DE102017106770B4

DE102017106770B4 - Schaltungsanordnung zum Schutz vor Netzüberspannungen für Stromrichter von Fahrzeugen, insbesondere von fahrleitungsgebundenen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102017106770B4
Application number: DE102017106770.1A
Authority: DE
Inventors: Udo Seidl; Jurij Schneider
Original assignee: KIEPE ELECTRIC GmbH
Current assignee: Kiepe Electric GmbH Germany
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: DE102017106770A1

Abstract

Schaltungsanordnung zum Schutz vor Netzüberspannungen (UF) für Stromrichter (5) von Fahrzeugen mit einer Filterschaltung (2) mit mindestens einer ersten Filterinduktivität (6), mindestens einer Filterkapazität (7), welche aus einer Parallelschaltung aus mindestens einem ersten (7.1) und einem zweiten Kondensator (7.2) unterschiedlicher Kapazität gebildet wird, und mindestens einem ersten (8.1) und einem zweiten elektrischen Schaltelement (8.2), dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten einer Netzüberspannung (UF) die Kondensatoren (7.1, 7.2) durch das erste elektrische Schaltelement (8.1) von der Filterinduktivität (6) und durch das zweite elektrische Schaltelement (8.2) voneinander trennbar sind, wobei über dem ersten Kondensator (7.1) mit der größeren Kapazität eine geringere Überspannung (UCG) abfällt als über dem zweiten Kondensator (7.2) mit der geringeren Kapazität.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz vor Netzüberspannungen für Stromrichter von Fahrzeugen, insbesondere von fahrleitungsgebundenen Fahrzeugen, mit einer Filterschaltung mit mindestens einer ersten Filterinduktivität, mindestens einer Filterkapazität, welche aus einer Parallelschaltung aus mindestens einem ersten und einem zweiten Kondensator unterschiedlicher Kapazität gebildet wird, und mindestens einem ersten und einem zweiten elektrischen Schaltelement. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zur Netztrennung eines Stromrichters von Fahrzeugen, insbesondere von fahrleitungsgebundenen Fahrzeugen, mit einer Schaltungsanordnung zum Schutz vor Netzüberspannungen.
Derartige Schaltungsanordnungen finden insbesondere im Bereich von oberleitungsgebundenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Trolleybussen oder Bahnen im Nahverkehr Einsatz. Bei entsprechenden Fahrzeugen wird der Stromrichter, beispielsweise ein Bordnetzumrichter und/oder ein Antriebsumrichter, an die Fahrdrahtnetze üblicherweise über Filterschaltungen mit einer Filterinduktivität und einer Filterkapazität bestehend aus einem Filterkondensator angebunden. Bei derartigen Filterschaltungen wird der Kondensator zunächst typischerweise über einen Ladewiderstand aufgeladen, der dann zum Betrieb des Stromrichters mittels eines Schaltelements gebrückt wird. Eine solche Filterschaltung dient dabei im Normalbetrieb im Wesentlichen der Filterung der Netzspannung sowie der Reduzierung von Netzrückwirkungen vom Stromrichter.
Im Falle einer Netzüberspannung sollte sichergestellt werden, dass der Stromrichter nicht aufgrund der hohen Spannungen beschädigt wird. Hierzu sind verschiedene Arten von Schaltungsanordnungen zum Schutz vor Netzüberspannungen bekannt. So sind beispielsweise Anordnungen bekannt, bei welchen der Schutz vor Netzüberspannungen direkt durch die Filterschaltung selbst realisiert wird. Bei derartigen Schaltungsanordnungen sind jedoch sehr große Induktivitäts- und Kapazitätswerte erforderlich, was wiederum zu sehr voluminösen und schweren Bauteilen führt und daher bei Fahrzeugen besonders nachteilig ist. Des Weiteren sind Schutzschaltungen bekannt, bei welchen die auftretende Netzüberspannung durch das Einschalten eines großen, jedoch in der Regel ohnehin vorhandenen Bremswiderstands abgebaut werden kann. Derartige Schaltungsanordnungen finden beispielsweise bei Antriebsumrichtern Anwendung. Ein Beispiel für eine besondere Schutzschaltung für Antriebsumrichter offenbart die US 5 127 085 A. Schließlich sind Schutzschaltungen bekannt, bei welchen eine Trennung vom Netz mittels mechanischer Schalter erfolgt. Diese Schutzschaltungen weisen jedoch sehr lange
Schaltzeiten auf, so dass Nachteile insbesondere bei schnellen, transienten Überspannungen auftreten. Darüber hinaus ist eine entsprechende Anwendung bekannter Schutzschaltungen in Verbindung mit Bordnetzumrichtern nicht möglich.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zum Schutz vor Netzüberspannungen anzugeben, mit welcher bei kurzen Abschaltzeiten eine Reduzierung des Bauvolumens erreicht werden kann.
Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass beim Auftreten einer Netzüberspannung die Kondensatoren durch das erste elektrische Schaltelement von der Filterinduktivität und durch das zweite elektrische Schaltelement voneinander trennbar sind, wobei über dem ersten Kondensator mit der größeren Kapazität eine geringe Überspannung abfällt als über dem zweiten Kondensator mit der geringeren Kapazität.
