DE19833490A1 - Spannungszwischenkreisumrichter - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungszwischenkreisumrichter mit einem eingangsseitigen Gleichrichter (1), einem ausgangsseitigen Wechselrichter (2) und einem dazwischen angeordneten Stützkondensator (3), wobei parallel zum Stützkondensator (3) eine Schutzschaltung (7 + 8) mit einem Auslöseelement (7) und einem Strombegrenzungselement (8) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Strombegrenzungselement (8) als Heißleiter (8) ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungszwischen­ kreisumrichter mit einem eingangsseitigen Gleichrichter, ei­ nem ausgangsseitigen Wechselrichter und einem dazwischen an­ geordneten Stützkondensator, wobei parallel zum Stützkonden­ sator eine Schutzschaltung mit einem Auslöseelement und einem Strombegrenzungselement angeordnet ist.

Ein derartiger Spannungszwischenkreisumrichter wird bei­ spielsweise als Traktionsumrichter in Lokomotiven und Trieb­ wagen eingesetzt. Bei ihm ist das Strombegrenzungselement als Drossel ausgebildet.

Eine Drossel hat den Nachteil, große magnetische Felder zu erzeugen und somit starke Wechselwirkungen zu ihrer Umgebung hervorrufen. Folglich muß die Drossel mechanisch sehr stabil ausgeführt und befestigt sein. Ferner kann das entstehende Magnetfeld andere elektronische Einrichtungen, vor allem im Umrichter selbst, stören.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Spannungszwischenkreisumrichter derart weiterzubilden, daß er die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Strombegrenzungsele­ ment als Heißleiter ausgebildet ist.

Das Auslöseelement kann ein beliebiger schneller Halbleiter­ schalter sein. Vorzugsweise aber ist das Auslöseelement als Thyristor ausgebildet.

Die Gefahr von Überspannungen, die mittels der Schutzschal­ tung verhindert werden sollen, können besonders dann auftre­ ten, wenn am eingangsseitigen Gleichrichter plötzliche Netz­ spannungsabfälle, am ausgangsseitigen Wechselrichter transi­ ente Laständerungen oder andere Störungen auftreten können und der Wechselrichter als rückspeisefähiger Wechselrichter ausgebildet ist. Besonders in diesem Fall sollte also ein er­ findungsgemäßer Spannungszwischenkreisumrichter verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung ist ferner besonders dann von Vorteil, wenn der Spannungszwischenkreisumrichter als Hochspannungs-Spannungszwischenkreisumrichter ausgebildet ist, also im Betrieb des Spannungszwischenkreisumrichters am Stützkondensator eine Betriebsspannung von über 1 kV abfällt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt in Prinzipdarstellung die einzige

Fig. 1 einen Spannungszwischenkreisumrichter.

Gemäß Fig. 1 weist ein Spannungszwischenkreisumrichter einen eingangsseitigen Gleichrichter 1, einen ausgangsseitigen Wechselrichter 2 und einen dazwischen angeordneten Stützkon­ densator 3 auf. Der Gleichrichter 1 wird aus einem Netz 4 ge­ speist. An den Wechselrichter 2 ist eine Last 5 angeschlos­ sen.

Gemäß Ausführungsbeispiel ist der Gleichrichter 1 als gesteu­ erter Gleichrichter 1 ausgebildet. Er weist also als gleich­ richtende Halbleiterventile steuerbare Elemente auf, z. B. IGBTs (IGBT = insulated gate bipolar transistor) oder GTOs (= gate turn off-Thyristoren). Der Gleichrichter 1 könnte aber auch mit ungesteuerten Halbleiterventilen, also Dioden, aus­ gebildet sein. Der Gleichrichter 1 wird ferner gemäß Ausfüh­ rungsbeispiel aus einem Einphasen-Wechselstromnetz 4 ge­ speist. Er könnte aber auch aus einem Drehstromnetz gespeist werden.

