СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЯ ТОКА, ИМЕЮЩЕГО СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ, ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОНТУРЕ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к устройству для преобразования частоты переменного тока с, по меньшей мере, одним фазным модулем, который имеет вывод переменного напряжения, и, по меньшей мере, один связанный с промежуточным контуром постоянного напряжения вывод постоянного напряжения, и с, по меньшей мере, одним накопителем энергии, причем между каждым выводом постоянного напряжения и каждым выводом переменного напряжения образована ветвь фазного модуля, и причем каждая ветвь фазного модуля имеет последовательное соединение из подмодулей, которое имеет, по меньшей мере, один силовой полупроводниковый прибор, причем предусмотрены полупроводниковые средства защиты в параллельном соединении с одним из силовых полупроводниковых приборов каждого подмодуля, и управляющий блок для управления полупроводниковыми средствами защиты, и накопитель(и) энергии предусмотрен(ы) для энергопитания управляющего блока.

Изобретение также относится к способу для ограничения повреждения выпрямителя тока, имеющего отвод мощности, который через пораженный коротким замыканием промежуточный контур постоянного напряжения соединен с, по меньшей мере, одним другим выпрямителем тока или, по меньшей мере, одной электрической машиной.

Устройство подобного типа известно из DE 19323220 А1. Там раскрыт так называемый многоотводный выпрямитель тока для подключения к питающей энергией трехфазной сети энергоснабжения. Известный выпрямитель тока содержит фазные модули, число которых соответствует числу подключаемых фаз сети энергоснабжения. Каждый фазный модуль содержит вывод переменного напряжения и два вывода постоянного напряжения, причем выводы постоянного напряжения фазных модулей подключены к промежуточному контуру постоянного напряжения. Между каждым выводом переменного напряжения и каждым выводом постоянного напряжения проходят тракты фазных модулей, причем каждый тракт фазного модуля состоит из последовательного включения подмодулей. Каждый подмодуль имеет собственный накопитель энергии, который включен параллельно силовой полупроводниковой переключающей схеме. Силовая полупроводниковая переключающая схема имеет отключаемые силовые полупроводниковые приборы, такие как IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) GTO (приборы с коммутируемым затвором) и т.п., антипараллельно которым, соответственно, включен безынерционный диод. Если в контуре постоянного напряжения имеет место короткое замыкание, то происходит разряд накопителей энергии соответствующего подмодуля. Чтобы избежать повреждения силовых полупроводниковых приборов подмодулей, каждому силовому полупроводниковому прибору, которому угрожает короткое замыкание в контуре постоянного напряжения, параллельно включено полупроводниковое средство защиты, например тиристор, который при коротком замыкании поджигается (активируется) и затем пропускает большую часть тока короткого замыкания. Недостатком этого известного решения является то, что блок зажигания, который активирует тиристор, снабжается энергией посредством накопителя энергии подмодуля. Это, правда, делает ненужным отдельное энергоснабжение блоков зажигания. Однако при соединении выпрямителя тока с трехфазной сетью переменного тока накопители энергии подмодулей еще не заряжены, так что поджиг тиристоров невозможен. При подключении сети энергоснабжения, таким образом, повреждение силовых полупроводниковых приборов известного выпрямителя тока нельзя исключить, если в контуре постоянного напряжения имеет место короткое замыкание.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создать устройство и способ вышеназванного типа, в которых надежным образом предотвращается повреждение вследствие короткого замыкания со стороны постоянного напряжения и при подключении сети энергоснабжения.

Изобретение решает эту задачу исходя из вышеописанного устройства за счет того, что, по меньшей мере, один вывод постоянного напряжения каждого фазного модуля через переключатель постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром постоянного напряжения.