Durch eine derartige Schaltungsanordnung kann der Stromrichter beim Auftreten einer Netzüberspannung innerhalb kürzester Zeit vom Netz getrennt werden. Darüber hinaus können durch das Schaltverhalten der Schaltelemente die Kondensatoren elektrisch voneinander getrennt werden, insbesondere derart, dass über dem zweiten Kondensator eine größere Spannung anliegt. Dabei ist es durch die entsprechende Wahl der Kapazitäten der Kondensatoren und deren entsprechender Verschaltung möglich, die Baugröße der zu verwendenden Bauelemente bei gleichzeitiger Handhabung längerer und/oder größerer Spannungen gegenüber bekannten Schutzschaltungen zu vermindern. Die Dimensionierung der Bauteile kann dabei derart ausgeführt werden, dass die am Stromrichter anliegende Spannung einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet, die Summe der über den Bauteilen der Schaltungsanordnung anliegenden Spannungen jedoch ausreichend groß ist, um eine Netztrennung des Stromrichters zu bewirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite Kondensator eine höhere Spannungsfestigkeit als der erste Kondensator aufweist. Aufgrund der Verschaltung der einzelnen Bauelemente kann erreicht werden, dass lediglich über dem zweiten Kondensator eine hohe Überspannung anliegt. Der erste Kondensator hingegen kann aufgrund der elektrischen Trennung der Kondensatoren geschützt werden und die über dem Kondensator abfallende Spannung begrenzt werden. Es ist daher nicht erforderlich, beide Kondensatoren in der gleichen Weise spannungsfest auszubilden. Vielmehr ist es ausreichend, nur den zweiten Kondensator besonders spannungsfest auszubilden. Da dieser jedoch eine kleinere Kapazität als der erste Kondensator aufweist, kann die Baugröße dennoch gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen verkleinert werden.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Kondensatoren kann die Baugröße der Kondensatoren weiter verkleinert werden. Die Kondensatoren, welche die Filterkapazität der Filterschaltung bilden, können bevorzugt als Elektrolyt- oder Folienkondensatoren ausgebildet sein.
Der erste Kondensator kann derart ausgestaltet sein, so dass er im Wesentlichen die Funktion des Filterkondensators übernimmt. Hierzu weist der Kondensator eine große Kapazität bei gleichzeitig geringer Spannungsfestigkeit auf. So kann der Kondensator bevorzugt eine Kapazität größer als 1 mF, insbesondere im Bereich zwischen 1 mF und 10 mF, aufweisen. Die Spannungsfestigkeit kann dabei bei Höchstwerten der Netzspannung von 1 kV kleiner als 1,2 kV sein und bevorzugt im Bereich zwischen 1 kV und 1,2 kV liegen.
Der zweite Kondensator kann besonders bevorzugt als Kommutierungskondensator für den Stromrichter dienen. Aufgrund dessen ist es bevorzugt, wenn der Kondensator niederinduktiv, d. h. über kurze Leitungen an den Stromrichter angebunden ist. Der Kondensator kann bevorzugt eine Kapazität kleiner als 100 µF, insbesondere im Bereich zwischen 10 µF und 100 µF, aufweisen, bei gleichzeitiger hoher Spannungsfestigkeit, welche bevorzugt größer 1,6 kV beträgt und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1,6 kV und 2,5 kV liegt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht ein erstes und ein zweites Bauelement, insbesondere einen ersten und einen zweiten Varistor, zur Spannungsbegrenzung vor, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Mit Hilfe derartiger Bauelemente, bei welchen es sich bevorzugt um spannungsabhängige Bauelemente handelt, können die an diesen anliegenden Spannungen auf einen zulässigen Gesamtwert begrenzt werden. Als vorteilhafte Bauelemente haben sich dabei insbesondere Varistoren erwiesen. Derartige spannungsabhängige Widerstände werden oberhalb einer bestimmten Schwellenspannung rasch niederohmig, so dass im Normalbetrieb der Widerstand sehr groß ist, während beim Auftreten einer Überspannung der Widerstand fast verzögerungsfrei sehr klein wird und so Ladung abgeleitet werden kann. Aufgrund der kurzen Ansprechzeiten können so auch kurzzeitig auftretende Überspannungen begrenzt werden, ohne dass die Bauteile zerstört werden. Alternativ können als spannungsbegrenzende Bauteile jedoch auch andere Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren, Halbleiterbauelemente, wie Dioden oder dergleichen oder eine Kombination entsprechender Bauelemente verwendet werden.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Bauelement dem ersten Schaltelement und/oder das zweite Bauelement dem zweiten Schaltelement parallel geschaltet ist. Auf diese Weise kann die beim Abschalten der Schaltelemente auftretende Abschaltüberspannung mit Hilfe der spannungsbegrenzenden Bauelemente zuverlässig begrenzt werden. Durch eine entsprechende Anordnung der Bauelemente kann ein mechanischer Schalter nachgebildet werden. Die Schaltelemente können bevorzugt als Halbleiterschalter, besonders bevorzugt als Transistoren und besonders bevorzugt als IGBTs, ausgebildet sein. Durch das Vorsehen derartiger elektrischer Schaltelemente lassen sich die Schaltzeiten gegenüber mechanischen Schaltern deutlich verkürzen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das erste und das zweite elektrische Schaltelement in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Ein derartiges Schaltelement ist als Zweigpaarmodul bekannt, welches in vielen Bereichen der Leistungselektronik Einsatz findet. Es weist eine kleine Bauform auf, wodurch sich die Baugröße der Schaltungsanordnung insgesamt weiter verkleinern lässt. In diesem Fall fließt so in vorteilhafter Weise durch das erste Schaltelement lediglich ein Gleichstromanteil und durch das zweite Schaltelement nur ein wenige Verluste verursachender Wechselanteil, so dass insgesamt geringere Verluste auftreten.
