Furthermore, the printed circuit board 70 can include further line layers, the line layers 71, 72, 73 and 74 being shown here merely as examples. Appropriately arranging the one or more short-circuiting devices within the printed circuit board 70 has the advantage that the energy released in the event of a short circuit is released as far as possible within the printed circuit board and thus not on other surfaces.
Figur 6 zeigt einen exemplarischen zeitlichen Stromverlauf im Kurzschlussfall an eines beanspruchten Umrichters 100 mit einer ersten Kurzschließeinrichtung 40 gemäß einer Ausführungsform. Zunächst steigt dabei der Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 des Umrichters 100 (Kurve 5a) quasi linear an. Nach einem Intervall At spricht sodann die erste Kurzschließeinrichtung 40 des Umrichters an, d. h. die Isolationsschicht 44 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wird zerstört und die erste Kurzschließeinrichtung 40 wird (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend bzw. liegt dann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter 41, 42 vor. Entsprechend bricht der Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 ein und es findet eine Stromverlagerung über die erste Kurzschließeinrichtung 40 statt. Der sodann über die erste Kurzschließeinrichtung 40 fließende Strom ist dabei in Kurve 5b darstellt. Dieser steigt dabei weiter an bis letztlich vorzugsweise der Stromfluss durch ein Schalten eines dem Umrichter 100 netzseitig vorgelagertes strombegrenzendes Schaltelement 3 (z. B. ein Leistungsschutzschalter und/oder eine Schmelzsicherung) beendet wird. Das Zeitintervall At bis zum Zünden der ersten Kurzschließeinrichtung 40 kann dabei durch ein entsprechendes Auslegen der ersten Leitungsengstelle 43 bzw. über das Material der Isolationsschicht 44 und/oder über die Ausdehnung, insbesondere Dicke, der Isolationsschicht 44 einstellbar sein, was beispielsweise mittels entsprechender Vorversuche ermittelt werden kann. FIG. 6 shows an exemplary current profile over time in the event of a short circuit in a claimed converter 100 with a first short-circuiting device 40 according to one specific embodiment. First of all, the short-circuit current in the DC link 30 of the converter 100 (curve 5a) rises more or less linearly. After an interval At, the first short-circuiting device 40 of the converter then responds, ie the insulating layer 44 of the first short-circuiting device 40 is destroyed and the first short-circuiting device 40 becomes electrically conductive (e.g. by sparkover or arcing) or an electrically conductive one is then present connection between the first and second conductors 41, 42. Accordingly, the short-circuit current in the DC link 30 collapses and a current shift takes place via the first short-circuiting device 40 . The current then flowing via the first short-circuiting device 40 is shown in curve 5b. This continues to increase until finally the current flow is preferably ended by switching a current-limiting switching element 3 (eg a power circuit breaker and/or a safety fuse) upstream of the converter 100 on the network side. The time interval At until the first short-circuiting device 40 is triggered can be set by appropriately designing the first line constriction 43 or via the material of the insulation layer 44 and/or via the extent, in particular thickness, of the insulation layer 44, which is determined, for example, by means of corresponding preliminary tests can be.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Although the invention has been described with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalents substituted without departing from the scope of the invention. Accordingly, the invention should not be limited to the disclosed embodiments, but should include all embodiments falling within the scope of the appended claims. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Last 1 load
2 Energieversorgungsnetz 2 power supply network
3 Schutzschalter 3 circuit breakers
4 PE-Leiter 4 PE conductors
5a Stromverlauf vor Zünden der Kurzschließeinrichtung5a Current curve before ignition of the short-circuiting device
5b Stromverlauf nach Zünden der Kurzschließeinrichtung5b Current curve after ignition of the short-circuiting device
10 netzseitige Stromrichter 10 line-side power converters
11 erster Netzanschluss 11 first power connection
12 zweiter Netzanschluss 12 second power connector
13 dritter Netzanschluss 13 third power connector
20 lastseitigen Stromrichter 20 load-side power converters
21, 22, 23 Anschlüsse 21, 22, 23 connections
30 Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 DC link circuit
31 ersten Schaltungszweig 31 first circuit branch
31a erstes Leiterstück 31a first conductor section
31b zweites Leiterstück 31b second conductor piece
32 zweiter Schaltungszweig 32 second circuit branch
32a erstes Leiterstück 32a first conductor section
32b zweites Leiterstück 32b second conductor piece
33 Zwischenkreiskondensator 33 intermediate circuit capacitor
40 erste Kurzschließeinrichtung 40 first short-circuiting device
41 erste Leiter 41 first ladder
42 zweiter Leiter 42 second conductor
43 erste Leitungsengstelle 43 first line bottleneck
44 Isolationsschicht 44 insulation layer
