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Verfahren zur Sicherstellung eines redundanten Stromrichterbetriebs

IP.com Disclosure Number: IPCOM000127897D
Original Publication Date: 2005-Oct-10
Included in the Prior Art Database: 2005-Oct-10
Document File: 13 page(s) / 1M

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Fuer Umrichter im hoeheren Spannungs- und Leistungsbereich, die eine grosse Anzahl von seriengeschalteten Elementen enthalten, besteht der Wunsch, in einem Stoerungsfall den redundanten Weiterbetrieb des Umrichters sicherzustellen. Ist ein Subsystem (Abb. 1, (10); Abb. 2, (11); oder Abb. 3, (20)) in seiner ordnungsgemaessen Funktion gestoert (z.B. durch den Ausfall eines der Leistungshalbleiter, dessen Ansteuerschaltung o.ae.) ist es notwendig, dass die Klemmenspannung des gestoerten Subsystems moeglichst zu Null wird. Diese Bedingung gewaehrleistet, dass dem gestoerten Subsystem nach dem Stoerungsfall keine Energie mehr zugefuehrt wird. Letzteres ist erforderlich um Folgeschaeden wie Ueberhitzung und Brand beim weiteren Betrieb des Umrichters sicher auszuschliessen. Diese Bedingung laesst sich in aequivalenter Form auch folgendermassen ausdruecken: Nach einem Stoerungsfall muss das gestoerte Subsystem zwischen seinen Klemmen (Anschlussklemmen, in den Abbildungen bezeichnet als: (X1), (X2)) eine kurzschlussartige, leitende Verbindung aufweisen, die zumindest den Betriebsstrom (beide Stromrichtungen) des Umrichterzweigs sicher und ohne Ueberhitzung fuehren kann.

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S

Verfahren zur Sicherstellung eines redundanten Stromrichterbetriebs

Idee: Dr. Rainer Sommer, DE-Nuernberg; Marc Hiller, DE-Nuernberg

Fuer Umrichter im hoeheren Spannungs- und Leistungsbereich, die eine grosse Anzahl von seriengeschalteten Elementen enthalten, besteht der Wunsch, in einem Stoerungsfall den redundanten Weiterbetrieb des Umrichters sicherzustellen.

Ist ein Subsystem (Abb. 1, (10); Abb. 2, (11); oder Abb. 3, (20)) in seiner ordnungsgemaessen Funktion gestoert (z.B. durch den Ausfall eines der Leistungshalbleiter, dessen Ansteuerschaltung
o.ae.) ist es notwendig, dass die Klemmenspannung des gestoerten Subsystems moeglichst zu Null wird. Diese Bedingung gewaehrleistet, dass dem gestoerten Subsystem nach dem Stoerungsfall keine Energie mehr zugefuehrt wird. Letzteres ist erforderlich um Folgeschaeden wie Ueberhitzung und Brand beim weiteren Betrieb des Umrichters sicher auszuschliessen. Diese Bedingung laesst sich in aequivalenter Form auch folgendermassen ausdruecken:

Nach einem Stoerungsfall muss das gestoerte Subsystem zwischen seinen Klemmen (Anschlussklemmen, in den Abbildungen bezeichnet als: (X1), (X2)) eine kurzschlussartige, leitende Verbindung aufweisen, die zumindest den Betriebsstrom (beide Stromrichtungen) des Umrichterzweigs sicher und ohne Ueberhitzung fuehren kann.

Gemaess der im Folgenden veranschaulichten Idee werden nach einem Stoerungsfall die elektronisch steuerbaren Schalter (in den Abbildungen: (5a), (5b), (6a), (6b), (8), (14a), (14b), (18), (21a), (21b)) oder der mechanische Schalter (in den Abbildungen: (16)) oder die leitende Verbindung (in den Abbildungen: (17)) des gestoerten Subsystems genutzt, um das gestoerte Subsystem in den gewuenschten Kurzschlusszustand zu bringen. Gemaess der Idee muss zu diesem Zweck jedes Subsystem an seinen Klemmen (in den Abbildungen: (X1a), (X2a), (X1b), (X2b)) ein oder mehrere Schutz-Bauelemente inkl. eventueller Beschaltung und geeigneter Ansteuerung enthalten, die einen dauerhaften kurzschlussartigen Zustand sicherstellen.

Geeignete Schutz-Bauelemente sind:

Halbleiterdioden (in den Abbildungen: (7a), (7b), (14c), (14d), (15), (19), (21c), (21d)),

Thyristoren bzw. abschaltbare Thyristoren (in den Abbildungen: (5a), (5b), (6a), (6b), (8), (14a), (14b)),

Transistoren (in den Abbildungen: (18), (21a), (21b)),

mechanische Schalter (in den Abbildungen: (16)),

mechanische, leitende Verbindungen (in den Abbildungen: (17)).

Als Kontaktierungen sind vorzugsweise die Druckkontaktierung (engl: press pack) und, bei geeigneter Ausfuehrung, auch geloetete Kontaktierungen geeignet. Sind grosse Kurzschlussstroeme durch geeignete Massnahmen auszuschliessen, so sind auch gebondete Kontaktierungen geeignet.

Fuer ein Subsystem nach Abb. 1 oder Abb. 2 kann auch die bereits an den Klemmen (X1), (X2) befindliche Diode (in den Abbildungen: (2)) als Schutz-Bauelement eine Teilfunktion einer Schutzbeschaltung uebernehmen, soweit sie geeignete Kontaktierungen aufweist.

Fuer ein Subsy...