Vorzugsweise ist der zweite Kondensator an einem Punkt zwischen der ersten Parallelschaltung und der zweiten Parallelschaltung angeschlossen. Aufgrund dieser Verschaltung kann eine auftretende Netzüberspannung im Wesentlichen nur über dem ersten Bauelement und dem zweiten Kondensator anliegen, so dass auch die elektrischen Eigenschaften als auch die Bauform der Bauelemente entsprechend gewählt werden können. So kann beispielsweise die Kapazität des zweiten Kondensators kleiner gewählt werden als die des ersten Kondensators und/oder die Spannungsfestigkeit des zweiten Kondensators höher als die des ersten Kondensators.
Besonders bevorzugt ist, wenn eine aufgrund des Abschaltvorgangs über dem ersten Schaltelement anliegende Überspannung mittels des ersten Bauelements und eine über dem zweiten Schaltelement anliegende Überspannung mittels des zweiten Bauelements begrenzbar ist. Auf diese Weise können die jeweils anliegenden Spannungen auf einen Wert eingestellt werden, um so erreichen zu können, dass die Bauteile nicht beschädigt werden, eine Netztrennung jedoch rasch erfolgt. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn zur Netztrennung eine Gegenspannung aufgebaut wird, welche der Netzüberspannung, insbesondere stromvermindernd, entgegenwirkt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn sich die Gegenspannung im Wesentlichen aus der über dem ersten Schaltelement abfallenden Überspannung und der über dem zweiten Kondensator abfallenden Überspannung zusammensetzt. Die über dem zweiten Kondensator abfallende Überspannung kann dabei bevorzugt einen höheren Wert annehmen als die am ersten Schaltelement anliegende Überspannung.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass während der Netztrennung der zweite Kondensator und eine Reihenschaltung des ersten Kondensators und des zweiten Bauelements einander parallel geschaltet sind, wobei die Parallelschaltung in Reihe mit dem ersten Bauelement geschaltet ist. Über entsprechende Anordnungen kann die Baugröße der Bauteile der Schaltungsanordnung weiter reduziert werden, da die Eigenschaften an die Verschaltung und die damit über dem jeweiligen Bauelement abfallende Spannung angepasst werden können. Es ist daher nicht mehr erforderlich, große und schwere Bauteile im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung zu verwenden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltungsanordnung einen Filterladewiderstand zum Laden der Filterkapazität und/oder einen Dämpfungswiderstand zur Dämpfung von Resonanzen auf. Mit Hilfe des Ladewiderstandes können die Kondensatoren beim Anliegen einer Netzspannung aufgeladen werden. Der Ladewiderstand kann im Normalbetrieb bevorzugt mittels des ersten und des zweiten Schaltelementes überbrückt werden.
Mit Hilfe des Dämpfungswiderstands können Resonanzen mit dem einspeisenden Netz vermindert werden. Der Dämpfungswiderstand kann dabei bevorzugt in Reihe mit dem ersten Kondensator geschaltet werden.
Es können ferner Entladewiderstände vorgesehen sein, welche insbesondere der Entladung der Kondensatoren nach dem Auftreten einer Überspannung dienen können. Dadurch, dass der zweite Kondensator, welcher eine hohe Überspannung erfährt, eine geringe Kapazität besitzt, können die Entladewiderstände hochohmig und/oder verlustarm gewählt werden und es können sich immer noch kurze Entladezeiten ergeben. Aufgrund dessen ist der Übergang in den Normalbetrieb des Stromrichters schnell möglich.
Weiter vorteilhaft ist, wenn die Filterschaltung als eine zweistufige Filterschaltung mit mindestens zwei Filterinduktivitäten und mindestens drei Kondensatoren ausgebildet ist. Der Vorteil einer solchen zweistufigen Filterschaltung liegt dabei darin, dass bei höheren Frequenzen eine stärkere Filterwirkung erzielt werden kann. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Filterschaltung insbesondere um ein Dämpfungsglied mit mindestens einem Widerstand und/oder einem Kondensator ergänzt wird, welches Resonanzen zusätzlich vermindernd entgegenwirken kann. Zweistufige Filterschaltungen können dabei insbesondere bei schnell schaltenden Stromrichtern Einsatz finden, welche im Bereich mehrerer Kilohertz takten. In diesem Fall können für die einzelnen Komponenten der Filterschaltung vergleichsweise kleine Werte gewählt werden. Lediglich der erste Kondensator benötigt in diesem Fall eine größere Kapazität.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn eine erste Stufe der Filterschaltung einer Schaltungsanordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist und eine zweite Stufe der Filterschaltung von einer zweiten Filterinduktivität und einem dritten Kondensator gebildet wird. Auf diese Weise lässt sich die Größe der Filterinduktivitäten insgesamt auf eine kleinere Baugröße verringern. Auch die Kondensatoren können klein gewählt werden, da sie aufgrund der kleineren Kapazität zwar eine hohe Spannungsfestigkeit benötigen, aber dennoch kleiner ausgebildet werden können.