Изобретение решает эту задачу, кроме того, посредством способа для ограничения повреждения выпрямителя тока, имеющего силовые полупроводниковые приборы, который через пораженный коротким замыканием промежуточный контур постоянного напряжения соединен с другими выпрямителями тока или иными электрическими машинами, при котором блок управления снабжается энергией от накопителя энергии выпрямителя тока или промежуточного контура постоянного напряжения, блок управления устанавливает наличие короткого замыкания и затем управляет, по меньшей мере, одним включенным параллельно силовому полупроводниковому прибору полупроводниковым средством защиты, так что ток короткого замыкания протекает как через полупроводниковое средство защиты, так и включенный параллельно ему силовой полупроводниковый прибор, причем каждый накопитель энергии перед соединением выпрямителя тока с промежуточным контуром постоянного напряжения заряжается.

В соответствии с изобретением каждый накопитель энергии устройства перед включением или подключением сети переменного напряжения сначала заряжается и только после заряда накопитель энергии соединяется с промежуточным контуром постоянного напряжения.

Для предотвращения протекания тока в случае короткого замыкания соответствующее изобретению устройство имеет переключатель постоянного напряжения, через который, по меньшей мере, один вывод постоянного тока каждого фазного модуля соединен с контуром постоянного напряжения. Переключатель постоянного напряжения имеет положение размыкания, которое препятствует протеканию тока через переключатель постоянного напряжения, и положение контакта, которое разрешает протекание тока через переключатель постоянного напряжения. Если переключатель постоянного напряжения находится в своем положении размыкания, то тем самым каждый накопитель энергии промежуточного контура постоянного напряжения или каждый накопитель энергии каждого подмодуля может сначала заряжаться. После заряда накопителя энергии сеть переменного напряжения вновь отсоединяется от выпрямителя тока. Только потом за счет перевода переключателя постоянного напряжения в его положение контакта происходит подключение к промежуточному контуру постоянного напряжения, причем в случае короткого замыкания в промежуточном контуре постоянного напряжения и после подключения вновь сети переменного напряжения заряженные накопители энергии предоставляют энергию, необходимую для поджига одного или более полупроводниковых средств защиты. Переключатель постоянного напряжения предпочтительным образом является механическим разъединителем.

Предпочтительным образом каждый вывод переменного напряжения через переключатель переменного напряжения связан с сетью энергоснабжения. Посредством переключателя переменного напряжения обеспечивается возможность особенно простого подключения сети энергоснабжения, причем переключатель переменного напряжения также имеет два положения переключения, а именно: положение размыкания и положение контакта. За счет перевода переключателя переменного напряжения из его положения размыкания в его положение контакта сеть энергоснабжения связывается с выпрямителем тока, так что при разомкнутом переключателе постоянного напряжения один или более накопителей энергии заряжаются. Переключатель переменного напряжения предпочтительным образом является механическим силовым переключателем.

Предпочтительным образом полупроводниковые средства защиты содержат, по меньшей мере, один тиристор. Тиристоры доступны экономичным образом и демонстрируют достаточно высокую прочность по отношению к ударному току, так что соответствующий тиристор и при быстро нарастающих и высоких токах короткого замыкания, которые возникают при включении сети переменного напряжения на короткое замыкание в контуре постоянного напряжения, до повторного размыкания переключателя переменного напряжения посредством возникающего тока короткого замыкания не разрушается.

Целесообразным способом каждый подмодуль содержит отключенный силовой полупроводниковый прибор с противоположно ему включенным безынерционным диодом, причем каждый накопитель энергии размещен в промежуточном контуре постоянного напряжения. Выпрямители тока с таким центральным накопителем энергии используются в области передачи и распределения энергии. В центральном накопителе энергии, однако, как правило, накапливается большое количество энергии, которое в упомянутом случае короткого замыкания высвобождается. Размещение или монтаж центрального накопителя энергии относительно переключателя постоянного напряжения в рамках изобретения предусматривается таким образом, что заряд или разряд накопителя энергии возможен и при разомкнутом переключателе постоянного напряжения. Поэтому переключатель постоянного напряжения, при рассмотрении от выводов постоянного напряжения фазных модулей, является включенным после выходной клеммы накопителя энергии. Иными словами, центральный накопитель энергии включен между выводами постоянного напряжения фазных модулей и переключателем постоянного напряжения параллельно фазным модулям в промежуточный контур постоянного напряжения.

