專利名稱：橋接單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子設(shè)備的領(lǐng)域，本發(fā)明尤其涉及一種用于使變流器單元短路的橋接單元；一種變流器單元(Umrichterzelle)；—種變流器；以及一種用于使變流器單元短路的方法。
背景技術(shù)：
特定類型的變流器、例如模塊化的多電平變流器(modularmulti-level COnverters-M2LC-變流器)可以具有多個(gè)變流器單元，這些變流器單元包括功率電子開關(guān)，利用所述功率電子開關(guān)來開關(guān)需要通過變流器開關(guān)的電流。在這種單元中會(huì)始終出現(xiàn)的問題是，變流器的一個(gè)或多個(gè)單元必須被繞過或被短路。例如在一個(gè)單元或多個(gè)單元上產(chǎn)生過電流或過電壓時(shí)(這起因于外部故障(例如接地故障)或變流器單元的內(nèi)部故障)， 情況會(huì)是這樣。在變流器單元發(fā)生重大的內(nèi)部故障的情況下，能夠有利的是，當(dāng)持久地實(shí)現(xiàn)了變流器單元的橋接時(shí)。為此已經(jīng)提出了煙火式閉合觸點(diǎn)(pyrotechnischer Schliesser) (W0 2009/092621A1)，真空開關(guān)管(Vakuumschaltr0hren) (wo 2008/125494A1)，但也提出了短接的(durchlegierend)半導(dǎo)體構(gòu)件(DE 103 232 20 Al, WO 2007/023064)。在外部故障的情況下可能必需的是，通過橋接單元吸收短的電流浪涌并且必須在變流器上引導(dǎo)繞過。對(duì)于該目的提出了，例如將晶閘管并聯(lián)于變流器開關(guān)的空轉(zhuǎn)二極管布置(WO 2008/067786A1)。不可復(fù)位的橋接單元(例如煙火式閉合觸點(diǎn)或短接的構(gòu)件)必須成本很高地由變流器單元中拆出并且替換為新的尚未使用的橋接單元。這會(huì)是非常耗時(shí)且成本高的。在晶閘管的情況下也可能出現(xiàn)這樣的問題，即橋接單元在沒有外部能量的情況下返回到斷開狀態(tài)。在這種情況下變流器的完全的電力故障也可能使損壞單元的橋接單元又進(jìn)入不導(dǎo)電的狀態(tài)中。在GB 1 163 507 A中提出了一種適宜的、用于使變流器的變流器單元的第一輸入端和第二輸入端短路的橋接單元。此外US 5，986，909公開了一種借助于繼電器用于變流器單元的橋接單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種具有容易維護(hù)的和可靠的變流器單元的變流器。該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的另外的實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求中得出。本發(fā)明的第一方面涉及一種用于使模塊化的變流器的變流器單元的第一輸入端和第二輸入端短路的橋接單元。變流器可以是功率變流器，其設(shè)計(jì)用于使數(shù)千伏特和數(shù)十或數(shù)百安培的電流變流。變流在此理解為這樣的過程，其中從直流電壓中產(chǎn)生交流電壓，從交流電壓中產(chǎn)生直流
4電壓，或者從第一頻率的交流電壓中產(chǎn)生第二頻率的交流電壓。變流器可以是模塊化的多電平變流器(M2LC)、間接變流器或直接變流器。這兩種類型的變流器經(jīng)常也稱為鏈連接變流器(Chainlink-Umrichter)，這是因?yàn)槠渥兞髌鲉卧涉湢畹夭贾谩Ｗ兞髌鲉卧梢允菃螛O的單元(半橋)，例如在間接的M2LC-變流器的情況下，但也可以是雙極的單元(全橋)，例如在直接的M2LC-變流器或鏈連接變流器的情況下。變流器單元通常具有多個(gè)電子開關(guān)，例如晶閘管或IGBT。此外，變流器單元包括蓄能器，例如電容器。為了構(gòu)建變流器可以通過其輸入端串聯(lián)多個(gè)變流器單元。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，橋接單元包括雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器，其中雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器設(shè)計(jì)用于將第一輸入端和第二輸入端電連接和/或又中斷這種連接。雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器在其控制輸入端斷開時(shí)并不失去其當(dāng)前的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，橋接單元包括功率電子開關(guān)。功率電子開關(guān)可以設(shè)計(jì)用于將變流器單元的第一輸入端和第二輸入端電連接和/或又中斷這種連接。功率電子開關(guān)可以相對(duì)于繼電器快若干數(shù)量級(jí)地開關(guān)。例如橋接單元可以同時(shí)將控制信號(hào)發(fā)送到功率電子開關(guān)和雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器，其后首先在非常短的時(shí)間段(微秒) 之后閉合功率電子開關(guān)并且隨后閉合雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器(毫秒)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，功率電子開關(guān)設(shè)計(jì)用于在幾微秒至幾十微秒之內(nèi)閉
