用于运行整流器特别是半控整流桥的设备和用于运行整流器的方法与流程

本发明涉及一种用于运行整流器、特别是半控整流桥的设备和用于运行整流器的方法。

背景技术：

一般已知的是，借助于桥式整流器和在输出侧接通的电容器由三相电网电压可产生直流电压。

技术实现要素：

因此本发明的目的在于，实现充电电流的限制。

按照本发明，该目的在用于运行整流器、特别是半控整流桥的设备中根据在权利要求1中给出的特征实现，而在用于运行整流器的方法中根据在权利要求10中给出的特征实现。

在特别是变流器的整流桥中本发明的重要特征在于，整流器由电网相供电、特别是由三相交流电压网供电，并且整流器在输出侧提供单极电压，其中，整流器具有可控的开关、特别是半导体开关，如晶闸管或诸如此类，其中，由每个相应电网相给一个相应电流源供电，其中，分别产生的电流根据可控的开关单元的状态、特别是根据零电压开关NSS的状态作为驱控信号用于配设给相应电网相的可控开关。

在此优点是，在电流交零或至少接近交零时，开关被控制为导通状态，特别是亦即被点火。因此可实现低损耗。此外可节省高伏特开关并且可省去机械开关。此外可阻止零电压开关的误触发。

在一个有利的设计方案中，相应的电流源由相应的、通过单向整流器/单通道整流器由相应电网相供电的开关S2形成，

-该开关的控制输入端同样也由单向整流器的输出端、特别是单极输出电压供电，只要可控的开关单元的开关S3是打开的；以及

-该通过单向整流器由相应电网相供电的开关的控制输入端可被带到相比于相应的电网相更高的电位、特别是整流器的中间电路上电位、特别是亦即上输出电位上，如果可控的开关单元的开关S3是闭合的，特别是从而没有电流可从电流源之一提供给整流器的可控开关。

在此优点是，电流源是可控的和/或电流源的电流的传送是可阻止的，从而整流器的可控开关不被驱控。

在一个有利的设计方案中，开关S3可根据上级控制装置的信号来驱控，特别是其中，开关S3可根据零电压开关来驱控，特别是其中，零电压开关的状态依赖于整流器的中间电路电压、特别是上输出电位和相应的电网相电压以及上级控制装置的信号。在此优点是，电流源能以简单方式去活和/或关断。

在一个有利的设计方案中，在整流器上在输出侧上设置有电容、特别是中间电路电容器；和/或在整流器上在输出侧上设置有由制动电阻和可控开关特别是制动斩波器形成的串联电路。在此优点是，可导走过多的能量、例如发电产生的能量。

在一个有利的设计方案中，可控的开关单元具有可被驱控部件、特别是零电压开关驱控的开关(S3)，其中，每个相应的开关配设给一个相应的电网相，特别是其中，驱控部件可由上级控制装置借助于驱控信号NSS_OFF来控制，和/或可被驱控的开关可借助于上级控制装置的驱控信号GR_OFF来控制。在此优点是，通过由上级控制装置不提供控制电压，可实现零电压开关的简单释放。而释放的取消必须通过施加控制电压来实现。因此可实现简单的可控性。

在一个有利的设计方案中，电流源分别是可控的，特别是可借助于由上级控制装置提供的控制信号GR_OFF之一来控制。在此优点是，又可确保简单的可控性。

在一个有利的设计方案中，整流器的可控开关、特别是晶闸管分别设置在整流器的每个半桥的上分支中。在此优点是，整流器是可控的并且因此中间电路可仅按照能量要求来充电。此外能实现中间电路电容器的充电电流的限制。

在一个有利的设计方案中，分别使用漏电路中的MOSFET开关作为电流源；和/或使用源电路中的MOSFET开关作为开关单元的可控开关。在此优点是，使用在简单和可控的接线中的开关。

在一个有利的设计方案中，过压保护装置由电网相供电，特别是其中，过压保护装置具有电容和二极管，其中，经由相应二极管可将电流从电网相引导到电容，特别是其中，电容并联连接有电阻。在此优点是，可实现对电压变化的非常快速的反应。特别是在电压快速上升时，借助于过压保护装置可将过量的能量提供给电容并因此可消除电压尖峰。