Ferner können auch die spannungsbegrenzenden Bauelemente klein gewählt werden, wenn der Strom, welcher in den Stromrichter fließt, überwacht wird. Durch das Vorsehen einer Stromüberwachung am Stromrichter im Gegensatz zu einer Spannungsüberwachung können Überspannungen frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen frühzeitig eingeleitet werden, so dass die spannungsbegrenzenden Bauelemente insgesamt weniger Energie aufnehmen müssen und entsprechend kleiner dimensioniert werden können.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe ferner dadurch gelöst, dass beim Auftreten einer Netzüberspannung die Kondensatoren durch das erste elektrische Schaltelement von der Filterinduktivität und durch das zweite elektrische Schaltelement voneinander getrennt werden, derart, dass über dem ersten Kondensator mit der größeren Kapazität eine geringere Überspannung abfällt als über dem zweiten Kondensator mit der geringeren Kapazität. Es ergeben sich die gleichen Vorteile, welche bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben wurden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht dabei vor, dass die Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der zuvor im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung beschriebenen Merkmale ausgebildet ist. Dabei können sämtliche Merkmale allein oder in Kombination Anwendung finden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein über die Zuleitung zum Stromrichter fließender Strom gemessen und beim Überschreiten eines maximalen Stroms und/oder beim Überschreiten einer maximalen Spannung am Stromrichter der Stromrichter mittels der Schaltungsanordnung vom Netz getrennt. Da sich eine Netzüberspannung in erster Linie zunächst im Stromanteil bemerkbar macht, können durch die Strommessung Überspannungen frühzeitig detektiert und Maßnahmen ergriffen werden, welche diesen entgegenwirken. Dabei kann insbesondere der Effekt genutzt werden, dass obwohl die Schaltung einen Überspannungsschutz realisiert, keine Spannungen gemessen werden, sondern lediglich der Strom, der durch transiente Überspannungen erzeugt wird. Auf diese Weise lassen sich Fehlerfälle frühzeitig detektieren und behandeln.
Weiter vorteilhaft ist, wenn die Schaltelemente beim Auftreten einer Netzüberspannung gleichzeitig abgeschaltet werden. Auf diese Weise kann der Stromrichter zuverlässig und schnell vom Netz getrennt werden. Durch das gleichzeitige Abschalten der Schaltelemente kann erreicht werden, dass die jeweils gewünschten Spannungen über den dafür vorgesehenen Bauelementen anliegen. So kann sichergestellt werden, dass keine zu hohen Spannungen an Bauteilen anliegen, welche nicht dafür ausgelegt sind.
Ferner bevorzugt ist, wenn das zweite Bauelement in einer ersten Phase der Netztrennung wie offene Klemmen wirkt, derart, dass im Wesentlichen das erste Bauelement und der zweiten Kondensator wirken. Auf diese Weise kann beim Auftreten einer Netzüberspannung mit Hilfe der Schaltungsanordnung eine Gegenspannung aufgebaut werden. Dabei können im Wesentlichen das erste Bauelement und der zweite Kondensator der Netzüberspannung entgegenwirken, so dass die weiteren Bauelemente vor Überspannungen geschützt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einer zweiten Phase der Netztrennung die Kondensatoren durch das elektrische Verhalten des zweiten Bauelements wieder miteinander verbunden werden, wobei im Wesentlichen die Bauelemente und die Kondensatoren wirken können. Ein Teil der der Netzüberspannung entgegenwirkenden Gegenspannung kann dann über der Reihenschaltung aus dem ersten Kondensator und dem zweiten Bauelement abfallen.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn zur Netztrennung eine Gegenspannung aufgebaut wird, welche der Netzüberspannung, insbesondere stromvermindernd, entgegenwirkt. Auf diese Weise kann der durch die Induktivität getriebene Strom vermindert werden. Der Stromfluss kann so unterbunden und der Stromrichter vom Netz getrennt werden.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn sich die Gegenspannung im Wesentlichen aus der über dem ersten Schaltelement abfallenden Überspannung und der über dem zweiten Kondensator abfallenden Überspannung zusammensetzt. Die über dem zweiten Kondensator abfallende Überspannung kann dabei bevorzugt einen höheren Wert annehmen als die am ersten Schaltelement anliegende Überspannung. Die Spannungen können dabei jedoch annähernd in einem Verhältnis von 1:1, bevorzugt in einem Verhältnis von 1:2, stehen. Auf diese Weise lässt sich eine Gegenspannung erzeugen, welche die Netzüberspannung übersteigt, so dass der Stromfluss unterbunden werden kann.
Weiter vorteilhaft ist, wenn nach dem Auftreten einer Netzüberspannung durch das Schließen der Schaltelemente der Stromrichter wieder in den Normalbetrieb überführt wird. So kann die Schaltungsanordnung innerhalb kurzer Zeit wieder den Normalbetrieb aufnehmen und der Stromrichter an das Netz angeschlossen werden. Lange Pausenphasen sind nicht erforderlich.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können auch die anhand des Verfahrens erläuterten Merkmale und Ausgestaltungen allein und in Kombination verwendet werden. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Hierin zeigt:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
2 Ersatzschaltbilder eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung gemäß 1; und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In der 1 ist eine Schaltungsanordnung 1 zum Schutz vor Netzüberspannungen für Stromrichter 5 von Fahrzeugen, insbesondere von fahrleitungsgebundenen Fahrzeugen, dargestellt. Der Stromrichter 5 ist insbesondere ein Bordnetzumrichter zur Bereitstellung der Energie für elektrische Verbraucher des Fahrzeugbordnetzes, wie Fahrzeugelektronik, Türantriebe, Beleuchtung, Klimatisierung und dergleichen.
Die Schutzschaltung 1 ist zwischen dem Fahrdraht 3 zur Versorgung des Fahrzeugs mit Energie sowie im Falle eines Schienenfahrzeugs erdseitig mit der Schiene 4 verbunden.
Derartige Schaltungsanordnungen 1 zum Schutz vor Netzüberspannungen finden dort Anwendung, wo der Stromrichter 5 eines Fahrzeugs vor gegebenenfalls auftretenden Netzüberspannungen U_F geschützt werden soll. Derartige Überspannungen U_F können beispielsweise Blitzeinschläge oder aber kurzzeitig andauernde Überspannungspulse darstellen. Bei einem Blitzschlag wirken Spannungen von bis zu 6 kV innerhalb eines Zeitraums von ca. 50 µs. Länger andauernde Spannungspulse weisen in der Regel zwar eine geringere Spannung auf, beispielsweise im Bereich von 2,8 kV. Diese liegt dann jedoch über einen längeren Zeitraum, wie beispielsweise von zumeist 2 ms oder länger an. Dementsprechend machen es die Anforderungen der Netzbetreiber aber auch die der Verkehrsbetriebe daher erforderlich, in solchen Fehlerfällen den am Fahrzeug angeordneten Stromrichter 5 entsprechend zu schützen und diesen schnellstmöglich vom Netz 3 zu trennen.
