用于消除借助于變換器電路的至少一個相電壓源所驅(qū)動的電弧的方法
【專利摘要】給出用于消除借助于變換器電路(1)的至少一個相電壓源(3)所驅(qū)動的電弧的方法，其中所述變換器電路具有變換器單元(2)和儲能回路(4)，其中，在變換器單元(2)的交流電壓側上連接至少一個相電壓源(3)，并且其中變換器單元(2)具有多個可操控功率半導體開關，并且其中，在運行變換器電路(1)期間檢測到出現(xiàn)的電弧并且隨即使至少一個相電壓源(3)短路。為了檢測電弧，監(jiān)視變換器電路(1)的狀態(tài)參量是否在所述狀態(tài)參量的可預設置閾值上，或者備選地以光學方式監(jiān)視變換器電路的周圍是否出現(xiàn)電弧光。如果檢測到電弧，則如此操控變換器單元(2)的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元(2)的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源(3)短路。
【專利說明】用于消除借助于變換器電路的至少一個相電壓源所驅(qū)動的電弧的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及功率電子器件領域。其基于根據(jù)獨立權利要求的前序部分的、用于消除借助于變換器電路的至少一個相電壓源所驅(qū)動的電弧的方法。
【背景技術】
[0002]當今，變換器電路通常具有變換器單元，在變換器單元的交流電壓側設置至少兩個相連接端，于是能夠在所述相連接端上連接用于提供相應交流電壓的相電壓源。通常，所述變換器電路在變換器單元的直流電壓側上包括儲能回路，所述儲能回路例如由一個或多個電容式儲能器構成。
[0003]在運行變換器電路時，即當電能從變換器單元的交流電壓側流至變換器單元的直流電壓側并且在此將交流電壓整流時，或者當電能從變換器單元的直流電壓側流至變換器單元的交流電壓側并且在此將直流電壓進行逆變時，可能由于故障而出現(xiàn)如下情況:借助于相電壓源以電流方式驅(qū)動的電弧例如不僅在變換器單元的交流電壓側上而且在變換器單元的直流電壓側上出現(xiàn)。這種電弧是非常不希望有的，原因在于該電弧可能損壞或者完全破壞變換器單元還有整個變換器電路。
[0004]通常在這些相連接端上使用機械開關，以便使所述一個或多個相電壓源短路。如果在變換器電路中檢測到出現(xiàn)的電弧，則閉合用于使所述一個或多個相電壓源短路的機械開關，以便消除由所述一個或多個相電壓源以電流方式所驅(qū)動的電弧。然而，這種機械開關具有緩慢的響應特性、相當大的結構大小，需要高度維護并且提高了構建變換器電路的支出。
[0005]如在DE 10 2009 002 684 Al公開的那樣，不希望有的電弧在用于給等離子體負載饋電的變換器電路中也可能出現(xiàn)，其中，該電弧由變換器電路的MF線圈L1、L2產(chǎn)生，如同在DE 10 2009 002 684 Al中在段落[0006]和[0007]中結合圖1a所描述的那樣。為了消除由變換器電路的MF線圈L1、L2所產(chǎn)生的電弧，在輸出連接端13、14上的電壓被變換極性，其中，在此之前，電壓被設置到OV范圍的值并且通過輸出連接端13、14的電流設置到OA范圍的值，也就是說，所連接的等離子體負載設成無電壓且無電流，如同在DE 10 2009 002684 Al中在段落[0045]中所描述的那樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的任務是給出一種用于消除借助于變換器電路的至少一個相電壓源所驅(qū)動的電弧的方法，借助于該方法，能夠以特別簡單且快速的方式來消除變換器電路中出現(xiàn)的電弧。
[0007]該任務通過權利要求1或者權利要求4的特征得到解決。在從屬權利要求中給出了本發(fā)明的有利改進方案。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，變換器電路具有變換器單元、至少一個相電壓源以及儲能回路，其中在變換器單元的交流電壓側連接至少一個相電壓源。變換器單元還包括多個可操控功率半導體開關。根據(jù)方法，在運行變換器電路期間檢測到出現(xiàn)的電弧并且隨即于是使至少一個相電壓源短路。根據(jù)本發(fā)明，為了檢測電弧，監(jiān)視變換器電路的狀態(tài)參量是否在所述狀態(tài)參量的可預設置閾值上。在狀態(tài)參量與可預設置閾值有偏差時，于是，如此操控變換器單元的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源短路。借助于先前所提及的、對所出現(xiàn)電弧的檢測以及對通過變換器單元的至少一個短路路徑的構成，能夠有利地特別簡單且快速地熄滅并因而消除所出現(xiàn)的電弧。額外的短路裝置、例如由現(xiàn)有技術已知的用于使至少一個相電壓源短路的機械開關是不需要的。
[0009]作為對先前所提及的、通過變換器電路的狀態(tài)參量進行檢測的備選方案，為了檢測電弧而以光學方式監(jiān)視變換器電路的周圍是否出現(xiàn)電弧光，其中，在出現(xiàn)電弧光時，同樣如此操控變換器單元的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源短路。借助于所述備選的、對所出現(xiàn)電弧的檢測以及對通過變換器單元的至少一個短路路徑的構成，也能夠有利地特別簡單且快速地熄滅并因而消除所出現(xiàn)的電弧。在此，額外的短路裝置也是不需要的。