В отличие от этого каждый подмодуль имеет накопитель энергии и параллельно накопителю энергии включенную силовую полупроводниковую схему. Такое устройство также определяется как так называемый многоуровневый выпрямитель тока, так как вместо центрального большого накопителя энергии предусмотрено несколько меньших, включенных последовательно друг другу накопителей энергии, которые включены, соответственно, параллельно силовой полупроводниковой схеме.

Согласно целесообразному дальнейшему развитию этого варианта силовая полупроводниковая схема представляет собой полномостовую схему. С помощью полномостовой схемы можно на обе клеммы подключения биполярных подмодулей, которые включены последовательно, приложить конденсаторное напряжение, так называемое нуль-напряжение, или инвертированное конденсаторное напряжение.

В отличие от этого силовая полупроводниковая схема содержит два последовательно включенных отключаемых мощных полупроводниковых прибора, к которым параллельно подключен в обратном направлении соответствующий безынерционный диод. Такая силовая полупроводниковая схема также определяется как так называемая схема Марквадта, которая раскрыта в DE 10103031 и которая посредством этой ссылки должна быть включена в настоящее раскрытие. В противоположность полномостовой схеме силовая полупроводниковая схема согласно схеме Марквардта имеет только два последовательно включенных силовых полупроводниковых прибора, которые таким образом соединены с накопителем энергии соответствующего подмодуля, что либо напряжение, падающее на накопителе энергии соответствующего подмодуля, падает на обеих соединительных клеммах подмодуля, либо нуль-напряжение. Инвертирование падающего на накопителе энергии напряжения на клеммах подмодуля в случае схемы Марквадта невозможно. Однако схема Марквадта является более экономичной, чем полномостовая схема.

Согласно целесообразному дальнейшему развитию соответствующего изобретению способа каждый силовой полупроводниковый прибор посредством переключателя постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром постоянного напряжения. Таким способом с помощью механических силовых переключателей, разъединителей и т.п. или также с помощью электронных переключателей с силовыми полупроводниковыми приборами, например тиристорами, IGBT и т.п., возможно промежуточный контур постоянного напряжения отсоединить от выпрямителя тока. При этом существенно, что все накопители энергии соединены с промежуточным контуром постоянного напряжения.

Предпочтительным образом выпрямитель тока, накопитель энергии и переключатель постоянного напряжения размещены в общем корпусе.

Целесообразно, если каждый переключатель постоянного напряжения размыкается перед соединением выпрямителя тока с сетью энергоснабжения. При разомкнутом переключателе постоянного напряжения накопители энергии могут заряжаться, чтобы обеспечить энергию, необходимую для поджига полупроводниковых средств защиты.

Предпочтительным образом выпрямитель тока соединен с сетью энергоснабжения посредством переключателя переменного напряжения. Как уже было пояснено, этот вариант осуществления изобретения обеспечивает максимально возможную гибкость при заряде накопителей энергии, причем одновременно обеспечивается экономичное решение с помощью механического переключателя. Однако и здесь вместо механического переключателя может быть предусмотрен электронный переключатель с силовыми полупроводниковыми приборами.

Целесообразно, если для соединения выпрямителя тока с промежуточным контуром постоянного напряжения сначала все переключатели переменного напряжения и все переключатели постоянного напряжения разомкнуты, затем для заряда накопителей энергии переключатель переменного напряжения замыкается, затем каждый переключатель переменного напряжения после заряда накопителей энергии размыкается, причем переключатель постоянного напряжения для соединения выпрямителя тока с промежуточным контуром постоянного напряжения замыкается и, наконец, каждый переключатель переменного напряжения для соединения выпрямителя тока с сетью переменного напряжения замыкается, если перед этим не могло быть обнаружено короткое замыкание по постоянному току (DC). На основе этой простой последовательности коммутации обеспечивается возможность экономичным образом заряжать накопители энергии устройства, прежде чем высокий ток короткого замыкания вследствие короткого замыкания в промежуточном контуре постоянного напряжения, под воздействием сети переменного напряжения, протечет через силовые полупроводниковые приборы устройства, так что обеспечивается необходимая энергия, чтобы управлять полупроводниковыми средствами защиты.