45 zweite Leitungsengstelle 45 second line constriction
46 Leiterstück 46 piece of ladder
50 zweite Kurzschließeinrichtung 50 second short-circuiting device
51 dritter Leiter 51 third conductor
52 vierter Leiter 52 fourth conductor
53 dritte Leitungsengstelle 53 third line constriction
54 weitere Isolationsschicht 54 more insulation layer
55 vierte Isolationsschicht 56 Leiterstück 55 fourth insulating layer 56 piece of ladder
70 Leiterplatte 70 circuit board
71, 72, 73, 74 Leitungslagen 71, 72, 73, 74 cable layers
81 Überlastung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 82, 83 Fehler nach Erde 81 DC link overload 82, 83 Earth fault
100 Umrichter 100 converters
101 Gehäuse 101 housing
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Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Umrichter (100) zum Anschließen einer elektrischen Last (1), vorzugsweise eines Elektromotors, an ein Energieversorgungsnetz (2), aufweisend einen netzseitigen Stromrichter (10) und einen lastseitigen Stromrichter (20), wobei der netzseitige Stromrichter (10) und der lastseitige Stromrichter (20) über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) elektrisch leitend miteinander verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) zumindest eine Kurzschließeinrichtung (40, 50) aufweist, wobei die zumindest eine Kurzschließeinrichtung (40, 50) ausgebildet ist, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) selbsttätig mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zum Umleiten des Kurzschlussstroms auszubilden. 1. Converter (100) for connecting an electrical load (1), preferably an electric motor, to an energy supply network (2), having a line-side converter (10) and a load-side converter (20), the line-side converter (10) and the load-side power converters (20) are electrically conductively connected to one another via a DC link (30); characterized in that the DC voltage intermediate circuit (30) has at least one short-circuiting device (40, 50), the at least one short-circuiting device (40, 50) being designed to automatically produce at least one electrically conductive connection as a result of a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit (30). to divert the short-circuit current.
2. Umrichter (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kurzschließeinrichtung (40, 50) eine erste Kurzschließeinrichtung (40) umfasst, wobei die erste Kurzschließeinrichtung (40) einen ersten Leiter (41) und einen, vom ersten Leiter (41) elektrisch isolierten, zweiten Leiter (42) umfasst; wobei der erste Leiter (41) eine erste Leitungsengstelle (43) aufweist; und wobei die erste Leitungsengstelle (43) derart ausgebildet ist und der zweite Leiter (42) derart an der ersten Leitungsengstelle (43) des ersten Leiters (41) vorbeigeführt ist, dass eine zwischen der ersten Leitungsengstelle (43) und dem zweiten Leiter (42) vorhandene Isolationsschicht (44) bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter (41) zerstört wird, so dass die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Leiter (41) und dem zweiten Leiter (42) vorliegt. 2. The converter (100) according to claim 1, characterized in that the at least one short-circuiting device (40, 50) comprises a first short-circuiting device (40), the first short-circuiting device (40) having a first conductor (41) and one from the first conductor (41) electrically insulated second conductor (42); the first conductor (41) having a first constriction (43); and wherein the first line constriction (43) is designed in such a way and the second conductor (42) is guided past the first line constriction (43) of the first conductor (41) in such a way that between the first line constriction (43) and the second conductor (42 ) Existing insulating layer (44) is destroyed in the event of a short-circuit current via the first conductor (41), so that the at least one electrically conductive connection between the first conductor (41) and the second conductor (42) is present.
3. Umrichter (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Leiter (41, 42) a) zumindest abschnittsweise wellenförmig, zick-zack-förmig und/oder, vorzugsweise scharfkantig, mäanderförmig angeordnet sind; und/oder b) zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sind; und/oder c) zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. . Umrichter (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (44) durch einen Stromfluss durch die erste Leitungsengstelle (43) erwärmbar ist, und dass die Isolationsschicht (44) ausgebildet ist, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. 3. Converter (100) according to Claim 2, characterized in that the first and second conductors (41, 42) a) are arranged at least in sections in a wavy, zigzag shape and/or, preferably with sharp edges, in a meandering shape; and/or b) are arranged parallel to one another at least in sections; and/or c) have at least one, preferably several, changes in direction. . Converter (100) according to claim 2 or 3, characterized in that the insulating layer (44) can be heated by a current flow through the first line constriction (43), and that the Insulating layer (44) is designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached.
