[发明专利]具有分布式制动电阻的变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在驱动和/或高压技术领域将电能转换为热量的装置，该装置具有制动电阻以及至少一个用于控制该转换的可控制动功率半导体。

背景技术

这样的装置例如已经由DE102005040549A1公开。在该文献中描述的装置涉及所谓的多级变换器，其中，功率半导体阀连接在交流电压接线和直流电压接线之间。通过这种方式实现了在正常运行中构成正直流电压接线和负直流电压接线的桥电路。在该正直流电压接线和负直流电压接线之间延伸着由双极子模块组成的串联电路，这些双极子模块分别具有储能器以及功率半导体电路。功率半导体电路和储能器与子模块的双极输出端连接，使得可以产生在储能器上降落的电压或者在每个子模块的双极输出端上的零电压。与子模块的串联电路串联地设置制动电阻。由子模块和制动电阻构成的串联电路通常也称为制动控制器。正直流电压接线和负直流电压接线通过直流电压中间电路与另一变换器连接，该另一变换器例如作为反相换流器运行并且与交流电压网或三相电动机连接。在有故障的情况下，可能导致该反相换流器不能将在直流电压侧提供的有效功率馈入到所连接的交流电压网或三相电动机内。这样的状况例如在三相电动机制动时出现。由此制动电阻用于将在这种情况下出现的过量的有效功率转换为热量。通过这种方式和方法，作为整流器运行的变换器还可以继续作为这样的变换器运行，而不会导致整个装置的完全崩溃。

在图1至4中示例性地示出根据现有技术的其它装置。

图1示出了三个相制动支路1，这些相制动支路在交流电压侧与变换器连接。在此，每个相制动支路1电气地连接到该变换器的交流电压接线。此外，每个相制动支路1都具有机械开关2以及制动电阻3。在相制动支路的背向交流电压接线的端部上，该相制动支路1在共有的星形汇接点4相互关联。作为开关2，例如采用作为这种开关公知的机械功率开关。如果功率开关2被接入，则由交流电压接线的相应相流出的电流通过制动电阻3流向共有的星形汇接点4，其中电能通过该制动电阻被转换为热量。

图2示出了根据图1的实施例，但其中作为开关选择了可控功率半导体阀5，这些可控功率半导体阀相互反向并联连接。功率半导体阀5例如是不可断开的，由此是从外部换流的可控硅阀。

图3示出了根据现有技术的另一个实施例。在此也示出变换器6，该变换器包括形成所谓的六脉冲桥电路的功率半导体阀7。每个功率半导体阀7在交流电压接线8和直流电压接线9或10之间延伸。直流电压接线9和10在该装置运行时具有不同的极性，因此用正符号或负符号表示。在直流电压接线9和10之间延伸的是制动电阻3，该制动电阻在此示意性的以电感11和纯欧姆电阻12的形式示出。制动电阻3设置在变换器6的直流电压侧，其中，未图形地示出与该制动电阻串联设置的用于接通该制动电阻的开关。

图4示出一个实施例，其中由可断开的功率半导体与反向并联的续流二极管组成的串联电路13在直流电压中间电路的正直流电压接线9和负直流电压接线10之间延伸。与该串联电路13串联地连接制动电阻3。

这类装置具有以下缺点：激活制动控制器与将有效功率有效转换为热量之间的持续时间太长，以至于无法可靠地排除变换器上的故障。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，提供本文开头所述类型的装置，该装置在需要情况下使得可以快速和廉价地将有效功率转换为热量。

本发明通过以下方式解决该技术问题，制动电阻具有多个单制动电阻，这些单制动电阻分别是双极子模块的部件，其中这些子模块相互串联以构成子模块串联电路，并且至少部分地具有分别与相关联的单制动电阻并联的储能器以及至少部分地具有制动功率半导体，该制动功率半导体在制动位置上使得电流可以通过分别相关联的单制动电阻流动，并且在正常运行位置上断开通过该单制动电阻的电流流动。

根据本发明，不是像在现有技术中那样设置单个的制动电阻，而是将该制动电阻分布到多个单制动电阻。换句话说制动电阻由多个单电阻构成。在此，这些单电阻是双极子模块的部件，其中这些双极子模块相互串联连接。在此，储能器和该单电阻在它们的尺寸方面被相互配合，使得在标称运行时存储在储能器中的能量能够快速消失。由此借助可控制动功率半导体，使得可以将有效功率快速地转换为热量。在触发制动功率半导体之后，储能器通过作为整流器运行的变换器提供能量，从而在较长的持续时间内也可以将有效功率作为热量输出到环境中。

本发明的装置合适地在驱动技术和/或高压技术领域中，尤其是在电能传输和电能分布领域中采用。“高压”这一概念是指超过1kV的所有电压。