I=I O根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器設(shè)計(jì)用于在幾毫秒至幾十毫秒之內(nèi)閉合。即使當(dāng)變流器單元例如由于閉合的橋接單元在一段時(shí)間之后失去內(nèi)部的饋電時(shí)， 雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器仍然保持其閉合的狀態(tài)。橋接單元可以以簡(jiǎn)單的技術(shù)來構(gòu)造。不需要煙火式閉合觸點(diǎn)或真空開關(guān)管。通過雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器，橋接單元在操作之后也在沒有外部能量的情況下可靠地保持在穩(wěn)定的狀態(tài)中。由于雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器和功率電子開關(guān)可以設(shè)計(jì)為可復(fù)位的，因此也可以可復(fù)位地構(gòu)建橋接單元。此外，橋接單元可以和變流器單元并聯(lián)于其輸入端，與短接的半導(dǎo)體構(gòu)件相反。附加地，橋接單元能夠?qū)崿F(xiàn)用于高電阻的變流器單元的雙極的過電壓限制。通過橋接單元還可以覆蓋(abdecken)變流器級(jí)上的多個(gè)故障情況，尤其是也覆蓋接地故障和短路。橋接單元還可以提供冗余的路徑，例如用于DC-鏈路-短路路徑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，功率電子開關(guān)包括兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管。一般來說也可能的是，橋接單元包括至少一個(gè)晶閘管。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，功率電子開關(guān)包括三端雙向可控硅開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，橋接單元包括蓄能器，用于為驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械繼電器和功率電子開關(guān)供給能量。這樣一種蓄能器例如可以是電容器，其例如可以通過施加在變流器單元上的電壓直接地或間接地充電。尤其也會(huì)可能的是，又專門通過變流器單元上的過電壓為蓄能器或電容器充電。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，橋接單元包括用于開關(guān)雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器和功率電子開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于接收用于繼電器和/或功率電子開關(guān)的閉合信號(hào)或復(fù)位信號(hào)，以及作為對(duì)閉合信號(hào)或復(fù)位信號(hào)的反應(yīng)閉合或斷開(也就是說復(fù)位)繼電器和/或功率電子開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于測(cè)定在變流器單元的第一輸入端和第二輸入端之間的過電壓和/或過電流。這例如可以由此實(shí)現(xiàn)，即驅(qū)動(dòng)器接收在變流器單元的第一輸出端和/或第二輸出端上的電壓測(cè)量單元和電流測(cè)量單元的測(cè)量信號(hào)并且對(duì)該信號(hào)繼續(xù)進(jìn)行處理。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于當(dāng)測(cè)定過電壓和/或過電流時(shí)，閉合繼電器和/或功率電子開關(guān)。驅(qū)動(dòng)器例如可以當(dāng)?shù)谝惠斎攵撕偷诙斎攵酥g的電壓超過預(yù)先確定的閾值時(shí)閉合兩種開關(guān)元件。同樣地，驅(qū)動(dòng)器可以當(dāng)?shù)谝惠斎攵撕?或第二輸入端中的電流超過預(yù)先確定的閾值時(shí)閉合兩種開關(guān)元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，對(duì)橋接單元的驅(qū)動(dòng)通過在Xl和X2之間的無源的過電壓檢測(cè)來進(jìn)行。無源的過電壓檢測(cè)在此可以理解為一種電子構(gòu)件，其單獨(dú)地通過存在過電壓而改變其內(nèi)部狀態(tài)。這種構(gòu)件的示例是Transil 二極管或抑制二極管。無源的過電壓檢測(cè)例如可能包括至少一個(gè)抑制二極管或由串聯(lián)的抑制二極管組成的抑制鏈。抑制二極管在確定的閾值電壓的情況下成為導(dǎo)電的，利用抑制二極管的鏈可以進(jìn)而調(diào)節(jié)閾值電壓，該鏈在該閾值電壓成為導(dǎo)電的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，串聯(lián)的抑制二極管的鏈(選擇成使得該鏈在預(yù)先確定的閾值電壓的情況下成為導(dǎo)電的)能夠產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，以便開關(guān)橋接單元的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器和/或功率電子開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，當(dāng)過電壓超過預(yù)定值(Clberschreiten)時(shí)，通過過電壓對(duì)蓄能器充電或附加地充電。