Другие предпочтительные варианты выполнения и преимущества изобретения поясняются в последующем описании примеров выполнения со ссылками на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаково действующие компоненты и на которых показано следующее:

Фиг.1 представляет устройство согласно уровню техники,

Фиг.2 - другое устройство согласно уровню техники,

Фиг.3 - пример выполнения соответствующего изобретению устройства,

Фиг.4 - другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства,

Фиг.5 - устройство по фиг.3 в другом положении переключения,

Фиг.6 - устройство по фиг.4 в другом положении переключения,

Фиг.7 - устройство по фиг.3 и 5 в другом положении переключения,

Фиг.8 - устройство по фиг.4 и 6 в другом положении переключения,

Фиг.9 - устройство по фиг.4, 6 и 8 в другом положении переключения.

Фиг.1 показывает устройство согласно уровню техники. Известное устройство 1 содержит выпрямитель 2 тока, который состоит из трех фазных модулей 3а, 3b и 3с. Каждый фазный модуль 3а, 3b и 3с содержит вывод 3₁, 3₂ или 3₃ переменного напряжения и два вывода постоянного напряжения, которые обозначены соответственно как р и n. Выводы постоянного напряжения р и соответственно n образуют полюса промежуточного контура 4 постоянного напряжения, причем центральный конденсатор 5 находится между обоими полюсами р и n в параллельном включении. Между каждым из выводов 3₁, 3₂ или 3₃ переменного напряжения и каждым выводом р или n постоянного напряжения фазного модуля 3а, 3b и 3с проходят ветви 6ар, 6bp, 6cp или 6an, 6bn и 6cn фазных модулей. Каждая из этих ветвей фазных модулей составлена из последовательного включения подмодулей 7, которые выполнены идентичным образом. Каждый подмодуль 7 в примере выполнения по фиг.1 содержит отключаемый силовой полупроводниковый прибор 8, например, IGBT, GTO и т.п., а также противоположно параллельно ему включенный безынерционный диод 9. Кроме того, управляемый в случае короткого замыкания тиристор 10 включен в одинаковом направлении параллельно безынерционному диоду. Если в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения имеет место короткое замыкание, то это приводит к появлению показанного пунктирными линиями тока короткого замыкания. Можно видеть, что ток короткого замыкания подается от схематично показанной сети 11 энергоснабжения через трансформатор 12 для соединения соответствующего изобретению устройства 1 с сетью 11 энергоснабжения. При этом в показанном примере выполнения ток короткого замыкания протекает через безынерционные диоды 9 подмодулей, а также через включенные параллельно безынерционным диодам 9 полупроводниковые средства 10 защиты, то есть сработавший тиристор. Для поджига тиристора, однако, нужна энергия поджига, которая обеспечивается центральным конденсатором 5. Центральный конденсатор 5 заряжается от сети 11 энергоснабжения. Если уже при первом подключении сети 11 энергоснабжения происходит короткое замыкание в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения, то тиристор 10 не может, как показано на фиг.1, быть переведен в свое положение пропускания, так что возникающий ток короткого замыкания распределяется как на безынерционный диод 9, так и на тиристор 10. Более того, только безынерционный диод 9 переносит тогда ток короткого замыкания, так что это может привести к разрушению подмодуля 7 и, возможно, всего выпрямителя 2 тока.