Bekannte Schaltungsanordnungen 1 beruhen dabei auf verschiedenen Prinzipien. So sind etwa Schaltungsanordnungen 1 bekannt, bei welchen eine Filterschaltung 2 als solche wirkt, was jedoch große Induktivitäts- und Kapazitätswerte und damit große und schwere Bauteile erfordert. Alternativ kann Energie durch Vernichtung abgeleitet werden. Hierzu können beispielsweise bereits am Fahrzeug vorhandene Bremswiderstände eingeschaltet werden. Eine derartige Vernichtung von Energie ist jedoch im Zusammenhang etwa mit Bordnetzumrichtern 5 nicht möglich. Schließlich besteht die Möglichkeit der Verwendung von Leistungsschaltern, beispielsweise mechanischer oder Halbleiterschalter unter Berücksichtigung des abzuschaltenden Stromes I. Derartige Leistungsschalter weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Abschaltzeiten so hoch sind, dass nur kurzzeitig auftretende Überspannungen U_F nicht vorteilhaft gehandhabt werden können.
Diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 behoben. Die Schaltungsanordnung 1 weist hierzu eine Filterschaltung 2 auf, wie diese in 1 dargestellt ist. Diese Filterschaltung 2 setzt sich dabei zumindest aus einer ersten Filterinduktivität 6, mindestens einer Filterkapazität 7 sowie mindestens einem ersten elektrischen Schaltelement 8.1 und einem zweiten elektrischen Schaltelement 8.2 zusammen. Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch zwei spannungsbegrenzende Bauelemente 9.1, 9.2 sowie einen Ladewiderstand 10 auf.
Die Filterkapazität 7 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von zwei Kondensatoren 7.1, 7.2 gebildet, welche im Normalbetrieb einander parallel geschaltet sind. Dieser Fall ist beispielhaft in dem Ersatzschaltbild in der 2a dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt sind die beiden Schaltelemente 8.1, 8.2 eingeschaltet. Um diesen Zustand zu erlangen, werden die Kondensatoren 7.1, 7.2 beim Zuschalten der Netzspannung über den Ladewiderstand 10 aufgeladen. Danach wird der Ladewiderstand 10 durch das Einschalten der Schaltelemente 8.1, 8.2 überbrückt. Im Normalbetrieb dienen die Filterinduktivität 6 und die Parallelschaltung der Kondensatoren 7.1, 7.2 als gemeinsame Filterkapazität 7, welche der Filterung der Netzspannung sowie der Reduzierung von Netzrückwirkungen vom Stromrichter dient.
Tritt nun eine Überspannung U_F auf, ist es erforderlich, dieser möglichst schnell entgegenzuwirken und den Stromrichter 5 vom Netz 3 zu trennen. Hier greift nunmehr die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1. Denn im Fehlerfall wird mit Hilfe der Schaltungsanordnung 1 eine Gegenspannung U_G erzeugt, welche der Netzüberspannung U_F insbesondere stromvermindernd entgegenwirkt. Hierzu ist vorgesehen, dass beim Auftreten der Netzüberspannung U_F die Kondensatoren 7.1, 7.2 durch das erste elektrische Schaltelement 8.1 von der Filterinduktivität 6 und durch das zweite elektrische Schaltelement 8.2 die Kondensatoren 7.1, 7.2 selbst voneinander getrennt werden. Dabei fällt über dem ersten Kondensator 7.1 eine geringere Überspannung U_CG ab als über dem zweiten Kondensator 7.2.
Um dies zu erreichen, sind die Kondensatoren 7.1, 7.2 unterschiedlich ausgebildet. Der erste Kondensator 7.1 weist eine, insbesondere um mindestens den Faktor 10, bevorzugt um mindestens den Faktor 50, höhere Kapazität als der zweite Kondensator 7.2 auf. Allerdings ist der erste Kondensator 7.1 weniger spannungsfest ausgebildet als der zweite Kondensator 7.2, insbesondere um mindestens den Faktor 1,2, bevorzugt mindestens den Faktor 1,5, besonders bevorzugt mindestens den Faktor 2. Aufgrund dieser Ausgestaltung der Bauteile 7.1, 7.2 dient der erste Kondensator 7.1 dabei in erster Linie als Filterkondensator, wohingegen der zweite Kondensator 7.2 in erster Linie als Kommutierungskondensator für den Stromrichter 5 dienen kann.
Die Schaltelemente 8.1, 8.2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als elektrische Schaltelemente 8.1, 8.2 und insbesondere als Halbleiterschalter und besonders bevorzugt als IGBTs ausgebildet. Derartige Schalter 8.1, 8.2 bieten den Vorteil, dass sie deutlich schneller schalten als mechanische Schalter. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwei elektrische Schaltelemente 8.1, 8.2 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Derartige Schaltelemente 8.1, 8.2 sind beispielsweise als Zweigpaarmodule erhältlich. Auf diese Weise kann eine kleine Bauform der Schaltelemente 8.1, 8.2 realisiert werden. Im normalen Betrieb wird nur das erste elektrische Schaltelement 8.1 mit einem Gleichstromanteil des Stroms I durchflossen. Durch das zweite Schaltelement 8.2 fließt hingegen ein nur wenige Verluste erzeugender Wechselanteil. Werden IGBTs als Schaltelemente 8.1, 8.2 verwendet, so können diesen integrierte Freilaufdioden parallel geschaltet sein. Diese weisen jedoch bezüglich des Überspannungsschutzes 1 keine Funktion auf. Sie können jedoch zur Ladung der Filterschaltung 2 vor Aufnahme des Betriebs genutzt werden.
