DE10048441A1 - Detecting voltage breakdown in valve sections with series circuit of switchable power semiconductors, involves comparing voltage applied to each monitored valve section with threshold - Google Patents

Abstract

The method involves detecting the voltage applied to each monitored valve section with at least one detector element (D) and indicating an error message if a threshold voltage associated with each valve section is exceeded. An error message can also be signaled if monitored voltage falls below a threshold voltage associated with a valve section. An Independent claim is also included for a valve section of a series circuit of power semiconductors that can be switched off, especially in a converter and especially for implementing the inventive method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Span­ nungsüberschlägen in Ventilabschnitten mit einer Reihenschal­ tung von abschaltbaren Leistungshalbleitern. Ferner betrifft die Erfindung einen Ventilabschnitt einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungshalbleitern.The invention relates to a method for detecting chip arcing in valve sections with a series formwork device of switchable power semiconductors. Furthermore concerns the invention a valve section of a series circuit of power semiconductors that can be switched off.

In Ventilabschnitten mit einer Reihenschaltung von abschalt­ baren Leistungshalbleitern, die z. B. bei Umrichtern zur Über­ tragung elektrischer Energie (z. B. von Hochspannungs-Gleich­ strom-Übertragung HGÜ) verwendet werden, sind in den jeweili­ gen Ventilabschnitten vorliegende abschaltbare Leistungshalb­ leiter (z. B. IGBT's, GTO's oder Thyristoren) vorhanden, bei deren Versagen ein Spannungsüberschlag über einen oder mehre­ re Leistungshalbleiter auftreten kann, wodurch unzulässige Betriebszustände entstehen können.In valve sections with a series connection of shutdown cash power semiconductors, the z. B. in converters for over carrying electrical energy (e.g. high-voltage DC power transmission HVDC) are used in the respective Switchable power half available for valve sections conductors (e.g. IGBTs, GTOs or thyristors) available, at their failure is a voltage flashover over one or more re power semiconductors can occur, making inadmissible Operating conditions can arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung von Spannungsüberschlägen in Ventilabschnitten mit einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungshalbleitern anzubieten. Ferner soll ein Ventilabschnitt einer Reihen­ schaltung von abschaltbaren Leistungshalbleitern angeboten werden, welcher eine Erkennung von Spannungsüberschlägen er­ möglicht.The invention has for its object a method for Detection of voltage flashovers in valve sections with a series connection of switchable power semiconductors offer. Furthermore, a valve section of a row switching of power semiconductors that can be switched off be, which he detection of voltage flashovers made possible.

Die Aufgabe wird für das Verfahren durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten wer­ den in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben. Für den Ven­ tilabschnitt einer Reihenschaltung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Ventilabschnitts werden in den weiteren An­ sprüchen 8 bis 15 beschrieben.The task for the procedure is characterized by the characteristics of Pa claim 1 solved. Advantageous process variants who described in the subclaims 2 to 6. For the Ven tilabschnitt of a series connection, the task by Features of claim 7 solved. Advantageous embodiments  of the valve section are described in the following An Proverbs 8 to 15 described.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird über über mindestens ein Detektorelement die am jeweiligen überwachten Ventilab­ schnitt mit einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leis­ tungshalbleitern anliegende Spannung erfasst und wird bei Überschreitung einer dem jeweiligen Ventilabschnitt zugeord­ neten Grenzspannung eine Fehlermeldung angezeigt. Als Reakti­ on auf eine derartige Fehlermeldung können später beschriebe­ ne Maßnahmen zur Fehlerabschaltung getroffen werden, wodurch der unzulässige und unerwünschte Betriebszustand mit vorlie­ genden (Teil-)spannungsüberschlägen in der Reihenschaltung abschaltbarer Leistungshalbleitern aufgehoben wird. Der über­ wachte Ventilabschnitt besteht aus mindestens einem Leis­ tungshalbleiter.In the method according to the invention, over at least a detector element on the monitored valve cut with a series connection of switchable Leis voltage applied semiconductors detected and is at Exceeding one assigned to the respective valve section an error message is displayed. As a reaction on such an error message can be described later ne measures for fault shutdown are taken, whereby the impermissible and undesirable operating state with existing (partial) voltage flashovers in the series connection power semiconductors that can be switched off is canceled. The over woken valve section consists of at least one Leis processing semiconductor.

Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante kann auch bei Unterschreitung einer dem jeweiligen überwachten Ventilab­ schnitt zugeordneten Grenzspannung eine Fehlermeldung ange­ zeigt werden, wodurch z. B. detektiert werden kann, wenn einer oder mehrere Leistungshalbleiter im ausgeschalteten Zustand bei fehlender Sperrspannung eine bestimmte untere Spannungs­ schwelle nicht erreichen.According to an advantageous method variant, the Falling below a valve monitored by the respective an assigned error message shows what z. B. can be detected if one or several power semiconductors when switched off a certain lower voltage in the absence of reverse voltage do not reach threshold.

Bei Vorliegen einer Fehlermeldung, insbesondere wegen Über­ schreitung einer zugeordneten Grenzspannung, kann zur Fehler­ behebung zunächst eine Abschaltung der nicht betroffenen Ven­ tile der Reihenschaltung erfolgen und daran anschließend eine Einschaltung des betroffenen Ventils oder der betroffenen Ventile.If there is an error message, especially because of About If an assigned limit voltage is exceeded, this can lead to errors corrected first a shutdown of the unaffected Ven Tile of the series connection and then one Activation of the affected valve or the affected Valves.

Das Detektorelement kann nun in verschiedenen Formen reali­ siert werden, wodurch sich auch verschiedene Möglichkeiten der Erkennung von Spannungsabweichungen in den jeweiligen Ventilabschnitten ergeben. The detector element can now be realized in various forms be siert, which also gives different options the detection of voltage deviations in the respective Valve sections result.  

Wenn das Detektorelement einen Stromsensor zur Erfassung des Durchflussstroms am jeweiligen überwachten Ventilabschnitt aufweist, kann eine vorliegende erhebliche Überspannung auf­ grund des in diesem Fehlerfall deutlich höheren Stromflusses erkannt werden.If the detector element has a current sensor for detecting the Flow current at the respective monitored valve section has a significant overvoltage due to the significantly higher current flow in this fault case be recognized.

Bei einem Detektorelement, welches eine du/dt-Erkennungs­ schaltung aufweist, können auch geringe Spannungsveränderun­ gen im jeweiligen Ventilabschnitt zuverlässig detektiert wer­ den.In the case of a detector element which has a du / dt detection circuit, even small voltage changes can conditions in the respective valve section are reliably detected the.

Wenn das Detektorelement ein Vergleichselement aufweist, bei dem ein erfasster Spannungs-Ist-Wert mit einem Schwellenwert (Referenzspannung) verglichen wird, können Spannungsanstiege erfasst werden, welche eine Überschreitung des Schwellenwer­ tes betreffen.If the detector element has a comparison element, at which is a recorded actual voltage value with a threshold value (Reference voltage) is compared, voltage increases are recorded, which exceed the threshold tes concern.

Der erfindungsgemäße Ventilabschnitt einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungshalbleitern weist mindestens ein Detektorelement zur Erfassung einer am Ventilabschnitt anlie­ genden Spannung zu Erkennung von Spannungsüberschlägen im Ventilabschnitt auf. Damit können die bei (Teil-)spannungs­ überschlägen auftretenden unerwünschten Betriebszustände er­ kannt und behoben werden.The valve section of a series circuit according to the invention of switchable power semiconductors has at least one Detector element for detecting an abut on the valve section voltage to detect flashovers in the Valve section on. This allows the (partial) voltage roll over occurring undesirable operating conditions known and fixed.

Wenn ein Auswerteelement zur Auswertung der über mehrere De­ tektorelemente an einem oder mehreren Ventilabschnitten er­ fassten anliegenden Spannungen vorgesehen ist, kann abhängig von der Auswertungscharakteristik entschieden werden, ob eine ausreichende Anzahl von Leistungshalbleitern mit Fehlermel­ dungen vorliegt, um eine Ausschaltung des Gesamtsystems, z. B. des Umrichters, zu rechtfertigen.If an evaluation element for evaluating the over several De tector elements on one or more valve sections applied voltages may be dependent the evaluation characteristic can be used to decide whether a sufficient number of power semiconductors with failures is available to switch off the entire system, e.g. B. of the converter.