[0010]根據(jù)下文結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的詳細說明，使本發(fā)明的這些以及另外的任務、優(yōu)點和特征顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖中:
圖1示出按照本發(fā)明方法具有所標出短路電流路徑的變換器電路 的第一實施方式，
圖2示出按照本發(fā)明方法具有所標出短路電流路徑的變換器電路 的第二實施方式，
圖3示出按照本發(fā)明方法具有所標出短路電流路徑的變換器電路的 第三實施方式，以及
圖4示出按照本發(fā)明方法具有所標出短路電流路徑的變換器電路的 第四實施方式。
[0012]在參考標記列表中，以匯總的形式列出了附圖中使用的參考標記及其含義。原則上，圖中相同部分配設有相同的參考標記。所描述的實施方式表示本發(fā)明主題的示例，而不具有限制作用。
【具體實施方式】
[0013]在圖1中示出了按照本發(fā)明方法具有所標出短路電流路徑的變換器電路的第一實施方式。在圖2-圖4中示出變換器電路的第二、第三和第四實施方式，其中，在這些變換器電路中的每個變換器電路中，標出按照本發(fā)明方法可能的短路路徑。按照圖1-圖4的變換器電路的分別可能的短路路徑作為粗體線條示出。一般而言，變換器電路I具有變換器單元2、至少一個相電壓源3以及儲能回路4，其中在變換器單元2的交流電壓側上連接至少一個相電壓源3。相電壓源3的連接端在變換器單元2的交流電壓側上在相連接端A上實現(xiàn)。由于根據(jù)圖1-圖4的變換器電路全部構造為三相的，所以，也分別設置三個相電壓源3，其中，一般而言，如已經(jīng)提及的那樣，設置至少一個相電壓源3。此外，變換器單元2 —般而言還具有多個可操控功率半導體開關，其中，根據(jù)圖1，將晶閘管用作可操控功率半導體開關，并且，根據(jù)圖2，將具有換向操控電極的集成晶閘管(IGCT-集成門極換向晶閘管)用作可操控功率半導體開關。與之相反，在按照圖3的變換器電路中，優(yōu)選將具有絕緣設置的柵電極的雙極晶體管(IGBT-絕緣柵雙極型晶體管)和晶閘管用作可操控功率半導體開關，其中，于是可能的短路路徑延伸通過晶閘管，如圖3中所示。在按照圖4的變換器電路中，優(yōu)選也將IGCT用作可操控功率半導體開關，于是可能的短路路徑延伸通過IGCT。
[0014]根據(jù)方法，在運行期間出現(xiàn)電弧的情況下，檢測該電弧并且隨即于是使至少一個相電壓源3短路?？赡苡捎诠收隙霈F(xiàn)這種電弧，其中通常由至少一個相電壓源3以電流方式來驅(qū)動電弧。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在，為了檢測電弧，監(jiān)視變換器電路I的狀態(tài)參量是否在所述狀態(tài)參量的可預設置閾值上。在狀態(tài)參量與可預設置閾值有偏差時，于是，如此操控變換器單元2的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元2的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源3短路。借助于先前所提及的、對所出現(xiàn)電弧的檢測以及對通過變換器單元2的至少一個短路路徑的構成，能夠有利地特別簡單且快速地熄滅并因而消除所出現(xiàn)的電弧。有利的是，能夠棄用額外的短路裝置。
[0015]作為對先前所提及的、通過變換器電路I的狀態(tài)參量進行檢測的備選方案，為了檢測電弧而以光學方式監(jiān)視變換器電路I的周圍是否出現(xiàn)電弧光，其中，在出現(xiàn)電弧光時，同樣如此操控變換器單元2的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元2的至少一個短路路徑又得以構成，以便使至少一個相電壓源3短路。為了以光學方式進行監(jiān)視，例如可使用光電二極管或者對光敏感的其他電子元件或者攝像機。借助于所述備選的、對所出現(xiàn)電弧的檢測以及對通過變換器單元2的至少一個短路路徑的構成，也能夠有利地特別簡單且快速地熄滅并因而消除所出現(xiàn)的電弧。在此備選方案中，額外的短路裝置也是不需要的。
[0016]如果關于變換器電路I在變換器單元的直流電壓側上連接儲能回路4，如圖1-圖4中示例性所示，則狀態(tài)參量優(yōu)選是儲能回路4上的電壓，并且狀態(tài)參量的可預設置閾值是儲能回路4上電壓的可預設置閾值。該儲能回路包括一個或多個電容性儲能器，例如，電容器。在儲能回路4上的電壓未超過可預設置閾值時，則如此操控變換器單元2的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元2的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源3短路。
