三点式整流器制造技术

提出一种三点式整流器(1)，其具有有源的钳位开关，三点式整流器具有至少一个连接到直流电压电路(2)中的半桥电路(5)。该半桥电路或者每个半桥电流(5)都具有串联的高电位侧的输入半桥(20)和低电位侧的输入半桥(21)。半桥电路还具有连接在输入侧半桥(20，21)的中间抽头(25，31)之间的输出半桥(22)。在此，在输出半桥(22)的内部的以及在三个半桥(20-22)之间的总电感(Lg)这样地设定规格，即在半桥电路(5)的任意的功率半导体(23，24，26，27，29，30，32，33，35，36，38，39)失效时，在形成于半桥电路(5)的三个半桥(20-22)之间的短路电路上的短路能够通过在该短路电路中的功能正常的功率半导体(23，24，26，27，29，30，32，33，35，36，38，39)安全地切断。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种三点式整流器。电子电路被称作三点式整流器，该电子电路借助功率半导体(尤其是半导体开关和/或二极管)将供应的输入电压转换成输出电压，其中该输出电压在静态的情况中-尤其是在每个单个的时间点-能够接收三个分离的值(或者电位水平)，例如该值与输入电压相关地为“0”，“ 1/2”以及“ 1 ”。三点式整流器尤其是一种三点式逆变器，其将输入侧的供给的直流电压转换成输出到负载电路中的交流电压。本专利技术在此尤其涉及一种三点式整流器，其设计用于例如在风力发电站或者乳钢车间的百万瓦特范围(例如从1MW-20MW)的应用中。
技术介绍
在这样的三点式整流器中，简单故障(也就是整流器的单个功率半导体的失效)导致了另外的功率半导体作为跟随故障而失效。在此，尤其是相应的功率半导体的截止拒绝被称为失效，其中，功率半导体持续地(即也许在取决于结构的截止方向上)电导通。多个功率半导体的失效能导致在整流器内部的低电感短路电路或者导致所连接的负载的多极短路。在此出现的短路电流能够导致在作为负载连接到整流器处的电机中的高的冲击力矩。在此，对于短路的情况而预期的冲击力矩可以对于连接的电机的机械系统来说是设计上重要相关的并因此要求该电机的机械系统的超规格设计。此外，在短路的情况中的冲击电流导致在负载侧的短路电路中的二极管的巨大的负载，在完全横向点火器的情况中甚至是所有的、连接在同一直流电压电路处的二极管。为了保护二极管防止由于冲击电流引起的损毁，经常在交流侧为整流器前置连接一个扼流圈。该扼流圈极大地导致过高的成本、过大的重量和需要过大的空间。此外，该扼流圈也引起升高的损失和降低的输出电压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，鉴于上述的问题提出一种改进的三点式整流器。该目的根据本专利技术通过权利要求1的特征实现。本专利技术的有利的和部分地单独观察的根据本专利技术的设计方案变体和改进方案在从属权利要求和接下来的描述中给出。根据本专利技术的三点式整流器具有输入侧的直流电压电路，其包括高电位母线和低电位母线。直流电压电路尤其可以是直流电压中间电路，其在变流器的内部中间连接整流器部段和逆变器部段。此外，三点式整流器包括至少一个半桥电路，其连接在高电位母线和低电位母线之间。优选的是，三点式整流器包括多个(尤其是三个)半桥电路，其彼此并联地连接在高电位母线和低电位母线之间。半桥电路接下来也称为整流器相。三点式整流器设计成具有有源钳位开关的三点式整流器(Active-Neutral PointClamped Converter)，如其例如由DE 101 40 747 A1所公开的那样。一个或者每个半桥电路为此(相应地)由三个半桥形成，也就是由-高电位侧的(输入)半桥，-低电位侧的(输入)半桥，以及-(输出)半桥构成。两个输入半桥串联地连接在直流电压电路的高电位母线和低电位母线之间。