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)器具有另一個(gè)電子開關(guān)，該電子開關(guān)當(dāng)蓄能器上的電壓超過預(yù)先限定的值時(shí)閉合，并且驅(qū)動(dòng)器從蓄能器為雙穩(wěn)態(tài)繼電器和/或功率電子開關(guān)供給電流。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)器具有滯后，使得當(dāng)蓄能器上的電壓低于預(yù)定值(Unterschreiten)時(shí)，繼續(xù)從蓄能器為繼電器和/或功率電子開關(guān)供給電流。例如當(dāng)蓄能器上的電壓超過一個(gè)確定的值(該值確保繼電器一直被供給電流，直到其可能轉(zhuǎn)入斷開的或未斷開的狀態(tài)中)時(shí)，可以從蓄能器為繼電器供給電流或者說電壓。隨后一直從蓄能器為繼電器供給電壓，直到蓄能器上的電壓下降到低于某個(gè)值并且使蓄能器再次與繼電器分離為止。滯后和用于蓄能器上的電壓的閾值測(cè)定例如可以通過兩端交流開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)， 該兩端交流開關(guān)元件和抑制二極管串聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，橋接單元的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于(例如除了過電壓閉合信號(hào)之外)接收或檢測(cè)外部的閉合信號(hào)和/或復(fù)位信號(hào)。該外部的閉合信號(hào)可以源自于變流器單元的診斷單元或源自于變流器的系統(tǒng)保護(hù)單元。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于當(dāng)檢測(cè)到外部的閉合信號(hào)時(shí)，閉合繼電器和/或功率電子開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于當(dāng)檢測(cè)到外部的復(fù)位信號(hào)時(shí)，斷開繼電器和/或功率電子開關(guān)。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種變流器單元。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變流器單元包括橋接單元，如同其在上文和在下文所述地那樣。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變流器單元包括診斷單元，該診斷單元設(shè)計(jì)用于傳輸用于橋接單元的閉合信號(hào)和/或復(fù)位信號(hào)。診斷單元還可以向中央的變流器驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器提供重要的測(cè)量參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變流器單元包括過電流斷路器 (Ueberstromabschaltimg)，其可以是獨(dú)立于橋接單元行動(dòng)的過電流斷路器。過電流斷路器例如可以在過電壓的和/或過電流的情況下關(guān)斷變流器單元的半導(dǎo)體.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變流器單元可以在顯著的(aufg印raegt)過電流 (或者說浪涌電流)的情況下在數(shù)微秒之內(nèi)獨(dú)立地中斷變流器單元的有源的開關(guān)(IGBT， IGCT)中的故障電流。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變流器單元包括變流器單元的IGBT的減飽和監(jiān)測(cè)裝置。對(duì)這種故障或問題的識(shí)別可以基于IGBT或晶體管的減飽和監(jiān)測(cè)裝置。但也可以基于在IGCT或另外的可關(guān)斷元件情況下的非?？焖俚倪^電流檢測(cè)。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種變流器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變流器包括多個(gè)變流器單元，如其在上文和在下文中描述地那樣。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變流器包括系統(tǒng)保護(hù)單元。該系統(tǒng)保護(hù)單元可以設(shè)計(jì)用于當(dāng)變流器和/或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，閉合所有的、或一些選出的變流器單元的橋接單元的功率電子開關(guān)和/或繼電器并且選擇性地當(dāng)故障被排除之后再次復(fù)位(也就是說斷開)。其設(shè)計(jì)用于為多個(gè)變流器單元中的每個(gè)變流器單元傳輸橋接信號(hào)和/或復(fù)位信號(hào)。 在某些故障情況下，在變流器單元級(jí)上快速且獨(dú)立的關(guān)斷并不足夠并且系統(tǒng)保護(hù)單元將經(jīng)過協(xié)調(diào)的橋接信號(hào)發(fā)送到所有的或選出的單元。