Die Detektorelemente können platzsparend im Auswerteelement oder in der Aussteuerschaltung des Leistungshalbleiters in­ tegriert sein oder es kann eine Datenübertragung von den De­ tektorelementen zu einem zugeordneten Empfänger erfolgen, wobei sämtliche Empfänger mit dem Auswerteelement zur Auswer­ tung der von den Detektorelementen eingehenden Daten verbun­ den sein können.The detector elements can save space in the evaluation element or in the control circuit of the power semiconductor in tegrated or a data transmission from the De tector elements to an assigned receiver, wherein  all receivers with the evaluation element for evaluation device connected to the data coming in from the detector elements that can be.

Dabei können die Detektorelemente zur Übermittlung von Feh­ lermeldungen über Lichtwellenleiter mit dem korrespondieren­ den Empfänger in Verbindung stehen. Falls bereits Lichtwel­ lenleiter zur Verbindung einer Steuerelektronik mit den Leis­ tungshalbleitern vorliegen, kann einer der Lichtwellenleiter zur Übermittlung derartiger Fehlermeldungen mittels aufmodu­ liertem Signal verwendet werden.The detector elements can be used to transmit errors messages via fiber optic correspond with the communicate with the recipient. If lighting already conductor for connecting control electronics to the Leis tion semiconductors, one of the optical fibers to transmit such error messages using aufmodu signal.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on exemplary embodiments in the Drawing figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungs­ halbleitern mit mehreren Ventilabschnitten, Fig. 1 a series connection of the turn-off power semiconductors with a plurality of valve portions,

Fig. 2 ein Spannungsverlauf an einem Ventilabschnitt im Falle einer Fehlermeldung, Fig. 2 is a voltage waveform to a valve portion in the case of an error message,

Fig. 3 ein Ventilabschnitt einer Reihenschaltung mit ei­ nem Detektorelement in einer ersten Ausführungs­ form sowie Fig. 3 shows a valve section of a series circuit with egg NEM detector element in a first embodiment and

Fig. 4 ein Ventilabschnitt einer Reihenschaltung mit ei­ nem Detektorelement in einer zweiten Ausführungs­ form. Fig. 4 shows a valve section of a series circuit with egg NEM detector element in a second embodiment.

Fig. 1 zeigt Reihenschaltungen abschaltbarer Leistungshalblei­ tern B_xy, z. B. von Transistoren, mit sechs Ventilen 1-6, die jeweils aus in Reihe geschalteten Leistungshalbleitern B₁₁, B₁₂ und B₁₃ (Ventil 1); B₂₁, B₂₂ und B₂₃ (Ventil 2), B₃₁ B₃₂ und B₃₃ (Ventil 3); B₄₁, B₄₂ und B₄₃ (Ventil 4), B₅₁, B₅₂ und B₅₃ (Ventil 5) sowie B₆₁, B₆₂ und B₆₃ (Ventil 6) bestehen. Fig. 1 shows series connections of turnable power semiconductors B _xy , z. B. of transistors, with six valves 1-6 , each consisting of series-connected power semiconductors B ₁₁ , B ₁₂ and B ₁₃ (valve 1 ); B ₂₁ , B ₂₂ and B ₂₃ (valve 2 ), B ₃₁ B ₃₂ and B ₃₃ (valve 3 ); B ₄₁ , B ₄₂ and B ₄₃ (valve 4 ), B ₅₁ , B ₅₂ and B ₅₃ (valve 5 ) as well as B ₆₁ , B ₆₂ and B ₆₃ (valve 6 ).

Es sind Lastanschlüsse R, S und T z. B. zum Anschluss eines Drehstrommotors sowie Gleichstromanschlüsse + und 0 für eine Gleichspannung U_DC z. B. eines Zwischenkreises eines Umrich­ ters vorgesehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die einzelnen Leistungshalbleitern B_xy zugeordneten antiparalle­ len Freilaufdioden S_xy nur im Ventilabschnitt 1 eingezeich­ net. Erfindungsgemäß sollen Spannungsüberschläge in einzelnen Ventilabschnitten detektiert werden, die allgemein aus min­ destens einem Leistungshalbleiter B_xy und im vorliegenden Fall jeweils aus Ventilabschnitten mit den drei geschilderten Leistungshalbleitern B_x1, B_x2 und B_x3 bestehen.There are load connections R, S and T z. B. for connecting a three-phase motor and DC connections + and 0 for a DC voltage U _DC z. B. an intermediate circuit of a converter ters provided. For reasons of clarity, the antiparallic freewheeling diodes S _xy assigned to the individual power semiconductors B _xy are only shown in the valve section 1 . According to the invention, voltage flashovers are to be detected in individual valve sections, which generally consist of at least one power semiconductor B _xy and in the present case each of valve sections with the three power semiconductors B _x1 , B _x2 and B _{x3 described} .