Den Schaltelementen 8.1, 8.2 sind jeweils ein erstes 9.1 und ein zweites Bauelement 9.2 parallel geschaltet, um die über den Schaltelementen 8.1, 8.2 anliegende Spannung U_V1, U_V2 zu begrenzen. Bei diesen Bauelementen 9.1, 9.2 handelt es sich um spannungsabhängige Bauelemente und insbesondere um Varistoren. Alternativ können als spannungsbegrenzende Bauteile 9.1, 9.2 jedoch auch andere Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren, Halbleiterbauelemente, wie Dioden oder dergleichen oder eine Kombination entsprechender Bauelemente, verwendet werden.
Das Prinzip der Schaltungsanordnung 1 soll nachfolgend näher anhand der in den 2b und 2c dargestellten Ersatzschaltbilder erläutert werden. Wie dies exemplarisch in den 2b und 2c dargestellt ist, erfolgt die Netztrennung in zwei Phasen. Die erste Phase ist in der 2b näher dargestellt.
In der ersten Phase werden die beiden Schaltelemente 8.1, 8.2 zunächst abgeschaltet. Die Abschaltung ist dabei abhängig von dem Strom I, welcher in die Schaltung 2 fließt. Beim Überschreiten eines maximalen Stroms I und/oder beim Überschreiten einer maximalen Spannung am Stromrichter 5 wird der Stromrichter 5 mittels der Schaltungsanordnung 1 vom Netz 3 getrennt. Beim Auftreten einer Netzüberspannung U_F werden dann zunächst gleichzeitig die beiden Schaltelemente 8.1, 8.2 abgeschaltet. Auf diese Weise kann der Stromrichter 5 zuverlässig und schnell vom Netz 3 getrennt werden. Das zweite Bauelement 9.2 wirkt dabei in einer ersten Phase der Netztrennung wie offene Klemmen, so dass im Wesentlichen das erste Bauelement 9.1 und der zweiten Kondensator 7.2 als solche der Netzüberspannung entgegenwirken. Auf diese Weise kann beim Auftreten einer Netzüberspannung mit Hilfe der Schaltungsanordnung 1 eine Gegenspannung U_G aufgebaut werden, welche sich im Wesentlichen aus der über dem ersten Schaltelement 8.1 abfallenden Überspannung U_V1 und der über dem zweiten Kondensator 7.2 abfallenden Überspannung U_CK zusammensetzt.
In der zweiten Phase der Netztrennung werden die Kondensatoren 7.1, 7.2 durch das elektrische Verhalten des zweiten Bauelements 9.2 wieder elektrisch verbunden. Ein Teil der der Netzüberspannung entgegenwirkenden Gegenspannung U_G fällt dann über der Reihenschaltung aus dem ersten Kondensator 7.1 und dem zweiten Bauelement 9.2 ab. Die über dem zweiten Kondensator abfallende Überspannung U_CK ist dabei höher als die am ersten Schaltelement 8.1 anliegende Überspannung U_V1. Die Spannungen U_V1, U_CK können dabei jedoch annähernd in einem Verhältnis von 1:1, bevorzugt in einem Verhältnis von 1:2, stehen. Auf diese Weise wird zur Netztrennung eine Gegenspannung U_G aufgebaut, welche der Netzüberspannung U_F stromvermindernd entgegenwirkt. Auf diese Weise kann der durch die Induktivität getriebene Stromfluss I unterbunden und der Stromrichter 5 vom Netz 3 getrennt werden.
Der Grundgedanke der Schaltungsanordnung 1 der Erfindung liegt dabei darin, dass der Kondensator 7.1 und der Kondensator 7.2 die Funktionalität eines einzelnen Kondensators durch Teilung übernehmen. Hierdurch kann der Kondensator 7.1 als größerer Filterkondensator und der Kondensator 7.2 als kleinerer Kommutierungskondensator ausgebildet werden. Denn auf diese Weise lädt der durch den Varistor 9.1 induktiv getriebene Strom I den Kondensator 7.2 mit kleinerer Kapazität schnell auf, bis dann auch der zweite Varistor 9.2 begrenzend wirkt. Die Dimensionierung der Bauteile kann dabei so ausgeführt werden, dass die Spannungsfestigkeit des Stromrichters 5 nicht überschritten wird, dabei jedoch gleichzeitig die Summe U_G der Spannungen U_V1 und U_CK ausreichen, um eine Netztrennung des Stromrichters 5 zu bewirken. Der Strom durch den Ladewiderstand 10 kann dabei für die Zeit der Überspannung U_F vernachlässigt werden. Nach der Überspannung U_F, wenn sich die Spannungen U_CG und U_CK wieder angeglichen haben, können beide Schaltelemente 8.1, 8.2 wieder eingeschaltet werden und der Stromrichter 5 kann seinen Betrieb wieder aufnehmen.
Um eine Netzüberspannung U_F detektieren zu können, wird ein über die Zuleitung zum Stromrichter 5 fließender Strom I gemessen, da dieser sich bei einer netzseitigen Überspannung U_F zuerst eine Änderung erfährt und die Spannung erst später folgt. Durch das Abschalten bei Überstrom I können die Filterinduktivitäten 6, 12 klein gewählt werden, da eine Sättigung der Induktivtäten 6,12 durch zu große Ströme I vermieden wird.