5. Umrichter (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiter (42), vorzugsweise ein Endbereich des zweiten Leiters (42), eine zweite Leitungsengstelle (45) aufweist, wobei die zweite Leitungsengstelle (45) des zweiten Leiters (42) benachbart zur ersten Leitungsengstelle (43) des ersten Leiters (41) angeordnet ist. 5. Converter (100) according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the second conductor (42), preferably an end region of the second conductor (42), has a second line constriction (45), the second line constriction (45) of the second conductor (42) is arranged adjacent to the first line constriction (43) of the first conductor (41).
6. Umrichter (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) einen ersten Schaltungszweig (31) aufweist, der den netzseitigen Stromrichter (10) und den lastseitigen Stromrichter (20) miteinander verbindet, und dass der erste Leiter (41) der ersten Kurzschließeinrichtung (40) im ersten Schaltungszweig (31) oder vor dem ersten Schaltungszweig (31) angeordnet ist. . Umrichter (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) einen zweiten Schaltungszweig (32) aufweist, der den netzseitigen Stromrichter (10) und den lastseitigen Stromrichter (20) miteinander verbindet, und dass der zweite Leiter (42) der ersten Kurzschließeinrichtung (40) im zweiten Schaltungszweig (32) oder vor dem zweiten Schaltungszweig (32) angeordnet ist. . Umrichter (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der netzseitige Stromrichter (10) einen ersten Netzanschluss (11) zum Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz (2) aufweist, und dass der zweite Leiter (42) der ersten Kurzschließeinrichtung (40) mit dem ersten Netzanschluss (11) des netzseitigen Stromrichters (10) verbunden ist. 6. Converter (100) according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the DC link (30) has a first circuit branch (31) which connects the line-side converter (10) and the load-side converter (20) to one another, and that the first conductor (41) of the first short-circuiting device (40) is arranged in the first circuit branch (31) or in front of the first circuit branch (31). . Converter (100) according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the DC link (30) has a second circuit branch (32) which connects the line-side converter (10) and the load-side converter (20) to one another, and that the second conductor (42) of the first short-circuiting device (40) is arranged in the second circuit branch (32) or in front of the second circuit branch (32). . Converter (100) according to one of Claims 2 to 7, characterized in that the line-side converter (10) has a first line connection (11) for connection to the energy supply network (2), and in that the second conductor (42) of the first short-circuiting device ( 40) is connected to the first mains connection (11) of the mains-side converter (10).
9. Umrichter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) eine zweite Kurzschließeinrichtung (50) umfasst, wobei die zweite Kurzschließeinrichtung (50) einen dritten Leiter (51) und einen, elektrisch vom dritten Leiter (51) isolierten, zweiten Leiter (52) umfasst; wobei der dritte Leiter (51) eine dritte Leitungsengstelle (53) aufweist; und wobei die dritte Leitungsengstelle (53) derart ausgebildet ist und der vierte Leiter (52) derart an der dritten Leitungsengstelle (53) des dritten Leiters (51) vorbeigeführt ist, dass eine zwischen der dritten Leitungsengstelle (53) und dem vierten Leiter (52) vorhandene weitere Isolationsschicht (54) bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter (51) zerstört wird, so dass die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dritten Leiter (51) und dem vierten Leiter (52) vorliegt. 10. Umrichter (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) einen zweiten Schaltungszweig (32) aufweist, der den netzseitigen Stromrichter (10) und den lastseitigen Stromrichter (20) miteinander verbindet, und dass der dritte Leiter (51) der zweiten Kurzschließeinrichtung (50) im zweiten Schaltungszweig (52) angeordnet ist. 9. Converter (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the DC link (30) comprises a second short-circuiting device (50), the second short-circuiting device (50) having a third conductor (51) and one, electrically connected to the third conductor (51) comprises an insulated second conductor (52); the third conductor (51) having a third constriction (53); and wherein the third line constriction (53) is designed in such a way and the fourth conductor (52) is guided past the third line constriction (53) of the third conductor (51) in such a way that between the third line constriction (53) and the fourth conductor (52 ) existing further insulation layer (54) is destroyed in a short-circuit current via the third conductor (51), so that the at least one electrically conductive connection between the third conductor (51) and the fourth conductor (52) is present. 10. Converter (100) according to Claim 9, characterized in that the DC link (30) has a second circuit branch (32) which connects the line-side converter (10) and the load-side converter (20) to one another, and that the third Conductor (51) of the second short-circuiting device (50) is arranged in the second circuit branch (52).