Wenn nun im ersten Ventilabschnitt 1 ein Spannungsüberschlag an den Leistungshalbleitern B₁₂ und B₁₃ auftritt, wird der Leistungshalbleiter B₁₁ mit einer erhöhten Sperrspannung be­ lastet. Dieser Störfall soll detektiert und behoben werden. In einem derartigen Fall kann am Leistungshalbleiter B₁₁ ein Spannungsverlauf gemäß Fig. 2 festgestellt werden. Zum Zeit­ punkt t₀, also bei noch nicht vorliegender Fehlermeldung, liegt am Leistungshalbleiter B₁₁ die Spannung U_DC/3 an. Bei auftretendem Spannungsüberschlag zum Zeitpunkt t₁ tritt im Leistungshalbleiter B₁₁ der abgebildete Spannungsanstieg auf, wobei bei fehlender Fehlermeldung und -behebung die Spannung U₂ (Durchbruchspannung) des Leistungshalbleiters B₁₁ zum Zeitpunkt t₂ überschritten und ein Durchbruch des Leistungs­ halbleiters B₁₁ stattfinden kann.If a voltage flashover now occurs in the first valve section 1 on the power semiconductors B ₁₂ and B ₁₃ , the power semiconductor B ₁₁ is loaded with an increased reverse voltage. This malfunction should be detected and remedied. In such a case, a voltage curve according to FIG. 2 can be determined on the power semiconductor B ₁₁ . At the point in time t ₀ , that is to say if an error message is not yet present, the voltage U _DC / 3 is present at the power semiconductor B ₁₁ . In occurring voltage breakdown at the time t ₁ occurs in the power semiconductor B _11, the voltage rise imaged, wherein exceeded in the absence of error and correction voltage U ₂ (breakdown voltage) of the power semiconductor B ₁₁ at the time t ₂ and the power semiconductor B can take place ₁₁ a breakthrough ,

Über das erfindungsgemäße Detektorelement D wird der Span­ nungsanstieg im Leistungshalbleiter B₁₁ ab dem Zeitpunkt t₁ bereits frühzeitig z. B. bei Erreichen der Grenzspannung U₁ detektiert, so dass umgehend Maßnahmen zur Fehlerbehebung und Schadensbegrenzung eingeleitet werden können.Via the detector element D according to the invention, the voltage rise in the power semiconductor B ₁₁ from the time t _{1 occurs} at an early stage z. B. detected when the limit voltage U _{1 is reached} , so that measures for troubleshooting and damage limitation can be initiated immediately.

Insgesamt können bei vorliegenden Fehlermeldungen drei Fälle für die vom Detektorelement erfasste Spannung U unterschieden werden:
A total of three cases can be distinguished for the voltage U detected by the detector element in the event of error messages:

• 1. U < U₂ (Fall 1):
  In diesem Fall sind eine große Anzahl von Leistungshalb­ leitern im jeweiligen Ventilabschnitt durch den Span­ nungsüberschlag überbrückt, so dass die verbleibenden n Leistungshalbleiter im Ventilabschnitt nicht ausreichen, um die Spannung U_DC auch nur kurzzeitig zu sperren. Damit fällt die Spannungsdifferenz U_DC - n × U₂ an der Streuin­ duktivität L (vgl. Fig. 1) ab und führt dort zu einem ra­ schen Stromaufbau. Dieser Strom fließt durch die ohne Fehlermeldung arbeitenden Leistungshalbleiter (hier durch B₁₁), die an der Spannungsgrenze U₂ arbeiten.
  Ein derartiger Fehler dieser Art kann auf drei verschie­ dene Arten detektiert werden:
  • - Ein Stromsensor STS im Leistungshalbleiter B₁ (vgl. Fig. 1) detektiert im Störfall einen gegenüber dem normalen Sperrstrom erhöhter Überstrom im Leistungs­ halbleiter bei einem derartigen auftretenden Span­ nungsüberschlag.
  • - Eine festgestellte Überspannung mehrerer Detektorele­ mente für mehrere Leistungshalbleiter lässt auf einen Teilspannungsüberschlag als mögliche und wahrschein­ liche Fehlerursache schließen.
  • - Bei Detektion einer Unterschreitung eines unteren Spannungsgrenzwertes U₃ (vgl. Fig. 2) kann ein derar­ tiger Fehler vorliegen. Dies ist der Fall, falls ein Leistungshalbleiter B im ausgeschalteten Zustand ei­ nen bestimmten geringen Sperrspannungswert nicht er­ reicht. Alle Leistungshalbleiter eines Ventilab­ schnitts, die durch den Spannungsüberschlag über­ brückt sind, besitzen trotz Ausschaltbefehle dann keine Sperrspannung. Wenn eine unzulässig hohe Anzahl an Leistungshalbleitern eines Ventilabschnitts im ausgeschalteten Zustand dies anzeigt, was durch ein Auswerteelement gemäß Fig. 3 oder 4 feststellbar ist, kann hierdurch ein Spannungsteilüberschlag in diesen Leistungshalbleitern festgestellt werden.
  1. U <U ₂ (case 1 ):
  In this case, a large number of power semiconductors in the respective valve section are bridged by the voltage flashover, so that the remaining n power semiconductors in the valve section are not sufficient to block the voltage U _DC even for a short time. The voltage difference U _DC - n × U ₂ at the stray inductance L (see FIG. 1) thus drops and leads to a rapid current build-up there. This current flows through the power semiconductors that work without an error message (here through B ₁₁ ) and operate at the voltage limit U ₂ .
  Such an error of this kind can be detected in three different ways:
  • - A current sensor STS in the power semiconductor B ₁ (see FIG. 1) detects an overcurrent in the power semiconductor which is higher than the normal reverse current in the event of a fault in the event of such a voltage flashover occurring.
  • - A detected overvoltage of several detector elements for several power semiconductors suggests a partial voltage flashover as a possible and probable cause of the fault.
  • - If a drop below a lower voltage limit value U ₃ (see FIG. 2) is detected, such an error may be present. This is the case if a power semiconductor B does not reach a certain low reverse voltage value when switched off. All the power semiconductors of a valve section that are bridged by the voltage flashover then have no reverse voltage despite switch-off commands. If an impermissibly high number of power semiconductors of a valve section indicates this in the switched-off state, which can be determined by an evaluation element according to FIG. 3 or 4, a partial voltage flashover in these power semiconductors can thereby be determined.
• 2. U < U₁ (Fall 2):
  Dieser Fehlerfall kann bei einer Spannungsvergleich­ schaltung nach dem Absolutwertprinzip bei zu hoher Refe­ renzspannung U_ref nicht erkannt werden, da kein Detek­ torelement D an den einzelnen Leistungshalbleiter B an­ spricht und eine Fehlermeldung absetzt. Ferner kann der Fall auftreten, dass sich aufgrund von Fehlverteilungen der detektierten Spannungen in einzelnen Leistungshalb­ leiter B eines Ventilabschnittts, welche sich aufgrund entgegengesetzter Vorzeichen zumindest teilweise aufhe­ ben und ausmitteln, nur für einige wenige Ventilab­ schnitte eine Gesamtfehlermeldung vom Auswerteelement abgesetzt wird.
  Ein derartiger Fehler kann durch eine du/dt-Erkennungs­ schaltung gemäß Fig. 4 detektiert werden, da diese auch geringe Spannungsänderungen erfasst.
  Wenn ein Unterschreiten des unteren Spannungsgrenzwerts U₃ in einem Ventilabschnitt detektiert wird, führt die­ ser Fehler lediglich zum Ausfall eines oder einiger Leistungshalbleiter B innerhalb des Ventilabschnitts.2. U <U ₁ (case 2 ):
  This fault cannot be detected in a voltage comparison circuit based on the absolute value principle if the reference voltage U _{ref is} too high, since no detector element D responds to the individual power semiconductor B and issues an error message. Furthermore, the case may arise that due to incorrect distributions of the detected voltages in individual power semiconductors B of a valve section, which at least partially cancel and average due to opposite signs, an overall error message is issued by the evaluation element for only a few valve sections.
  Such an error can be detected by a dv / dt detection circuit according to FIG. 4, since this also detects slight changes in voltage.
  If a drop below the lower voltage limit value U _{3 is} detected in a valve section, this error only leads to the failure of one or some power semiconductors B within the valve section.
• 3. U₁ < U < U₂ (Fall 3):
  In diesem Fehlerfall fließt kein oder ein nur sehr ge­ ring erhöhter Sperrstrom durch den jeweiligen Leistungs­ halbleiter B, so dass dieses thermisch nicht gefährdet wird. Allerdings führt die erhöhte Sperrspannung zu ei­ ner Reduzierung der Zuverlässigkeit des Leistungshalb­ leiters B und des zugehörigen Ventilabschnitts. Damit liegt es im Ermessen des Anwenders, ob dieser Betriebs­ zustand bis zu einem definierten Wartungszyklus beibe­ halten werden soll oder ob eine sofortige Abschaltung stattfindet.
  Ein derartiger Fehler kann auf zwei verschiedene Arten erkannt werden:
  • - Bei der Mehrzahl der nicht betroffenen Leistungs­ halbleiter B wird eine erhöhte Spannung vom Detek­ torelement D detektiert und Fehlermeldung abge­ setzt, diese wird vom dem Detektorelement zugeord­ neten Empfängerelement E empfangen und dann von ei­ nem zentralen Auswerteelement A ausgewertet, wel­ ches eine Fehlerbehebung einleitet, wenn Fehlermel­ dungen eine bestimmten Anzahl von Leistungshalblei­ tern B vorliegen.
  • - Bei Auswertung von detektierten Unterschreitungen eines unteren Spannungsgrenzwertes U₃ kann die An­ zahl der vom Spannungsüberschlag betroffenen Leis­ tungshalbleiter direkt bestimmt werden und zur Ent­ scheidung vom zentralen Auswerteelement A über eine Fehlerbehebung verwendet werden.
  3. U ₁ <U <U ₂ (case 3 ):
  In the event of a fault, no or only a very high reverse current flows through the respective power semiconductor B, so that this is not thermally endangered. However, the increased reverse voltage leads to a reduction in the reliability of the power semiconductor B and the associated valve section. It is up to the user to decide whether this operating state should be maintained until a defined maintenance cycle or whether an immediate shutdown takes place.
  Such an error can be recognized in two different ways:
  • - With the majority of the power semiconductors B not affected, an increased voltage is detected by the detector element D and an error message is set, this is received by the receiver element E assigned to the detector element and then evaluated by a central evaluation element A, which initiates a troubleshooting, if error messages have a certain number of power semiconductors B.
  • - When evaluating detected undershoots of a lower voltage limit value U ₃ , the number of power semiconductors affected by the voltage flashover can be determined directly and used to decide from the central evaluation element A via a troubleshooting.