Die Kondensatoren 7.1, 7.2, welche die Filterkapazität 7 der Filterschaltung 2 bilden, können bevorzugt als Elektrolyt- oder Folienkondensatoren ausgebildet sein. Der erste Kondensator 7.1 kann dabei derart ausgestaltet sein, so dass er im Wesentlichen die Funktion eines Filterkondensators übernimmt. Hierzu weist der Kondensator 7.1 eine große Kapazität bei gleichzeitig eher geringer Spannungsfestigkeit auf. So kann der Kondensator 7.1 beispielsweise bevorzugt eine Kapazität im Bereich zwischen 1 und 10 mF aufweisen. Die Spannungsfestigkeit kann dabei im Bereich zwischen 1 und 1,2 kV liegen. Der dem Filterkondensator 7.1 parallel geschaltete zweite Kondensator 7.2 kann hingegen als Kommutierungskondensator 7.2 für den Stromrichter 5 dienen. Aufgrund dessen ist es bevorzugt, wenn der Kondensator 7.2 niederinduktiv, d. h. über kurze Leitungen an den Stromrichter 5 angebunden ist. Der Kondensator 7.2 weist eine kleinere Kapazität im Bereich zwischen 10 und 100 µF auf, bei gleichzeitiger hoher Spannungsfestigkeit zwischen 1,6 und 2,5 kV.
Neben der Verwendung der Schaltungsanordnung 1 als sogenanntes „einstufiges Filter“ kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 auch als „zweistufiges Filter“ verwendet werden. Eine solche zweistufige Filterschaltung 2 ist in der 3 dargestellt. Diese Filterschaltung 2 weist neben der aus der 1 bekannten Filterschaltung 2 zusätzlich noch eine zweite Stufe, bestehend aus einer weiteren Filterinduktivität 12 sowie aus einem dritten Kondensator 7.3, auf. Der zusätzliche Kondensator 7.3 ist ähnlich wie der zweite Kondensator 7.2 ausgebildet. Auch dieser besitzt eine kleine Kapazität bei gleichzeitig hoher Spannungsfestigkeit. Das zweistufige Filter 2 besitzt bei höheren Frequenzen gegenüber dem einstufigen Filter 2 den Vorteil einer stärkeren Filterwirkung. Neben Resonanzen mit dem einspeisenden Netz 3 kann es nämlich bei einer zweistufigen Filterschaltung 2 auch zu Resonanzen innerhalb der Filterschaltung 2 selbst kommen. Aufgrund dessen ist es von Vorteil, ein zusätzliches Dämpfungsglied, bestehend aus einem Dämpfungswiderstand 11 und einem Kondensator 7.1, vorzusehen. Derartige zweistufige Filterschaltungen 2 können insbesondere bei schnell schaltenden Stromrichtern 5, welche im Bereich mehrere Kilohertz takten, für die Trennung des Stromrichters 5 bei Netzüberspannungen U_F verwendet werden. Die Funktionsweise der zweistufigen Filterschaltung 2 ist dabei im Wesentlichen identisch mit der der einstufigen Filterschaltung 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass die Filterinduktivitäten 6, 12 und der zusätzliche Dämpfungswiderstand 11 in Summe eine kleinere Baugröße aufweisen, dass die Kondensatoren 7.2, 7.3 aufgrund der kleineren Kapazität trotz hoher Spannungsfestigkeit klein sind und dass der Kondensator 7.1 ebenfalls aufgrund der geringeren Spannungsfestigkeit klein ist und trotzdem eine größere Kapazität aufweist. Darüber hinaus können auch die Bauelemente 9.1, 9.2 und die Schaltelemente 8.1, 8.2 klein gewählt werden.
Obschon die 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer zweistufigen Filterschaltung 2 zeigt, können die einzelnen Elemente der Schaltung 2 jedoch auch auf unterschiedliche Weise verschaltet werden, ohne dass der Grundgedanke der Schaltung 2 verändert wird. So kann beispielsweise der untere Anschluss des zweiten Bauelements 9.2 alternativ mit dem oberen Anschluss des Widerstands 11 verbunden werden. Auch die Verbindung der unteren Anschlüsse des Ladewiderstands 10 oder des Kondensators 7.2 mit dem unteren Anschluss des Dämpfungswiederstands 11 stellt eine mögliche Schaltungsvariante dar.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sowie dem entsprechenden Verfahren zum Betrieb einer solchen Schaltungsanordnung 1 können auftretende Netzüberspannungen U_F zuverlässig und schnell gehandhabt werden. Dadurch, dass in einer ersten Phase der Netztrennung die beiden Kondensatoren 7.1, 7.2 voneinander getrennt werden, ist es ausreichend, den ersten Kondensator 7.1 mit einer höheren Kapazität auszustatten, bei gleichzeitiger niedriger Spannungsfestigkeit. Der zweite Kondensator 7.2 kann hingegen eine eher kleine Kapazität bei großer Spannungsfestigkeit aufweisen. Auf diese Weise lässt sich eine Gegenspannung U_G erzeugen, welche sich aus der im Wesentlichen über dem ersten Varistor 9.1 abfallenden Spannung U_V1 und der über dem zweiten Kondensator 7.2 abfallenden Spannung U_CK ergibt. Auf diese Weise kann eine Schaltungsanordnung 1 geschaffen werden, bei welcher die Größe der Bauelemente verkleinert werden kann. Hierdurch lassen sich sowohl eine geringere Baugröße als auch Kostenersparnisse erzielen.