在用于运行特别是变流器的、特别是具有至少半控制的整流桥的整流器的方法中，重要的特征在于，整流器由电网相供电，特别是由三相交流电压网供电，并且整流器在输出侧提供单极电压，其中，整流器具有可控的开关、特别是半导体开关，如晶闸管或诸如此类，其中，给每个电网相配设至少一个可控开关，其中，整流器在输出侧、特别是亦即在直流电压侧给电容、特别是中间电路电容器供电，其中，由每个相应电网相给一个相应电流源供电，其中，由相应的电流源分别产生的电流根据上级控制装置的信号作为控制电流用于配设给相应电网相的可控开关，其中，在通过上级控制装置释放时，电容由电网相之一以基本上由零开始的上升的电压、特别是电网四分之一周期进行充电。

在此优点是，在交零时中间电路电容器开始充电并且充电电流是可限制的。这是因为仅仅各相之一提供充电电流并且电压的上升跟随电网相电压的上升、亦即在四分之一周期中的正弦形曲线。

在一个有利的设计方案中，如果相应的电网相电压大于整流器的输出电压、即中间电路电压，并且小于比中间电路电压大一预定电压差值(该预定电压差值的大小特别是在80伏特与100伏特之间)的电压值，那么把由电流源产生的电流引导给整流器的可控开关。在此优点是，零电压开关仅可在该电压窗中运行。在此之上将去活电流源，而在此之下没有充电电流流过，这是因为中间电路电压超过电网相电压。

在一个有利的设计方案中，检测在电容上存在的电压、即中间电路电压，并且在超过一特别是在200伏特与300伏特之间的阈值时取消释放，特别是由上级控制装置取消释放，和/或在低于该阈值时允许释放。在此优点是，提高安全性。

在一个有利的设计方案中，检测在电容上存在的电压、即中间电路电压，并且在达到电网相电压的峰值时允许释放，特别是其中，如果中间电路电压位于预定值范围中并且对于预定时间间隔不可确定中间电路电压的继续上升，那么确定达到了峰值。在此优点是，提高安全性，因为打开了零电压开关，并且因此整流器的可控开关在正常运行中工作，亦即与电网相电压有关地由电流源施加控制电流。

在一个有利的设计方案中，在故障情况下、特别是在制动斩波器失效/局部故障(Durchlegieren)时取消释放。在此优点是，提高安全性。

在一个有利的设计方案中，在检测中间电路电压时设有第一延迟时间常数，并且在电流源的驱控路径中、特别是亦即在将释放信号传送给电流源时设有第二延迟时间常数，其中，第一延迟时间常数小于第二延迟时间常数。在此优点是，可阻止在零电压开关提供关断信号之前进行电流源的驱控。

另外的优点由从属权利要求产生。本发明不局限于各权利要求的特征组合。对于本领域内技术人员而言，特别是从任务提出和/或通过与现有技术比较提出的任务中，产生权利要求和/或单个权利要求特征和/或说明书的特征和/或附图的特征的另外有意义的组合可能性。

附图说明

现在根据附图进一步阐明本发明。

图1示意地示出按照本发明的一个实施例，其中三相半控电网整流桥可由驱控装置4控制，该电网整流桥由电网相(L1，L2，L3)供电并且可根据上级控制装置的控制信号运行，其中设有过压保护装置5，该过压保护装置非常快速地对电压变化做出反应；

图2示出另一按照本发明的实施例的具体电路实现；

图3示例性地示出过压保护装置5。

具体实施方式

如图1所示，半控整流桥由三相交流电压网供电，该三相交流电压网具有相线L1、L2和L3。在三个半桥的上分支中在此设置有可控的功率半导体开关、优选晶闸管，并且在下分支中设有二极管。在输出侧将经整流的电压输送给中间电路电容器C1，中间电路电容器有助于电压的平滑化。该输出电压也称为中间电路电压。

由中间电路、亦即由在中间电路电容器C1上存在的电压给在附图中未示出的逆变器供电，该逆变器给电机供电并因此使得电机的转速是可调的。在电机的发电机式运行中，能量从电机经由逆变器引导到该中间电路，亦即引起中间电路电压的上升。

与中间电路电容器C1并联地设置有由可控开关S1(亦即制动斩波器)和制动电阻RB组成的串联电路，从而在中间电路电容器C1上存在的过高的电压可将能量借助于制动电阻RB转变为热。

过压保护装置5具有三个二极管(D3，D4，D5)，它们分别设置在相应的电网相线(L1，L2，L3)与电容器C2之间，其中，如果在电网相线(L1，L2，L3)上存在的电压高于在电容器C2上的电压，那么这三个二极管将电流由电网相线(L1，L2，L3)引导给电容器C2。电容器C2并联连接有放电电阻R4，从而如果在电容器C2上存在的电压超过在电网相线(L1，L2，L3)上存在的电压，那么该电容器以相应的时间常数放电。