Wenn die Fehler der beschriebenen Typen (Fälle 1 bis 3) de­ tektiert wurden, soll im Regelfall eine umgehende Fehlerbehe­ bung erfolgen. Um die nicht von den Fehlern betroffenen Leis­ tungshalbleiter B eines Ventilabschnitts zu schützen, sollten nach Möglichkeit zunächst alle nicht betroffenen Leistungs­ halbleiter B ausgeschaltet und dann der durch Überspannung belastete Leistungshalbleiter B bzw. mehrere Leistungshalb­ leiter B eingeschaltet werden.If the errors of the types described (cases 1 to 3 ) have been detected, an immediate troubleshooting should generally be carried out. In order to protect the power semiconductors B of a valve section that are not affected by the faults, if possible, all power semiconductors B not affected should first be switched off and then the power semiconductor B loaded by overvoltage or several power semiconductors B should be switched on.

Bei dem beschriebenen Spannungsüberschlag an den Leistungs­ halbleitern B₁₂ und B₁₃ im ersten Ventilabschnitt 1 (vgl. Fig. 1) wird der Leistungshalbleiter B₁₁ mit einer erhöhten Sperrspannung belastet. Dieser Störfall kann nach Detektion behoben werden, indem zunächst die Ventilabschnitte 2 bis 6 ausgeschaltet und dann die Leistungshalbleiter B₁₁, B₁₂ und B₁₃ eingeschaltet werden, um eine Abkommutierung der Frei­ laufdioden S₂₁ S₂₂ und S₂₃ des Ventilabschnitts 2 zu errei­ chen. Andernfalls kann dieser Ventilabschnitt keine Spannung übernehmen und der intakte Leistungshalbleiter B₁₁ würde wei­ ter mit eine Überspannung belastet.In the case of the voltage flashover described on the power semiconductors B ₁₂ and B ₁₃ in the first valve section 1 (cf. FIG. 1), the power semiconductor B _{11 is} loaded with an increased reverse voltage. This fault can be remedied after detection by first switching off valve sections 2 to 6 and then switching on power semiconductors B ₁₁ , B ₁₂ and B ₁₃ in order to achieve commutation of free-wheeling diodes S ₂₁ S ₂₂ and S ₂₃ of valve section 2 , Otherwise, this valve section cannot accept any voltage and the intact power semiconductor B ₁₁ would be further loaded with an overvoltage.