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于使變流器單元短路的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括下列步驟通過驅(qū)動(dòng)單元接收或測(cè)定閉合信號(hào)，例如基于對(duì)變流器單元的輸入端上的過電壓和/或過電流的識(shí)別或者外部的信號(hào)；作為對(duì)閉合信號(hào)的反應(yīng)，通過驅(qū)動(dòng)單元閉合功率電子開關(guān)；作為對(duì)閉合信號(hào)的反應(yīng)，通過驅(qū)動(dòng)單元閉合雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器。為了閉合功率電子開關(guān)和/或雙穩(wěn)態(tài)繼電器，從(例如是本地的)蓄能器中接收能量。閉合信號(hào)在此可以由驅(qū)動(dòng)單元同時(shí)輸出用于功率電子開關(guān)和雙穩(wěn)態(tài)繼電器，隨后功率電子開關(guān)在毫秒范圍中變成導(dǎo)電的，但是雙穩(wěn)態(tài)繼電器在數(shù)毫秒之后才完成這一行動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該方法還包括下列步驟在正常工作中通過變流器單元的電壓供給為蓄能器充電或者從變流器單元的輸入端上的(過)電壓為蓄能器充電。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該方法還包括下列步驟作為對(duì)復(fù)位信號(hào)的反應(yīng)斷開雙穩(wěn)態(tài)繼電器和/或功率電子開關(guān)?？傮w上也要理解所描述的模塊(例如控制器、診斷單元以及驅(qū)動(dòng)器)可以作為經(jīng)過編程的軟件模塊或功能來實(shí)施。然而可能的是，這些功能性模塊也部分地或完全地作為硬件來實(shí)施。因此另一個(gè)方面也涉及計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序當(dāng)在處理器上運(yùn)行時(shí)引導(dǎo)處理
7器執(zhí)行在上文和下文中所描述的方法。本發(fā)明的另一個(gè)方面也是一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，在該介質(zhì)上存儲(chǔ)了這種程序。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)在此可以是盤、CD、DVD、硬盤、USB存儲(chǔ)器、RAM、ROM、EPROM、EEPROM 或Flash-PROM。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)也可以是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)程序碼的下載。


下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變流器。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)變流器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變流器單元鏈。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的單極的變流器單元。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雙極的變流器單元。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變流器單元。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變流器單元。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于使變流器單元短路的一種方法的流程圖。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的橋接單元的一個(gè)實(shí)施例。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例具有根據(jù)圖9的橋接單元的電壓走向的圖表。在附圖中應(yīng)用的參考標(biāo)號(hào)和其意義以概括的形式在參考標(biāo)號(hào)表中列出。原則上， 相同的或類似的部件具有相同的參考標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式圖1示出了間接變流器10，其可以將直流電壓Udc變換為交流電壓Uaco為此，間接變流器10具有兩個(gè)變流器支路12，它們通過各一個(gè)扼流圈14將間接變流器10的輸入端 (在它們之間施加了電壓Udc)與輸出端(在其上施加了電壓Uac)相連接。變流器支路12分別包括多個(gè)串聯(lián)的變流器單元。在圖1中示出的間接變流器10設(shè)計(jì)用于變換電流的相。也已知了這樣的變流器， 其可以變換具有多個(gè)相的電流、例如三相交流電(如在圖1中示出的一樣)。這些變流器對(duì)于每個(gè)相R，S，T具有一個(gè)變流器10，其輸出端分別和其中一個(gè)相相連接并且其輸入端和另一個(gè)變流器的輸入端相連接。圖2示出了直接變流器，其從頻率1的三個(gè)輸入相R，S，T的輸入電壓UACl中產(chǎn)生頻率2的輸出電壓UAC2。直接變流器16能夠?qū)⒌谝活l率的Uaci的相電壓和Uac2的相電壓相連接。