Фиг.2 показывает устройство 1 согласно уровню техники, причем выпрямитель 2 тока выполнен как так называемый многоуровневый выпрямитель тока. В противоположность устройству по фиг.1 устройство по фиг.2 больше не содержит центрального накопителя энергии в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения. Напротив, каждый подмодуль 7 содержит собственный накопитель 13 энергии в форме однополярного конденсатора. Конденсатор 13 включен параллельно силовой полупроводниковой схеме 14, которая в этом случае состоит из двух последовательно включенных отключаемых силовых полупроводниковых приборов 8, например, IGBT, GTO и т.п. Параллельно каждому из этих отключаемых силовых полупроводниковых приборов 8 включен в обратном направлении безынерционный диод 9. Если в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения имеет место короткое замыкание, то протекает запитываемый из сети 11 энергоснабжения ток короткого замыкания, путь которого на фиг.2 показан пунктирными линиями. Можно видеть, что ток короткого замыкания протекает через безынерционные диоды 9 силовой полупроводниковой схемы. Только параллельно этому безынерционному диоду 9 включено полупроводниковое защитное средство в форме тиристора 10. За счет поджига тиристора 10 ток короткого замыкания протекает как через тиристор 10, так и через упомянутый безынерционный диод 9, причем тиристор 10 и безынерционный диод 9 рассчитаны таким образом, что они должны обеспечивать достаточно высокую токонесущую способность, чтобы выдержать соответствующие токи короткого замыкания. Недостатком, однако, здесь является то, что не показанная на чертеже электроника поджига от конденсатора 13 каждого подмодуля 7 снабжается энергией для поджига тиристора 10. Однако перед подключением сети 11 энергоснабжения конденсатор 13 еще не заряжен, так что во время подключения сети 11 энергоснабжения тиристор 10 не может запускаться. Поэтому, если при подключении сети 11 энергоснабжения в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения имеет место короткое замыкание, то оно протекает только через один из безынерционных диодов 9 подмодуля 7, так что это может привести к разрушению этого безынерционного диода 9. Однако последний, как правило, скомпонован вместе с отключаемым силовым полупроводниковым прибором 8 в один конструктивный компонент, так что это приводит к разрушению всей силовой полупроводниковой схемы 14.

Фиг.3 показывает соответствующее изобретению устройство 14, которое построено соответственно фиг.1, причем каждый подмодуль 7 состоит из отключаемого силового полупроводникового прибора 8 и параллельно ему включенного в противоположном направлении безынерционного диода 9. Параллельно каждому безынерционному диоду 9 включен в одинаковом направлении тиристор 10. Промежуточный контур 4 постоянного напряжения вновь имеет центральный конденсатор 5 между положительным полюсом р и отрицательным полюсом n промежуточного контура 4 постоянного напряжения. В противоположность известному устройству по фиг.1 соответствующий изобретению пример выполнения согласно фиг.3 содержит переключатель постоянного напряжения, а также переключатель 16 переменного напряжения, который размещен между сетью 11 энергоснабжения и трансформатором 12. Существенным также является то, что соединительная клемма конденсатора 5, соединенная с положительным полюсом р промежуточного контура 4 постоянного напряжения, размещена между выводами р постоянного напряжения фазных модулей 3а, 3b и 3с и переключателем 15 постоянного напряжения. Переключатель 15 постоянного напряжения, конденсатор 5 и фазные модули 3а, 3b и 3с размещены в вентильном отсеке 17, что является обычным при проектировании так называемой установки передачи постоянного тока высокого напряжения.

На фиг.3 переключатель 15 постоянного напряжения находится в своем положении размыкания, в котором предотвращено протекание тока через переключатель 15 постоянного напряжения. Напротив, переключатель 16 переменного напряжения находится в своем положении контакта, так что сеть 11 энергоснабжения электрически соединена с размещенным в вентильном отсеке выпрямителем 2 тока. Однако за счет разомкнутого переключателя 15 постоянного напряжения предотвращается протекание тока через промежуточный контур 4 постоянного напряжения, в котором имеет место короткое замыкание. Однако центральный конденсатор 5 может при подключенной сети 11 энергоснабжения заряжаться. Путь тока для заряда конденсатора 5 на фиг.3 показан пунктирными линиями. Можно видеть, что ток заряда протекает через безынерционные диоды 9 подмодулей 7.