通过这种方式可非常快速地消除过压尖峰，其方法是：在出现过压尖峰时将能量导出给电容器C2。过压保护装置5在快速产生的电压变化、如例如通过闪电作用或诸如此类引起的快速电压变化的情况下是特别有利的。

驱控装置4由电网相线(L1，L2，L3)供电并且为半控电网整流桥的可控开关产生驱控信号。驱控装置4包括用作零电压开关的驱控部件1、电流源装置3的电流源和可控的开关单元2。在此给每个电网相配设电流源之一。

为了产生驱控信号，设有电流源装置3，其电流源可借助于由上级控制装置产生的、用于整流器的控制信号GR_OFF关断。

如果借助于控制信号GR_OFF引起电流源装置3的释放，那么由配设给相应电网相线(L1，L2，L3)的电流源分别产生的电流通过可控的开关单元2传导并且用作整流器的相应电网相的可控开关、特别是半导体开关的驱控信号。

可控的开关单元2的设置用于对电流源装置3的各电流源的电流进行传输的可控开关由驱控部件1驱控，该驱控部件可借助于由上级控制装置产生的控制信号NSS_OFF释放或关断。用作零电压开关的驱控部件1与电网相线(L1，L2，L3)连接并且具有比较部件，该比较部件比较中间电路电压与各个相电压，特别是在考虑阈值的情况下进行上述比较。

通过这种方式，按照图1在通过控制信号NSS_OFF释放时，例如在接通包括整流器的设备或包括整流器的电子仪器如变流器等时，如果中间电路电压和相应电网相的电压值的差低于正阈值或零，那么电流源可与可控开关的相配设的控制输入端分离。

然而如果中间电路电压和相应电网相的电压值的差超过正阈值或零，那么电流源与可控开关的控制输入端相连接，其中然而必须存在上级控制装置的释放。

此外由驱控部件1对中间电路电压(亦即在中间电路电容器C1上存在的电压)与一阈值、例如在200伏特与300伏特之间的另一阈值进行比较。如果中间电路电压Uz超过该另一阈值，那么同样中断由电流源的输入。

也就是说，如果在开始时亦即在接通电子仪器时没有信号电压NSS_OFF和GR_OFF存在，那么释放电流源。此时这些电流源亦即由电网相线(L1，L2，L3)供电并且在电网相电压上升时分别给半控电网整流桥的可控开关的输入端提供控制电流。因此可控开关特别是晶闸管与电网相电压有关地点火。在点火之后，中间电路电容器C1由相应的电网相电压在其由零开始上升期间充电。因此限制过高的充电电流和/或充电电流上升。特别是能实现，充电基本上可由仅仅电网相之一在电网四分之一周期内实施。

按照本发明，配设给相应电网相的电流源可借助于低伏特控制信号GR_OFF进行开关，并且电流可经由开关单元2的同样可由低伏特控制信号NSS_OFF控制的开关输入可控开关的控制输入端。中等伏特开关或高伏特开关因此不是必要的。

也就是说，如果释放信号NSS_OFF和GR_OFF由上级控制装置给与，那么可控开关在相应的相电压交零/过零之后被点火。这是因为各个电流源由相应电网相借助于例如单向整流装置、优选通过唯一二极管供电。在故障情况下或在过载时，释放信号GR_OFF是可去除的并且因此中间电路电容器C1的充电是不可实施的。中间电路电容器C1的充电在电网四分之一周期持续时间内可实施。

作为电流源分别可使用漏极电路中的MOSFET。

作为开关单元2的开关分别可使用源极电路中的MOSFET。

在另一按照本发明的实施例中，根据图2实现用于每个电网相(L1，L2，L3)的驱控装置。其余接线相应于上述实施例。

如图2所示，由示例性的电网相L1给单向整流器亦即二极管D1供电。由该单向整流器的输出电压给由可控开关S2(其特别是MOSFET开关)和电阻R3组成的串联电路供电，其中如果相应开关S3是打开的，则由开关S2释放的电流由电网相L1经由二极管D1和所述串联电路提供给整流器的配设给电网相L1的可控开关、特别是晶闸管的控制输入端、特别是栅极/门极。

为了产生用于开关S2的限定的驱控电压，设有齐纳二极管D2。在此所述串联电路并联连接有由齐纳二极管D2和电阻R2组成的另一串联电路。开关S2的控制输入端与该另一串联电路的中间抽头连接。