Nach einer derartigen Fehlerbehebung stellt sich - je nach Stromrichtung - ein Freilauf für den Phasenstrom durch die Freilaufdioden des geschädigten Ventilabschnitts und die in Fig. 1 nicht abgebildeten Freilaufdioden der Ventilabschnitte V₃ und V₅ ein.After such a troubleshooting, depending on the direction of the current, a freewheel for the phase current through the freewheeling diodes of the damaged valve section and the freewheeling diodes (not shown in FIG. 1) of the valve sections V ₃ and V _{5 are set} .

Fig. 3 zeigt ein Detektorelement D, welches als Vergleicher mit eine Referenzspannung U_ref (Spannungsschwelle) ausgebil­ det ist. Wenn die erfasste Spannung U am Leistungshalbleiter B₁₁ die Spannungsschwelle U_ref überschreitet wird eine Feh­ lermeldung z. B. über Lichtwellenleiter LL vom Detektorelement D an das Empfängerelement E und von diesem an das Auswerte­ element A weitergeleitet. Am Auswerteelement A können auch mehrere Empfängerelemente E angeschlossen sein (nicht abge­ bildet). Fig. 3 shows a detector element D, which is ausgebil det as a comparator with a reference voltage U _ref (voltage threshold). If the detected voltage U on the power semiconductor B ₁₁ exceeds the voltage threshold U _ref , an error message is sent, for. B. via optical fiber LL from the detector element D to the receiver element E and from this to the evaluation element A forwarded. A plurality of receiver elements E can also be connected to the evaluation element A (not shown).

Aus Fig. 4 geht eine Detektorelement D mit einer du/dt- Erkennungsschaltung zur Überwachung des Leistungshalbleiters B₁₁ hervor, wobei ein auftretender Spannungsanstieg im Leis­ tungshalbleiter B₁₁ durch Stromfluss im Kondensator C und Spannungsabfall am Widerstand R detektiert wird. Daraufhin wird wie bei Fig. 3 beschrieben eine Fehlermeldung vom Detek­ torelement D abgesetzt.From Fig. 4, a detector element D is accompanied by a dv / dt detection circuit for monitoring out of the power semiconductor B _11, in which an occurring voltage rise in Leis tung semiconductor B ₁₁ is detected by current flow in the capacitor C and voltage drop across resistor R. Then, as described in FIG. 3, an error message is issued by the detector element D.

Ferner kann das Detektorelement D auch als A/D-Wandler zur insbesondere zyklischen digitalen Datenübertragung der er­ fassten Spannungen an ein Auswerteelement A ausgebildet sein, wobei auch geringe Spannungsunterschiede erfasst werden kön­ nen (nicht abgebildet).Furthermore, the detector element D can also be used as an A / D converter in particular cyclic digital data transmission he voltages can be formed on an evaluation element A, whereby slight voltage differences can also be recorded nen (not shown).

Claims (15)