Фиг.4 также показывает так называемый многоуровневый выпрямитель тока, который соответствует по своей структуре выпрямителю тока по фиг.2. Соответствующий изобретению пример выполнения содержит, однако, переключатель 15 постоянного напряжения, через который выводы р постоянного напряжения фазных модулей 3а, 3b и 3с соединены с промежуточным контуром 4 постоянного напряжения. Помимо этого, сеть 11 энергоснабжения вновь через переключатель 16 переменного напряжения соединена с трансформатором и, тем самым, с выпрямителем 2 тока. Как на фиг.3, переключатель 15 постоянного напряжения находится в своем положении размыкания, причем переключатель 16 переменного напряжения также находится в своем положении контакта. Как на фиг.3 и в случае многоуровневого выпрямителя 14 тока согласно фиг.4, при этом положении переключателя происходит заряд конденсатора 13 каждого подмодуля 7, причем путь тока заряда вновь показан пунктирными линиями. Можно видеть, что ток заряда протекает через те безынерционные диоды 9, параллельно которым не включен тиристор 10.

Фиг.5 показывает устройство по фиг.3, причем переключатель 16 переменного напряжения переведен в свое положение размыкания. Это происходит, например, тогда, когда конденсатор 5 настолько заряжен энергией, что поджиг тиристора 10 возможен и в случае неисправности, то есть при коротком замыкании в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения.

Фиг.6 показывает пример выполнения по фиг.2, причем также переключатель 16 переменного напряжения переведен в свое положение размыкания. И здесь переключатель 16 переменного напряжения тока переводится в свое положение размыкания, только когда конденсаторы подмодулей 7 заряжены в достаточной степени, чтобы иметь возможность активировать соответствующий тиристор 10 в качестве полупроводникового средства защиты.

Фиг.7 показывает устройство по фиг.5, причем переключатель 15 постоянного напряжения переведен в свое положение контакта. На основе короткого замыкания в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения параллельно включенный в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения центральный конденсатор 5 разряжается. При этом вновь протекают высокие токи короткого замыкания, которые на основе подходящего измерения тока позволяют сделать вывод о коротком замыкании в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения. Иными словами, короткое замыкание в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения, ввиду высоких токов разряда конденсатора 5, распознается, так что могут быть приняты соответствующие меры.

При многоуровневой топологии согласно фиг.8, при том же положении переключения, что и на фиг.7, то есть при замкнутом переключателе 15 постоянного напряжения и при разомкнутом переключателе 16 переменного напряжения, не происходит разряда конденсаторов 13, так как безынерционные диоды 9 подмодулей 7 препятствуют их разряду.

Фиг.9 показывает пример выполнения согласно фиг.8, причем переключатель 16 переменного напряжения переведен в свое положение контакта. Ввиду короткого замыкания в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения протекает вводимый из сети 11 энергоснабжения ток короткого замыкания, который в течение нескольких микросекунд распознается электроникой контроля или иным устройством контроля, которое затем активирует тиристор 10. При этом необходимая энергия поджига предоставляется от заряженных перед этим конденсаторов 13 подмодулей 7. Ток короткого замыкания, который на фиг.10 вновь показан пунктирными линиями, проходит, таким образом, через безынерционный диод 9 и одновременно через параллельно включенный тиристор 10. Тиристор 10 имеет достаточно высокую стойкость по отношению к импульсам тока, чтобы выдержать большой импульс тока (di/dt). Также токонесущая способность безынерционного диода 9 и параллельно включенного тиристора 10 настолько высока, что ожидаемые токи короткого замыкания не приводят к разрушению силового полупроводникового прибора.