Bezugszeichen:

1: Schaltungsanordnung
2: LC-Filterschaltung
3: Fahrdraht
4: Schiene
5: Stromrichter
6: Erste Filterinduktivität
7: Filterkapazität
7.1: Erster Kondensator
7.2: Zweiter Kondensator
7.3: Dritter Kondensator
8.1: Erstes Schaltelement
8.2: Zweites Schaltelement
9.1: Erster Varistor
9.2: Zweiter Varistor
10: Ladewiderstand
11: Dämpfungswiderstand
12: Zweite Filterinduktivität
UF: Fehlerspannung
UG: Gegenspannung
UCG: Spannung am ersten Kondensator
UCK: Spannung am zweiten Kondensator
UV1: Spannung am ersten Varistor
UV2: Spannung am zweiten Varistor
I: Strom

Claims

Schaltungsanordnung zum Schutz vor Netzüberspannungen (U_F) für Stromrichter (5) von Fahrzeugen mit einer Filterschaltung (2) mit mindestens einer ersten Filterinduktivität (6), mindestens einer Filterkapazität (7), welche aus einer Parallelschaltung aus mindestens einem ersten (7.1) und einem zweiten Kondensator (7.2) unterschiedlicher Kapazität gebildet wird, und mindestens einem ersten (8.1) und einem zweiten elektrischen Schaltelement (8.2), dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten einer Netzüberspannung (U_F) die Kondensatoren (7.1, 7.2) durch das erste elektrische Schaltelement (8.1) von der Filterinduktivität (6) und durch das zweite elektrische Schaltelement (8.2) voneinander trennbar sind, wobei über dem ersten Kondensator (7.1) mit der größeren Kapazität eine geringere Überspannung (U_CG) abfällt als über dem zweiten Kondensator (7.2) mit der geringeren Kapazität.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensator (7.2) eine höhere Spannungsfestigkeit als der erste Kondensator (7.1) aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein erstes (9.1) und ein zweites Bauelement (9.2) zur Spannungsbegrenzung, welche zueinander in Reihe sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (9.1) dem ersten Schaltelement (8.1) und/oder das zweite Bauelement (9.2) dem zweiten Schaltelement (8.2) parallel geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensator (7.2) an einem Punkt zwischen der ersten Parallelschaltung und der zweiten Parallelschaltung angeschlossen ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine aufgrund des Abschaltvorgangs über dem ersten Schaltelement (8.1) anliegende Überspannung (U_V1) mittels des ersten Bauelements (9.1) und eine über dem zweiten Schaltelement (8.2) anliegende Überspannung (U_V2) mittels des zweiten Bauelements (9.2) begrenzbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Netztrennung der zweite Kondensator (7.2) und eine Reihenschaltung des ersten Kondensators (7.1) und des zweiten Bauelements (9.2) einander parallel geschaltet sind, wobei die Parallelschaltung in Reihe mit dem ersten Bauelement (9.1) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Filterladewiderstand (10) zum Laden der Filterkapazität (7) und/oder einen Dämpfungswiderstand (11) zur Dämpfung von Resonanzen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschaltung (2) als eine zweistufige Filterschaltung (2) mit mindestens zwei Filterinduktivitäten (6, 12) und mindestens drei Kondensatoren (7.1, 7.2, 7.3) ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stufe der Filterschaltung (2) einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 entspricht und eine zweite Stufe der Filterschaltung (2) von einer zweiten Filterinduktivität (12) und einem dritten Kondensator (7.3) gebildet wird.
Verfahren zur Netztrennung eines Stromrichters von Fahrzeugen mit einer Schaltungsanordnung zum Schutz vor Netzüberspannungen (U_F) mit einer Filterschaltung (2) mit mindestens einer ersten Filterinduktivität (6), mindestens einer Filterkapazität (7), welche aus einer Parallelschaltung aus mindestens einem ersten (7.1) und einem zweiten Kondensator (7.2) unterschiedlicher Kapazität gebildet wird, und mindestens einem ersten (8.1) und einem zweiten elektrischen Schaltelement (8.2), dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten einer Netzüberspannung (U_F) die Kondensatoren (7.1, 7.2) durch das erste elektrische Schaltelement (8.1) von der Filterinduktivität (6) und durch das zweite elektrische Schaltelement (8.2) voneinander getrennt werden, derart, dass über dem ersten Kondensator (7.1) mit der größeren Kapazität eine geringere Überspannung (U_CG) abfällt als über dem zweiten Kondensator (7.2) mit der geringeren Kapazität.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein über die Zuleitung zum Stromrichter (5) fließender Strom (I) gemessen wird und dass beim Überschreiten eines maximalen Stroms (I) oder beim Überschreiten einer maximalen Spannung am Stromrichter (5) der Stromrichter (5) mittels der Schaltungsanordnung (1) vom Netz (3) getrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (8.1, 8.2) beim Auftreten einer Netzüberspannung (U_F) gleichzeitig abgeschaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauelement (9.2) in einer ersten Phase der Netztrennung wie offene Klemmen wirkt, derart, dass im Wesentlichen das erste Bauelement (9.1) und der zweite Kondensator (7.2) wirken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Phase der Netztrennung die Kondensatoren (7.1, 7.2) durch das elektrische Verhalten des zweiten Bauelements (9.2) wieder miteinander verbunden werden, wobei im Wesentlichen die Bauelemente (9.1, 9.2) und die Kondensatoren (7.1, 7.2) wirken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Netztrennung eine Gegenspannung (U_G) aufgebaut wird, welche der Netzüberspannung (U_F) entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gegenspannung (U_G) im Wesentlichen aus der über dem ersten Schaltelement (8.1) abfallenden Überspannung (U_V1) und der über dem zweiten Kondensator (7.2) abfallenden Überspannung (U_CK) zusammensetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftreten einer Netzüberspannung (U_F) durch das Schließen der Schaltelemente (8.1, 8.2) der Stromrichter (5) wieder in den Normalbetrieb überführt wird.