1. Verfahren zur Erkennung von Spannungsüberschlägen in Ventilabschnitten mit einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungshalbleitern (B), insbesondere bei Ventilabschnitten mit einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungshalblei­ tern (B) eines Umrichters, insbesondere eines Umrichters zur Übertragung elektrischer Energie, wobei
über mindestens ein Detektorelement (D) die am jeweiligen überwachten Ventilabschnitt anliegende Spannung erfasst wird und
bei Überschreitung einer dem jeweiligen Ventilabschnitt zugeordneten Grenzspannung eine Fehlermeldung angezeigt wird.1. A method for detecting voltage flashovers in valve sections with a series connection of switchable power semiconductors (B), in particular in valve sections with a series connection of switchable power semiconductors (B) of a converter, in particular a converter for transmitting electrical energy, wherein
the voltage applied to the respective monitored valve section is detected via at least one detector element (D) and
an error message is displayed if a limit voltage assigned to the respective valve section is exceeded. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auch bei Unterschrei­ tung einer dem jeweiligen Ventilabschnitt zugeordneten Grenz­ spannung eine Fehlermeldung angezeigt wird.2. The method according to claim 1, wherein also in the event of an undercut direction of a limit assigned to the respective valve section voltage an error message is displayed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei Vorliegen einer Fehlermeldung eine Einschaltung des betroffenen Bauele­ ments/der betroffenen Bauelemente nach einer Abschaltung der nicht betroffenen Bauelemente des Ventilabschnitts der Rei­ henschaltung erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein if present an error message that the affected component is switched on elements / of the affected components after switching off the unaffected components of the valve section of the rei switching takes place. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektorelement (D) einen Stromsensor (STS) zur Erfassung des Durchflussstroms am jeweiligen überwachten Ventilab­ schnitt aufweist.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the detector element (D) a current sensor (STS) for detection of the flow rate at the respective monitored valve cut has. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über ein Auswerteelement (A) eine Auswertung der erfassten Spannungen mehrerer Detektorelemente (D) für mehrere Ventil­ abschnitte erfolgt.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein An evaluation of the detected via an evaluation element (A) Voltages of several detector elements (D) for several valves sections. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektorelement eine du/dt-Erkennungsschaltung aufweist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the detector element has a du / dt detection circuit.   7. Ventilabschnitt einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungshalbleitern (B), insbesondere Ventilabschnitt einer Reihenschaltung von abschaltbaren Leistungshalbleitern (B) in einem Umrichter, insbesondere Ventilabschnitt zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einem Detektorelement (D) zur Erfassung einer am Ventilabschnitt anliegenden Spannung zur Erkennung von Span­ nungsüberschlägen im Ventilabschnitt.7. Valve section of a series connection of disconnectable Power semiconductors (B), in particular a valve section Series connection of switchable power semiconductors (B) in a converter, in particular a valve section for implementation tion of the method according to one of claims 1 to 6, with at least one detector element (D) for detecting an am Valve section applied voltage to detect chip flashover in the valve section. 8. Ventilabschnitt nach Anspruch 7, wobei ein Ventilab­ schnitt mindestens einen Leistungshalbleiter (B) aufweist.8. A valve section according to claim 7, wherein a Ventilab cut has at least one power semiconductor (B). 9. Ventilabschnitt nach Anspruch 7, mit einem Auswerteele­ ment (A) zur Auswertung der über Detektorelemente (D) an ei­ nem oder mehreren Ventilabschnitten erfassten anliegenden Spannung.9. Valve section according to claim 7, with an evaluation element ment (A) for evaluating the via detector elements (D) on egg nem or more valve sections detected adjacent Tension. 10. Ventilabschnitt nach Anspruch 8, wobei das Detektorele­ ment (D) in das Auswerteelement (A) integriert ist.10. The valve section of claim 8, wherein the detector element ment (D) is integrated in the evaluation element (A). 11. Ventilabschnitt nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Detek­ torelement (D) in der Ansteuerschaltung eines Leistungshalb­ leiters (B) integriert ist.11. Valve section according to claim 7 or 8, wherein the detec gate element (D) in the control circuit of a power half head (B) is integrated. 12. Ventilabschnitt nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Detektorelement (D) als A/D-Wandler zur insbesondere zyk­ lischen Datenübertragung der erfassten Spannungen ausgebildet ist.12. Valve section according to one of claims 7 to 11, wherein the detector element (D) as an A / D converter for in particular cycl mical data transmission of the detected voltages is. 13. Ventilabschnitt nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Detektorelement (D) über einen Empfänger (E) mit dem Aus­ werteelement (A) verbunden ist.13. Valve section according to one of claims 7 to 12, wherein the detector element (D) via a receiver (E) with the off value element (A) is connected. 14. Ventilabschnitt nach einem der Ansprüche 7 bis 13, mit einem Detektorelement (D) mit einer du/dt-Erkennungsschal­ tung. 14. Valve section according to one of claims 7 to 13, with a detector element (D) with a du / dt detection scarf tung.   15. Ventilabschnitt nach einem der Ansprüche 8 bis 14 wobei das Detektorelement (D) zur Übermittlung einer Fehlermeldung über Lichtwellenleiter (LL) mit dem Empfänger (E) und dem Auswerteelement (A) verbunden ist.15. Valve section according to one of claims 8 to 14 wherein the detector element (D) for transmitting an error message via optical fiber (LL) with the receiver (E) and the Evaluation element (A) is connected.