因此借助于开关S2形成由电网相L1供电的电流源。

此外，设有另一可控开关S3，借助于该另一可控开关可使中间电路电压(亦即受控的整流器的输出电压)的上电位与中间抽头连接，亦即

在功能上，开关S3相应于根据图1的可控的开关单元4的开关，其中整流器的可控开关的点火在开关S3闭合的情况下被阻止，而在开关S3打开的情况下与电网相电压有关地经由可控开关的单向整流器D1变得导通。

开关S3根据上级控制装置的信号NS_OFF和GR_OFF来驱控。

单向整流器仅实施为二极管D1并且不具有平滑电容器。

如在图1中那样，将零电压开关NSS用作可控的开关单元的开关S3的驱控部件1。在此仅当中间电路电压亦即在电容C1上存在的电压大于在电网相L1上存在的电压但是小于一电压上值(该电压上值比中间电路电压大一电压差值、例如一在80伏特与100伏特之间的值)时，配设给电网相L1的开关S3才由零电压开关NSS操作并进而整流器的可控开关如晶闸管的点火才释放，以便点火。

因此，当电网相电压位于在中间电路电压之上的电压窗时，开关S3保持打开。在电压更高的情况下开关S3由零电压开关NSS闭合。

如果电网相电压小于中间电路电压，那么已经自动阻止电流流经该电压源、也即阻止例如电流流经开关S2。

零电压开关NSS也具有用于电压检测的部件，利用该部件检测中间电路电压。在此实现延迟时间常数tau_1。

同样优选地，在开关S2的驱控路径中设有延时部件，该延时部件延迟开关S2的驱控。在此设有延迟时间常数tau_2，其中，该延迟时间常数大于延迟时间常数tau_1。因此阻止：在由零电压开关NSS产生的关断信号作用之前，开关S2的栅极被驱控。时间延迟可借助于RC环节/RC元件实现，从而产生相应的精确限定的延迟时间常数。在图2中，延迟时间常数通过未明确示出的寄生特性引起。在图4中，不同于图2，为了阐明，示出了延迟时间常数tau_2的借助于构件C3(亦即电容C3)的具体实现。延迟时间常数tau_1仅仅象征性/符号性地实现。此外在图4中描绘出用于使用于零电压开关NSS的供电电压稳定的齐纳二极管D6。在驱控路径中齐纳二极管D7确保在整流器的相应可控开关的驱控路径中的最小电压差。

根据图2和根据图4的实施例此外以相同方式设计。

如果识别到中间电路电压已经达到电网电压的峰值，那么上级控制装置恢复零电压开关NSS的释放NSS_OFF。为此监控：所检测到的中间电路电压值是否位于表征峰值的值范围中，并且为了提高可靠性观测：中间电路电压是否不再上升。如果对于合适的时间段不再可观测到上升并且所达到的值位于所述值范围中，那么推断，中间电路电压已经达到交流电压网的峰值。因此于是由上级控制装置给出信号NS_OFF，亦即去激活零电压开关NSS，特别是也即引起开关S3的打开或保持打开。因此于是整流器的可控开关特别是晶闸管与电网相电压有关地被点火，因为电流源特别是开关S2由电网相电压供电和驱控。在该情况下于是整流器以桥式整流器的已知工作方式工作。

如果中间电路电压Uz小于另一阈值、例如在200伏特与300伏特之间的值，那么允许零电压开关NSS的释放，亦即释放零电压开关NSS的开关S3。因此，如果电网相电压位于在中间电路电压之上的由电压差值限定的窗中，那么零电压开关NSS以上述方式工作并且因此引起开关S3的打开。

附图标记列表：

1 驱控部件零电压开关

2 可控的开关单元

3 电流源装置

4 驱控装置

5 过压保护装置

NSS 零电压开关

C1 中间电路电容器

C2 电容器

C2 电容器

D1 二极管

D2 齐纳二极管

D3 二极管

D4 二极管

D5 二极管

D6 齐纳二极管

D7 齐纳二极管

R1 电阻

R2 电阻

R3 电阻

R4 电阻

RB 制动电阻

S1 可控开关，特别是制动斩波器

S2 可控开关

L1 第一电网相

L2 第二电网相

L3 第三电网相

Tau_1 延迟时间常数

Tau_2 延迟时间常数

NSS_OFF 用于零电压开关的控制信号

GR_OFF 用于整流器的控制信号

+Uz 中间电路正电位

-Uz 中间电路负电位