11. Umrichter (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der netzseitige Stromrichter (10) einen zweiten Netzanschluss (12) zum Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz (2) aufweist, und dass der vierte Leiter (52) der zweiten Kurzschließeinrichtung (50) mit dem zweiten Netzanschluss (12) des netzseitigen Stromrichters (10) verbunden ist. 11. Converter (100) according to claim 9 or 10, characterized in that the line-side power converter (10) has a second line connection (12) for connection to the power supply system (2), and that the fourth conductor (52) of the second short-circuiting device ( 50) is connected to the second mains connection (12) of the mains-side converter (10).
12. Umrichter (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Leiter (52) der zweiten Kurzschließeinrichtung (50) über eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung (60) mit dem zweiten Leiter (42) der ersten Kurzschließeinrichtung (40) verbunden ist. 12. Converter (100) according to one of Claims 9 to 11, characterized in that the fourth conductor (52) of the second short-circuiting device (50) is connected to the second conductor (42) of the first short-circuiting device via a preferably potential-free connecting line (60). (40) is connected.
13. Umrichter (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, a) dass der dritte und vierte Leiter (51, 52) zumindest abschnittsweise al) zumindest abschnittsweise wellenförmig, zick-zack-förmig, vorzugsweise scharfkantig, mäanderförmig angeordnet sind; und/oder a2) zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sind; und/oder a3) zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen; und/oder b) dass die weitere Isolationsschicht (54) durch einen Stromfluss durch die dritte Leitungsengstelle (53) erwärmbar ist, und dass die weitere Isolationsschicht (54) ausgebildet ist, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen; und/oder c) dass der vierte Leiter (52), vorzugsweise ein Endbereich des vierten Leiters (52), eine vierte Leitungsengstelle (55) aufweist, wobei die vierte Leitungsengstelle (55) des vierten Leiters (52) angrenzend zur dritten Leitungsengstelle (53) des dritten Leiters (51) angeordnet ist. 13. The converter (100) according to any one of claims 9 to 12, characterized in that a) the third and fourth conductors (51, 52) are arranged at least in sections a1) at least in sections in a wavy, zigzag shape, preferably with sharp edges, in a meandering shape ; and/or a2) are arranged parallel to one another at least in sections; and/or a3) have at least one, preferably several, changes of direction; and/or b) that the further insulation layer (54) can be heated by a current flow through the third line constriction (53), and that the further insulation layer (54) is designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached; and/or c) that the fourth conductor (52), preferably an end region of the fourth conductor (52), has a fourth line constriction (55), the fourth line constriction (55) of the fourth conductor (52) adjoining the third line constriction (53 ) of the third conductor (51) is arranged.
14. Umrichter (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Kurzschließeinrichtung (40, 50) innerhalb einer Leiterplatte (70) und/oder zwischen zwei aneinander befestigten Leiterplatten angeordnet ist. 15. Umrichter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der netzseitige Stromrichter (10) ein dreiphasiger Stromrichter ist und/oder dass der lastseitige Stromrichter (20) ein dreiphasiger Stromrichter ist. 14. Converter (100) according to one of claims 2 to 13, characterized in that the first and/or the second short-circuiting device (40, 50) is arranged within a printed circuit board (70) and/or between two printed circuit boards fastened to one another. 15. Converter (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the line-side converter (10) is a three-phase converter and / or that the load-side converter (20) is a three-phase converter.
16. Umrichter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) einen Zwischenkreiskondensator (33) aufweist, wobei vorzugsweise über den Zwischenkreiskondensator (33) der erste und zweite Schaltungszweig (31, 32) elektrisch gekoppelt sind. 16. Converter (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage intermediate circuit (30) has an intermediate circuit capacitor (33), the first and second circuit branches (31, 32) preferably being electrically coupled via the intermediate circuit capacitor (33). are.
17. Verwendung eines Umrichters (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, zum Anschließen einer elektrischen Last (1), vorzugsweise eines Elektromotors, an ein Energieversorgungs- netz (2), aufweisend ein, selbsttätiges Ausbilden mindestens einer elektrisch leitenden Verbindung mittels der zumindest einen Kurzschließeinrichtung (40, 50) des Umrichters (100) durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis (30). 17. Use of a converter (100) according to one of the preceding claims, for connecting an electrical load (1), preferably an electric motor, to a power supply network (2), having an automatic formation of at least one electrically conductive connection by means of the at least one Short-circuiting device (40, 50) of the converter (100) by a short-circuit current in the DC link (30).
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