為此，直接變流器16又具有變流器支路12，其通過扼流圈14將兩個(gè)輸入端(在其上施加了兩個(gè)電壓和Uac2)相連接。相應(yīng)地也可以產(chǎn)生頻率2的多個(gè)輸出電壓UAC2，例如用于多相的UAC2系統(tǒng)。相應(yīng)地，輸出電壓UAC2也可以保持在0附近，以便例如實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償裝置。在圖3中示出了由多個(gè)變流器單元18組成的變流器支路12。每個(gè)變流器單元18具有第一輸入端Xl和第二輸入端X2，它們或者與變流器支路12的輸入端或輸出端相連接或者與另一個(gè)變流器單元18相連接。變流器單元18通過其輸入端或輸出端XI，X2串聯(lián)。圖4示出了單極的變流器單元18a，其在根據(jù)圖1的間接變流器10中在其變流器支路12中使用。變流器單元18a具有兩個(gè)空轉(zhuǎn)二極管20、兩個(gè)功率電子開關(guān)22、一個(gè)電容器形式的蓄能器M和一個(gè)橋接單元26。功率電子開關(guān)22例如可以是晶間管、IGCT或 IGBT0橋接單元沈并聯(lián)于變流器單元18a的另外的組件并且和變流器單元18a的輸入端 Xl和X2相連接?；旧?，橋接單元沈是如下一種構(gòu)件，其在第一導(dǎo)電狀態(tài)中具有非常低的電阻， 因此在輸入端Xl和X2之間的電流流過橋接單元沈而并不流過變流器單元18a的另外的結(jié)構(gòu)組件。在第二不導(dǎo)電狀態(tài)中(橋接單元沈在其中具有非常高的電阻)，沒有或至少僅僅非常少量的電流可以流過橋接單元26。在這種情況下，變流器單元18a的行為看起來好像不存在橋接單元26。圖5示出了雙極的變流器單元18b，其基本上由兩個(gè)單極的變流器單元18a構(gòu)成， 它們共享同一個(gè)蓄能器對(duì)。雙極的變流器單元18b可以在直接變流器16中使用。此外， 雙極的變流器單元18b包括四個(gè)功率電子開關(guān)22和四個(gè)空轉(zhuǎn)二極管20。功率電子開關(guān)22 例如可以是晶閘管、IGCT或IGBT。此外，變流器單元18b也具有橋接單元沈，其并聯(lián)于變流器單元18b的另外的組件、并聯(lián)于變流器單元18b的輸入端Xl和X2。橋接單元沈在此具有和根據(jù)圖4的橋接單元沈一樣的特征。此外，可以在單極的或雙極的變流器單元和橋接單元沈之間裝入小的電感。備選地，可以在雙極的變流器單元的情況下使用兩個(gè)橋接單元，它們分別將外部的連接端(XI，X2)和電容器的相同的連接端相連接。隨后，雙極的單元恰好相應(yīng)于原本連接在電容器的兩個(gè)連接端上的兩個(gè)單極的單元。在圖6中示出了變流器單元18，其可以是單極的變流器單元18a或雙極的變流器單元18b。橋接單元沈在此具有兩個(gè)彼此并聯(lián)的組件，即浪涌電流元件觀和冗余元件30。浪涌電流元件觀為變流器單元18提供了抗浪涌電流性。例如在不同的變流器故障或外部的系統(tǒng)故障的情況下必須經(jīng)過輸入端Xl和X2，通過變流器單元借助于浪涌電流元件觀短時(shí)間地吸收外加的浪涌電流。此外為了保護(hù)冗余元件也可以利用同一個(gè)保護(hù)元件來吸收單元內(nèi)部的浪涌電流。這例如在如下情況下是可能的，當(dāng)例如在根據(jù)圖4的單極的變流器單元18a的情況下上部示出的功率電子開關(guān)22閉合時(shí)，使得具有電容器M的中間電路放電。冗余元件30為變流器單元18提供了冗余能力。在此，變流器單元的冗余能力可以理解為作為單元故障功能的結(jié)果的單元的持續(xù)的短路。在圖7中示出了橋接單元沈的另一個(gè)實(shí)施方式。在單極的或雙極的變流器單元18 的輸入端和輸出端Xl和X2之間插入了智能的、組合的機(jī)械的和功率電子的橋接單元沈，其可以確保受控制的冗余提供(一個(gè)或多個(gè)變流器單元18的故障)以及在外部的系統(tǒng)故障的情況下的浪涌電流能力。橋接單元沈包括組合的機(jī)械-電氣橋接元件32，其由雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器34和功率電子開關(guān)36構(gòu)成，該功率電子開關(guān)36包括兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管38或一個(gè)三端雙向可控硅開關(guān)(Triac)。功率電子開關(guān)36包括門極控制器40或門極驅(qū)動(dòng)器40，其可以通過其門極來開關(guān)電子開關(guān)元件38、例如晶閘管38。組合的機(jī)械-電氣橋接元件32由驅(qū)動(dòng)器42來驅(qū)動(dòng)，其可以將斷開信號(hào)或閉合信號(hào)通過第一信號(hào)線44發(fā)送到機(jī)械繼電器34以及將斷開信號(hào)或閉合信號(hào)通過第二信號(hào)線46發(fā)送到門極控制器40并且因此發(fā)送到功率電子開關(guān)36。驅(qū)動(dòng)器42以及橋接元件32的組件、也就是說繼電器34、門極控制器40和兩個(gè)晶閘管38由蓄能器48供給能量。蓄能器48設(shè)計(jì)用于提供足夠的能量，以便在故障情況下為機(jī)械的和功率電子的橋接元件32，以及其所屬的驅(qū)動(dòng)器42形式的保護(hù)智能裝置供給能量。 蓄能器48并聯(lián)于繼電器34和變流器單元18的輸入端Xl和X2上的兩個(gè)晶間管36并且可以從在變流器單元18上通過這兩個(gè)輸入端X1、X2施加的電壓獲得能量。但也可能的是，蓄能器48從變流器單元18的電流供給中獲得能量。