Далее описан пример выполнения способа, соответствующего изобретению. Сначала все устройство 1 отсоединено от сети 11 энергоснабжения. Как переключатель 16 переменного напряжения, так и переключатель 15 постоянного напряжения переведены в свои положения размыкания. При разомкнутом переключателе 15 постоянного напряжения переключатель 16 переменного напряжения замыкается. Возможное короткое замыкание в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения не приводит, ввиду разомкнутого переключателя 15 постоянного напряжения, к току короткого замыкания, вводимому из сети 11 энергоснабжения в выпрямитель 2 тока. Однако на основе замкнутого переключателя 16 переменного напряжения накопители энергии в выпрямителе тока или в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения заряжаются от сети 11 энергоснабжения. Тем самым возможно управление полупроводниковыми средствами защиты, то есть тиристорами 10, в течение определенного интервала времени. Этот интервал времени на практике находится в диапазоне минут, так как разряд конденсаторов определяется соответствующей постоянной времени. После заряда накопителей энергии 5, 13 через сеть 11 энергоснабжения переключатель 16 переменного напряжения размыкается и выпрямитель тока тем самым отсоединяется от сети 11 энергоснабжения. При заряженных накопителях энергии 5, 13 и разомкнутом переключателе 16 переменного напряжения переключатель 15 постоянного напряжения замыкается. В случае короткого замыкания при центральном конденсаторе 5 промежуточного контура этот конденсатор разряжается через переключатель 15 постоянного напряжения, благодаря чему может распознаваться неисправность. Ввиду высоких токов разряда переключатель 15 постоянного напряжения, если он предпочтительно выполнен как разъединитель, повреждается или разрушается. При многоуровневой топологии выпрямителя тока с емкостями, распределенными по подмодулям 7, при подключении промежуточного контура 4 постоянного напряжения заряд на конденсаторах сохраняется, так как безынерционные диоды 9 не допускают разряда. Переключатель 15 постоянного напряжения, таким образом, выполняет коммутацию не под напряжением и в обесточенном состоянии, так что исключается повреждение переключателя 15 постоянного напряжения. Наконец, переключатель 16 переменного напряжения замыкается. При возникновении короткого замыкания в промежуточном контуре 4 постоянного напряжения вводимые из сети 11 энергоснабжения токи короткого замыкания протекают через подмодуль 7. Эти токи с помощью соответствующего измерения тока быстро, в диапазоне микросекунд, определяются, после чего сигнал поджига для активации полупроводниковых средств защиты, то есть тиристоров 10, прерывается. За счет предварительно заряженных накопителей энергии 5, 13 может производиться управление поджигом тиристоров 10 и, тем самым, защищаются параллельные силовые полупроводниковые приборы 8, 9.

Переключатель 15 постоянного напряжения предпочтительным образом представляет собой разъединитель. Переключатель 16 переменного напряжения представляет собой, однако, силовой переключатель. Силовые переключатели могут, таким образом, и при токах, вызванных напряжением, переводиться в их положение размыкания, причем возникающая электрическая дуга гасится. Иными словами, силовые переключатели могут эффективно коммутировать и большие мощности. Разъединители, напротив, предусмотрены для обесточенного размыкания, при этом исключается электрическая дуга. Поэтому размыкатели могут быть обеспечены существенно более экономичным образом.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности защиты от короткого замыкания со стороны постоянного напряжения. Устройство содержит выпрямитель (1) с, по меньшей мере, одним фазным модулем (3а, 3b, 3с) с выводом (3₁, 3₂, 3₃) переменного напряжения и, по меньшей мере, один связанный с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения вывод (p, n), и с, по меньшей мере, одним накопителем (5, 13) энергии, причем между каждым выводом (p, n) и каждым выводом (3₁, 3₂, 3₃) образована ветвь (6ap, 6bp, 6ср, 6an, 6bn, 6cn) фазного модуля, и причем каждая ветвь (6ap, 6bp, 6ср, 6an, 6bn, 6cn) имеет последовательное соединение из подмодулей (7), которое имеет, по меньшей мере, один силовой полупроводниковый прибор (8, 9), полупроводниковые средства (10) защиты в параллельном соединении с каждым из силовых полупроводниковых приборов (8, 9), блок, управляющий средствами (10) защиты, и накопитель(и) (5, 13) энергии, при подключении к сети энергоснабжения, по меньшей мере, один вывод (p) постоянного напряжения каждого фазного модуля (3а, 3b, 3c) через переключатель (15) постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство (1) для преобразования частоты переменного тока с, по меньшей мере, одним фазным модулем (3а, 3b, 3c), который имеет вывод (3₁, 3₂, 3₃) переменного напряжения и, по меньшей мере, один связанный с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения вывод (p, n) постоянного напряжения, и с, по меньшей мере, одним накопителем (5, 13) энергии, причем между каждым выводом (p, n) постоянного напряжения и каждым выводом (3₁, 3₂, 3₃) переменного напряжения образована ветвь (6ap, 6bp, 6cp, 6an, 6bn, 6cn) фазного модуля, и причем каждая ветвь (6ap, 6bp, 6cp, 6an, 6bn, 6cn) фазного модуля имеет последовательное соединение из подмодулей (7), которое имеет, по меньшей мере, один силовой полупроводниковый прибор (8, 9), причем предусмотрены полупроводниковые средства (10) защиты в параллельном соединении с каждым из силовых полупроводниковых приборов (8, 9) каждого подмодуля (7) и управляющий блок для управления полупроводниковыми средствами (10) защиты, и накопитель(и) (5, 13) энергии приспособлен(ы) для энергопитания управляющего блока, отличающееся тем, что по меньшей мере, один вывод (p) постоянного напряжения каждого фазного модуля (3а, 3b, 3c) через переключатель (15) постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения, причем переключатель (15) постоянного напряжения является разъединителем.

2. Устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что каждый вывод (3₁, 3₂, 3₃) переменного напряжения через переключатель (16) переменного напряжения может соединяться с сетью (11) энергоснабжения.

3. Устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковые средства защиты содержат, по меньшей мере, один тиристор (10).

4. Устройство (1) по п.3, отличающееся тем, что каждый подмодуль (7) содержит отключаемый силовой полупроводниковый прибор (8) с противоположно ему включенным безынерционным диодом (9), причем каждый накопитель (5) энергии размещен в промежуточном контуре (4) постоянного напряжения.

5. Устройство (1) по п.3, отличающееся тем, что каждый подмодуль (7) имеет накопитель (13) энергии и включенную параллельно накопителю энергии (13) силовую полупроводниковую схему (14).

6. Устройство (1) по п.5, отличающееся тем, что силовая полупроводниковая схема представляет собой полномостовую схему.

7. Устройство (5) по п.5, отличающееся тем, что силовая полупроводниковая схема (14) содержит два последовательно включенных отключаемых силовых полупроводниковых прибора (8), к которым параллельно подключен в обратном направлении соответствующий безынерционный диод (9).

8. Способ для ограничения повреждения выпрямителя (2) тока, имеющего силовой полупроводниковый прибор (8, 9), который через пораженный коротким замыканием промежуточный контур (4) постоянного напряжения соединен с, по меньшей мере, одним выпрямителем (2) тока или, по меньшей мере, одной машиной, при котором блок управления снабжается энергией от накопителя (5, 13) энергии выпрямителя (2) тока или промежуточного контура (4) постоянного напряжения, блок управления устанавливает наличие короткого замыкания и затем управляет, по меньшей мере, одним включенным параллельно силовому полупроводниковому прибору (8, 9) полупроводниковым средством (10) защиты, так что ток короткого замыкания протекает как через полупроводниковое средство (10) защиты, так и включенный параллельно ему силовой полупроводниковый прибор (8, 9), причем каждый накопитель (5, 13) энергии заряжается перед соединением выпрямителя (2) тока с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения, при этом каждый силовой полупроводниковый прибор (8, 9) посредством переключателя (15) постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения и каждый переключатель (15) постоянного напряжения размыкается перед соединением выпрямителя (2) тока с сетью (11) энергоснабжения.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что выпрямитель (2) тока соединен с сетью (11) энергоснабжения посредством переключателя (16) переменного напряжения.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для соединения выпрямителя (2) тока с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения сначала все переключатели (16) постоянного напряжения и все переключатели (15) переменного напряжения размыкаются, затем для заряда накопителя(ей) (5, 13) энергии переключатель (16) переменного напряжения замыкается, каждый переключатель (16) переменного напряжения после заряда накопителей (5, 13) энергии размыкается, переключатель (15) постоянного напряжения для соединения выпрямителя (2) тока с промежуточным контуром (4) постоянного напряжения замыкается и, наконец, каждый переключатель переменного напряжения для соединения выпрямителя (2) тока с сетью (11) энергоснабжения замыкается, если перед этим не могло быть обнаружено короткое замыкание по постоянному току (DC).