Der Wechselrichter 2 weist ebenfalls gesteuerte Halbleiter­ ventile auf, also IGBTs oder GTOs. Er ist vorzugsweise als rückspeisefähiger Wechselrichter 2 ausgebildet. Er kann also ggf. elektrische Energie von der Last 5 in den Zwischenkreis rückspeisen. Gemäß Ausführungsbeispiel ist an den Wechsel­ richter 2 eine Drehstromlast 5 angeschlossen. Es könnte aber auch eine einphasige Wechselstromlast angeschlossen sein.

Im Betrieb des Spannungszwischenkreisumrichters fällt am Stützkondensator 3 eine Betriebsspannung U von mehr als 1 kV ab. Die Betriebsspannung U wird mittels einer Steuerschaltung 6 erfaßt und ausgewertet. Wenn der absolute Wert der Be­ triebsspannung U bzw. die zeitliche Änderung der Betriebs­ spannung U einen - ggf. einstellbaren - Grenzwert übersteigt, steuert die Steuerschaltung 6 ein Auslöseelement 7 einer Schutzschaltung an, welche parallel zum Stützkondensator 3 angeordnet ist. Hierdurch wird die Betriebsspannung U nahezu schlagartig auf O abgebaut. Das Auslöseelement 7 kann als be­ liebiger schneller Halbleiterschalter ausgebildet sein. Vor­ zugsweise aber ist das Auslöseelement 7 als Thyristor 7 aus­ gebildet.

Die Betriebsspannung U wird mittels eines Kurzschlußstromes I abgebaut, der durch das Auslöseelement 7 fließt. Der Kurz­ schlußstrom I darf einerseits nicht zu schnell ansteigen und andererseits einen Maximalwert nicht übersteigen. Dennoch muß die Betriebsspannung U so schnell so weit abgebaut werden, daß eine Lichtbogenbrennspannung, bei der spätestens ein evtl. Lichtbogen erlöschen würde, rechtzeitig erreicht wird. Um dies zu gewährleisten, ist dem Auslöseelement 7 ein Strom­ begrenzungselement 8 vorgeschaltet, welches erfindungsgemäß als Heißleiter 8 ausgebildet ist. Das Strombegrenzungselement 8 ist ebenfalls Bestandteil der Schutzschaltung. Durch den relativ hohen Startwiderstand des Strombegrenzungselements 8 werden somit der Anstieg beim Auslösen des Auslöseelements 7 und der Maximalwert des Kurzschlußstroms durch das Auslöse­ element 7 begrenzt.

Der Stromfluß durch das Strombegrenzungselement 8 führt zu einer Erwärmung des Strombegrenzungselements 8. Hierdurch verringert sich dessen Widerstand, so daß die verbleibende Restspannung noch schneller abgebaut wird. Im Gegensatz zu einer Drossel entstehen aber kaum Magnetfelder, so daß die bei Verwendung einer Drossel sich ergebenden Probleme vermie­ den werden.

Der Spannungszwischenkreisumrichter kann insbesondere in Lo­ komotiven und Triebwagen als Traktionsumrichter eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Spannungszwischenkreisumrichter mit einem eingangsseitigen Gleichrichter (1), einem ausgangsseitigen Wechselrichter (2) und einem dazwischen angeordneten Stützkondensator (3), wobei parallel zum Stützkondensator (3) eine Schutz­ schaltung (7+8) mit einem Auslöseelement (7) und einem Strombegrenzungselement (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzungselement (8) als Heißleiter (8) ausgebildet ist.

2. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement (7) als Thyristor (7) ausgebildet ist.

3. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (2) als rückspeisefähiger Wechsel­ richter (2) ausgebildet ist.

4. Spannungszwischenkreisumrichter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb des Spannungszwischenkreisumrichters am Stützkondensator (3) eine Betriebsspannung (U) über 1 kV abfällt.

5. Spannungszwischenkreisumrichter nach einem der obigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Traktionsumrichter verwendet wird.