連接在輸出端Xl和X2上的例如市場(chǎng)上常見的機(jī)械繼電器34可能相關(guān)于在接通時(shí)施加的控制電壓在規(guī)格之外運(yùn)行。因此可以實(shí)現(xiàn)，繼電器34的開關(guān)時(shí)間縮短。此外，繼電器34可以相關(guān)于接觸部上的開斷電壓在規(guī)格之外運(yùn)行，只要能夠遵守功能上必需的絕緣距離就可以。繼電器34可以是市場(chǎng)上常見的雙穩(wěn)態(tài)繼電器。驅(qū)動(dòng)器42設(shè)計(jì)用于實(shí)施例如源自系統(tǒng)保護(hù)單元60的外部保護(hù)指令，評(píng)估本地的故障，例如過電壓、過電流或變流器單元診斷器58的故障報(bào)告。為此，電壓測(cè)量器50可以在兩個(gè)輸入端X1，X2之間連接和/或電流測(cè)量器52可以在輸入端Xl或輸入端X2中連接。 驅(qū)動(dòng)器42可以通過信號(hào)線M從電壓測(cè)量器50接收輸入端Xl和X2之間的當(dāng)前電壓Uac以及通過信號(hào)線56從電流測(cè)量器52接收當(dāng)前電流IAC。驅(qū)動(dòng)器42還可以通過信號(hào)線62從變流器單元18的控制-和診斷單元58接收斷開-和閉合信號(hào)。為了測(cè)定變流器單元18上的故障，單元58例如可以接收電壓Uac的值、 電流Iac的值、電壓Udc的值和減飽和監(jiān)測(cè)裝置(在IGBT的情況下)的值或者單元的弧穿檢測(cè)(Durchzuenderfassung)(在IGCT的情況下)的值。可選地，驅(qū)動(dòng)器42也可以通過信號(hào)線62將關(guān)斷信號(hào)發(fā)送到變流器單元18的控制器58。此外可能的是，驅(qū)動(dòng)器42從系統(tǒng)保護(hù)單元60接收斷開-或閉合信號(hào)，其監(jiān)測(cè)在其中安裝了變流器單元18的整個(gè)變流器10，16。圖8示出了用于一種方法的流程圖，利用該方法橋接單元沈可以保護(hù)變流器單元 18。在步驟SlO中，測(cè)定了在變流器單元18的兩個(gè)輸入端XI，X2之間的電壓Uac和/
或電流IAe。在步驟S12中，驅(qū)動(dòng)器42確定對(duì)于電壓‘和/或電流^是否超出閾值。如果情況是這樣，則驅(qū)動(dòng)器42決定閉合機(jī)械-電子的橋接元件32。在步驟S14中，診斷單元58測(cè)定變流器單元18的內(nèi)部故障。在步驟S16中，診斷單元58將閉合信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器42。在步驟S18中，系統(tǒng)保護(hù)單元60確定變流器10，16中的外部或內(nèi)部故障。隨后， 系統(tǒng)保護(hù)單元60通過信號(hào)線62將閉合信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器42。步驟SlO和S12，S14和S16以及S18和S20可以彼此可替換地進(jìn)行，或者也可以同時(shí)進(jìn)行。在步驟S22中，驅(qū)動(dòng)器42在考慮所有信息的情況下在必要時(shí)通過信號(hào)線44將閉合信號(hào)發(fā)送到繼電器34，該繼電器在數(shù)毫秒內(nèi)閉合，并且通過信號(hào)線46將閉合信號(hào)發(fā)送到門極控制器40，閉合信號(hào)隨后使兩個(gè)晶閘管38轉(zhuǎn)入其能夠?qū)щ姷臓顟B(tài)中。晶閘管在數(shù)微秒之內(nèi)導(dǎo)電。如果診斷單元58或系統(tǒng)保護(hù)單元60識(shí)別出內(nèi)部故障被排除或者變流器10，16的內(nèi)部的或外部故障不再存在，則其將斷開信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器42，驅(qū)動(dòng)器42隨后在步驟SM 中將斷開信號(hào)發(fā)送到繼電器和/或門極控制器40，隨后再次斷開選擇的開關(guān)元件34和/或 36并且必要時(shí)再次取消橋接元件沈的橋接?？梢杂上到y(tǒng)保護(hù)單元60確定的外部故障可以例如是接地故障。在接地故障的情況下，或者一般地在由系統(tǒng)保護(hù)單元60確定的故障的情況下，閉合信號(hào)被發(fā)送到變流器18 的全部的變流器單元18的全部的橋接單元沈。在這些情況下指示僅僅閉合功率電子開關(guān)。 這引起變流器的全部的變流器單元18通過橋接單元沈橋接。此外在這種情況下也通過系統(tǒng)保護(hù)單元60激活變流器10，16的主斷電器(Unterbrecher)。在圖9中示出了橋接單元沈的一部分的實(shí)施例。通過在圖9中示出的電路沈的輸出端Yl和Y2可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)雙穩(wěn)態(tài)繼電器34和/或一個(gè)或者多個(gè)用于功率電子開關(guān)36的門極控制器40。電路沈的輸入端U3和變流器單元18的輸入端Xl相連接，輸入端GND和變流器單元18的輸出端X2相連接。(例如一個(gè)或多個(gè)雙穩(wěn)態(tài)繼電器34和/或一個(gè)或多個(gè)功率電子開關(guān)36)同時(shí)開關(guān)所必需的能量在電容器Cl中通過電壓或電容調(diào)節(jié)。蓄能器48包括電容器Cl。從Yl通過電容器Cl通向輸出端Y2的、用于觸發(fā)繼電器34和/或門極控制器40 的電路利用晶閘管Tl閉合。由此實(shí)現(xiàn)了，在觸發(fā)脈沖auendimpuls)之后，電流從電容器 Cl中流動(dòng)，直到電容器Cl完全放電或電路中斷為止。