[0017]作為對儲能回路4上的電壓作為狀態(tài)參量的備選方案，也可想到的是，狀態(tài)參量是變換器單元2的交流電壓側上在相連接端A上的電壓并且于是狀態(tài)參量的可預設置閾值是變換器單元2的交流電壓側上在相連接端A上電壓的可預設置閾值。在變換器單元2的交流電壓側上在相連接端A上的電壓未超過可預設置閾值時，則如此操控變換器單元2的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元2的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源3短路。在變換器單元2的交流電壓側上在相連接端A上的電壓未超過可預設置閾值時，如此操控變換器單元2的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元2的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源3短路。[0018]在根據(jù)圖3和圖4的變換器電路中，作為對儲能回路4上的電壓作為狀態(tài)參量的備選方案或者作為對變換器單元2的交流電壓側上在相連接端A上的電壓的備選方案，也可想到的是，變換器單元2的變換器子電路5上的電壓是狀態(tài)參量，如圖3和圖4中所示，并且于是狀態(tài)參量的可預設置閾值是變換器子電路5上電壓的可預設置閾值。在變換器子電路5上的電壓與可預設置閾值有偏差、尤其是未超過可預設置閾值時，如此操控變換器單元2的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過該變換器單元2的至少一個短路路徑得以構成，以便使至少一個相電壓源3短路。
[0019]參考標記列表
1變換器電路
2變換器單元
3相電壓源
4儲能回路
5變換器子電路 A 相連接端
【權利要求】
1.一種用于消除借助于變換器電路(I)的至少一個相電壓源(3)所驅(qū)動的電弧的方法，其中所述變換器電路(I)具有變換器單元(2)和儲能回路(4)，其中，在所述變換器單元(2)的交流電壓側上連接所述至少一個相電壓源(3)，并且其中所述變換器單元(2)具有多個可操控功率半導體開關， 其中，在運行所述變換器電路(I)期間檢測到出現(xiàn)的電弧并且隨即使所述至少一個相電壓源⑶短路， 其特征在于， 為了檢測電弧，監(jiān)視所述變換器電路(I)的狀態(tài)參量是否在所述狀態(tài)參量的可預設置閾值上，以及 在所述狀態(tài)參量與可預設置閾值有偏差時，如此操控所述變換器單元(2)的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過所述變換器單元(2)的至少一個短路路徑得以構成，以便使所述至少一個相電壓源⑶短路。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述變換器單元(2)的直流電壓側上連接儲能回路(4)并且所述狀態(tài)參量是儲能回路(4)上的電壓，所述狀態(tài)參量的可預設置閾值是儲能回路(4)上電壓的可預設置閾值，并且在所述儲能回路(4)上的電壓未超過可預設置閾值時，則如此操控所述變換器單元(2)的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過所述變換器單元(2)的至少一個短路路徑得以構成，以便使所述至少一個相電壓源⑶短路。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述狀態(tài)參量是所述變換器單元(2)的交流電壓側上在相連接端(A)上的電壓，所述狀態(tài)參量的可預設置閾值是所述變換器單元(2)的交流電壓側上在相連接端(A)上電壓的可預設置閾值，并且在所述變換器單元(2)的交流電壓側上在相連接端(A)上的電壓未超過可預設置閾值時，則如此操控所述變換器單元(2)的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過所述變換器單元(2)的至少一個短路路徑得以構成，以便使所述至少一個相電壓源(3)短路。
4.一種用于消除借助于變換器電路(I)的至少一個相電壓源(3)所驅(qū)動的電弧的方法，其中所述變換器電路具有變換器單元(2)和儲能回路(4)，其中，在所述變換器單元(2)的交流電壓側上連接所述至少一個相電壓源(3)，并且在所述變換器單元(2)的直流電壓側上連接所述儲能回路(4)，并且其中所述變換器單元(2)具有多個可操控功率半導體開關， 其中在運行所述變換器電路(I)期間檢測到出現(xiàn)的電弧并且隨即使所述至少一個相電壓源⑶短路， 其特征在于， 為了檢測電弧，以光學方式監(jiān)視所述變換器電路的周圍是否出現(xiàn)電弧光，以及 在出現(xiàn)電弧光時，如此操控所述變換器單元(2)的這些可操控功率半導體開關中的至少一部分，使得通過所述變換器單元(2)的至少一個短路路徑得以構成，以便使所述至少一個相電壓源⑶短路。
【文檔編號】H02M1/32GK103959622SQ201280059969
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月22日 優(yōu)先權日:2011年12月5日
【發(fā)明者】A.古吉斯伯格, J.?？藰? J.瓦爾斯特伊姆 申請人:Abb技術有限公司