蓄能器48的能量或者從屬于變流器單元的供電電壓中通過輸入端U2或通過 Transil-或抑制-二極管70的串聯(lián)電路(和隨后的整流)，從施加在變流器單元的輸入端 X1，X2上的(也就是說并聯(lián)于繼電器34的繼電器接觸部或并聯(lián)于晶閘管38的)電壓提取。晶閘管Tl的觸發(fā)可以或者通過在電路沈的輸入端U3或Xl上的過高的電壓或者通過控制輸入端CTR進(jìn)行。為了通過控制輸入端CTR觸發(fā)晶閘管Tl (在其上例如可以連接診斷單元58和/ 或系統(tǒng)保護(hù)單元60)，電荷和因此在電容器Cl上的電壓Ul通過集成在控制單元58，60中的網(wǎng)絡(luò)部分(Netzteil)保持在電壓U2的值上。一旦控制器58，60給出了橋接變流器單元 18的指令或閉合信號(hào)，則晶閘管Tl的控制連接端通過輸入端CTR直接得到驅(qū)動(dòng)并且因此晶閘管Tl進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)中。作為結(jié)果，電容器Cl通過連接的雙穩(wěn)態(tài)繼電器34或門極控制器 40放電。為了通過過高的電壓U3觸發(fā)晶閘管Tl，電容器Cl上的電壓Ul分接并且通過齊納二極管66或Transil 二極管66和兩端交流開關(guān)元件68的串聯(lián)電路與晶閘管Tl的控制連接端相連接。利用串聯(lián)電路66，68實(shí)現(xiàn)從特定的閾值電壓Ul起，電流流入晶閘管Tl的控制連接端并且將其觸發(fā)。同時(shí)，兩端交流開關(guān)元件68改變其前向電壓-電流特性，使得其上的電壓降劇烈減少。這提高了用于晶閘管Tl的驅(qū)動(dòng)電流并且為脫扣電路 (AusloeseschaltungUe添加了滯后。因此實(shí)現(xiàn)一次性超過閾值電壓Ul可靠地引起了脫扣 (Ausloesung)。驅(qū)動(dòng)器42包括元件66，68和Tl。
11
利用Transil鏈70 (其包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的Transil 二極管)，可以調(diào)節(jié)用于為電容器Cl充電的閾值電壓。部件66，68的閾值電壓應(yīng)該高于電壓U2，否則當(dāng)連接的變流器單元18的網(wǎng)絡(luò)部分提供電壓U2時(shí)，在正常的運(yùn)行情況下，閾電路沈的觸發(fā)機(jī)構(gòu)可能已經(jīng)在運(yùn)行中。圖10示出了電壓走向的圖表，其在測(cè)量根據(jù)圖9的橋接電路沈時(shí)得到。在圖表中向右側(cè)繪出以秒為單位的時(shí)間t，而向上繪出以伏特為單位的電壓。電容器電壓72除以 10。圖形72示出在電容器Cl上的電壓走向，在此期間連續(xù)地提高了電壓U374，直到 Transil鏈70導(dǎo)電并且為電容器Cl充電的閾值電壓，一旦實(shí)現(xiàn)了用于晶閘管Tl的觸發(fā)的閾值電壓，則電壓U3短路并且由此橋接變流器單元18。要理解的是，在圖9中示出的橋接電路沈也可以用于，對(duì)一般的功率電子組件進(jìn)行橋接并且不僅是變流器單元18。為此，橋接電路沈可以通過輸入端U3和GND連接在功率電子構(gòu)件的輸入端上和/或通過輸入端U2連接在網(wǎng)絡(luò)部分上。補(bǔ)充地，需要指出的是，“包括”不排除其它的元件或步驟，并且“一個(gè)(eine)，，或 “一個(gè)(ein)”不排除多個(gè)的情況。此外需要指出的是，已經(jīng)根據(jù)上述實(shí)施例中的一個(gè)進(jìn)行了說明的特征或步驟也可以和另外的上述實(shí)施例的另外的特征或步驟相結(jié)合地應(yīng)用。在權(quán)利要求中的參考標(biāo)號(hào)不視為限制。
0107]參考標(biāo)號(hào)表0108]10間接變流器0109]12變流器支路0110]14扼流圈0111]16直接變流器0112]18變流器單元0113]18a單極的變流器單元0114]18b雙極的變流器單元0115]20空轉(zhuǎn)二極管0116]22功率電子開關(guān)0117]24蓄能器0118]26橋接單元0119]28浪涌電流元件0120]30冗余元件0121]32橋接元件0122]34繼電器0123]36電子開關(guān)0124]38晶閘管0125]40門極控制器0126]42驅(qū)動(dòng)器0127]44信號(hào)線0128]46信號(hào)線
48蓄能器
50電壓測(cè)量器
52電流測(cè)量器
M信號(hào)線
56信號(hào)線
58驅(qū)動(dòng)器/診斷單元
60系統(tǒng)保護(hù)單元
62信號(hào)線
64信號(hào)線
66Transil 二極管
68兩端交流開關(guān)元件
70Transil鏈
72電容器電壓
74X1和X2之間的電壓
權(quán)利要求
1.一種橋接單元(26)，用于使模塊化的變流器(10)的變流器單元(18)的第一輸入端 (Xl)和第二輸入端、\1、短路，所述橋接單元06)包括雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器(34)； 功率電子開關(guān)(36)；用于開關(guān)所述繼電器(34)和所述功率電子開關(guān)(36)的驅(qū)動(dòng)器02)； 其中所述雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器(34)設(shè)計(jì)用于將所述第一輸入端(Xl)和所述第二輸入端 (X2)電連接；其中所述功率電子開關(guān)(36)設(shè)計(jì)用于將所述第一輸入端(Xl)和所述第二輸入端(X2) 電連接；其中設(shè)有蓄能器(48)，所述蓄能器08)用于為所述機(jī)械繼電器(34)、所述功率電子開關(guān)(36)和所述驅(qū)動(dòng)器0 供給能量；其中所述驅(qū)動(dòng)器0 包括無源的過電壓檢測(cè)器(70)并且在所述過電壓超過預(yù)定值時(shí)通過所述過電壓為所述蓄能器G8)充電；其中所述驅(qū)動(dòng)器G2)具有另一個(gè)電子開關(guān)(Tl)，所述電子開關(guān)當(dāng)所述蓄能器08)上的電壓超過預(yù)先限定的值時(shí)閉合，并且所述驅(qū)動(dòng)器從所述蓄能器為所述雙穩(wěn)態(tài)繼電器(34) 和/或所述功率電子開關(guān)(36)供給電流；以及其中所述驅(qū)動(dòng)器0 具有滯后，使得當(dāng)所述蓄能器G8)上的電壓低于預(yù)定值時(shí)，繼續(xù)從所述蓄能器為所述繼電器(34)和/或所述功率電子開關(guān)(36)供給電流。
2.如權(quán)利要求1所述的橋接單元06)，其中所述功率電子開關(guān)(36)設(shè)計(jì)用于在幾微秒至幾十微秒之內(nèi)閉合和/或其中所述雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械繼電器(34)設(shè)計(jì)用于在幾毫秒至幾十毫秒之內(nèi)閉合。
3.如權(quán)利要求1或2所述的橋接單元06)，其中所述功率電子開關(guān)(36)包括兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管(38)和/或其中所述功率電子開關(guān)(36)包括三端雙向可控硅開關(guān)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的橋接單元06)， 其中所述驅(qū)動(dòng)器0 設(shè)計(jì)用于接收閉合信號(hào)；其中所述驅(qū)動(dòng)器G2)設(shè)計(jì)用于作為對(duì)所述閉合信號(hào)的反應(yīng)而閉合所述繼電器(34)和 /或所述功率電子開關(guān)(36)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的橋接單元06)， 其中所述驅(qū)動(dòng)器0 設(shè)計(jì)用于接收復(fù)位信號(hào)；其中所述驅(qū)動(dòng)器G2)設(shè)計(jì)用于作為對(duì)所述復(fù)位信號(hào)的反應(yīng)而斷開所述繼電器(34)和 /或所述功率電子開關(guān)(36)。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的橋接單元06)，其中所述驅(qū)動(dòng)器0 設(shè)計(jì)用于測(cè)定在所述第一輸入端(Xl)和所述第二輸入端(X2) 之間的過電壓和/或過電流；其中所述驅(qū)動(dòng)器0 設(shè)計(jì)用于當(dāng)測(cè)定所述過電壓和/或所述過電流時(shí)，閉合所述繼電器(34)和/或所述功率電子開關(guān)(36)。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的橋接單元06)，其中所述驅(qū)動(dòng)器0 設(shè)計(jì)用于檢測(cè)外部的閉合信號(hào)和/或復(fù)位信號(hào)；其中所述驅(qū)動(dòng)器0 設(shè)計(jì)用于當(dāng)檢測(cè)到外部的閉合信號(hào)時(shí)，閉合所述繼電器(34)和 /或所述功率電子開關(guān)(36)；其中所述驅(qū)動(dòng)器G2)設(shè)計(jì)用于當(dāng)檢測(cè)到外部的復(fù)位信號(hào)時(shí)，斷開所述繼電器(34)和 /或所述功率電子開關(guān)(36)。
8.一種變流器單元(18)，包括如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的橋接單元06)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變流器單元(18)，還包括 過電流斷路器(58)和/或所述變流器單元(18)的IGBT的減飽和監(jiān)測(cè)裝置；其中所述過電流斷路器(58)設(shè)計(jì)用于在過電流的情況下關(guān)斷所述變流器單元(18)的半導(dǎo)體元件。
10.一種變流器(10)，包括多個(gè)如權(quán)利要求8或9所述的變流器單元(18)。
11.如權(quán)利要求10所述的變流器(10)，還包括 系統(tǒng)保護(hù)單元；其中所述系統(tǒng)保護(hù)單元設(shè)計(jì)為當(dāng)變流器和/或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，閉合所述變流器單元 (18)的所述橋接單元06)的功率電子開關(guān)以及選擇性地在故障被排除之后再次復(fù)位。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為橋接單元，涉及一種具有橋接單元26的變流器單元18，其具有機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)繼電器34和電子開關(guān)36。
文檔編號(hào)H02M1/00GK102201728SQ20111008478
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者A·弗格利 申請(qǐng)人:Abb瑞士有限公司