输出半桥相反在输入侧连接在高电位侧的输入半桥的中间抽头和低电位侧的输入半桥的中间抽头之间。输出半桥的中间抽头形成相接线端或者与这种相接线端连接，负载电路符合规定地连接到相接线端处。高电位侧的输入半桥的中间抽头接下来也被称为“第一中间抽头”。低电位侧的输入半桥的中间抽头接下来也被称为“第二中间抽头”。输出半桥的中间抽头接下来也被称为“第三中间抽头”。三个中间抽头中的每一个都相应地布置在两个功率半导体或者两个功率半导体组之间。因此，二个半桥中的每一个都尤其以串联(也就是以串联电路)相应地具有一个高电位侧的半导体开关和一个低电位侧的半导体开关，在二者之间布置有相应的中间抽头。具体地，高电位侧的输入半桥具有第一高电位侧的半导体开关和第一低电位侧的半导体开关，二者通过第一中间抽头串联连接。相应地，低电位侧的输入半桥具有第二高电位侧的半导体开关和第二低电位侧的半导体开关，二者通过第二中间抽头串联连接。输出半桥最后具有第三高电位侧的半导体开关和第三低电位侧的半导体开关，二者通过第三中间抽头串联连接。每个半导体开关尤其并联连接一个空载二极管。两个输入半桥相应地并联连接一个电容器。这两个电容器在此在其电容值方面优选是相同规格的，从而在静态的情况中经由每个输入半桥分别下降在高电位母线和低电位母线之间施加的输入电压的一半。在电容器之间的电位被称为中心点电位。根据本专利技术，-在输入半桥内部的、-在高电位侧的输入半桥和低电位侧的输入半桥之间的、-在高电位侧的输入半桥和输出半桥之间的、-在低电位侧的输入半桥和输出半桥之间的总电感(也就是各个电感之和)这样的确定规格，即在半桥电路(或者也许多个半桥电路中的一个)的任意的功率半导体失效时，在形成于半桥电路的三个半桥之间的短路电路上的短路能够通过在短路电路中的功能正常的半导体开关安全地切断。但是因此聚焦到本专利技术，整流器内部的短路的、因此不连接负载电路的安全断开在半桥电路的内部超过单个的半桥，。安全地断开在此尤其表现为，即在短路的情况中-还有功率半导体的刚刚失效时-避免半桥桥接的电跟随故障。通过针对性地设定在输出半桥内部的以及在一个或者每个半桥电路的三个半桥之间的电感的规格，排除了由于一次故障(也就是半桥的单个功率半导体的故障)导致的电流或电压升高引起同一半桥电路的另外的半桥的至少一个另外的功率半导体的故障。通过排除半桥桥接的电跟随故障确保了，即在一次故障时还能至少保持一半的输入电压作为在负载电路中的逆电压。在短路的情况中流动的短路电流可以因此相对于常规的三点式整流器来说例如降低到三分之一。相应地也减小了在整流器中的二极管的冲击电流和负载。—个或者每个半桥电路在此优选这样地设计，即所述的总电感(Lg)具有在ΙΟΟηΗ (优选300nH)和10 μ Η (优选1 μ Η)之间的电感值。为了调节总电感，优选的是-在输出半桥的内部和/或-在高电位侧的输入半桥和低电位侧的输入半桥之间，和/或-在高电位侧的输入半桥和输出半桥之间，和/或-在低电位侧的输入半桥和输出半桥之间布置有至少一个扼流圈(也就是磁线圈形式的分立的组件)。在此优选的是，在输出半桥的内部在第三中间抽头的两侧分别布置有一个扼流圈。附加或者可选的是，优选地在一个或者每个半桥电路的三个半桥之间相应地布置另外的扼流圈。然而在保持足够大的总电感的情况下，也能够取消一个或者多个这种扼流圈。此夕卜，一个、多个或者甚至全部的扼流圈也能够通过取决于结构的离散电感替代。在本专利技术的一个有利的改进方案中，一个或者每个半桥电路的三个半桥这样地彼此机械隔离，使得排除了一个半桥的、通过两个另外的半桥中的一个引起的机械的或者热的干扰或者伤害。通过这种方式避免了，即三点式整流器的安全的短路断开受到机械的或者热的并发影响(机械的或者热的跟随故障)的危害。例如，同一半桥电流的各个半桥在此在空间上充分地间隔开(例如相应地以10cm至lm相对彼此的间距布置)和/或通过分隔壁或者保护壳体(例如由具有至少1_壁厚的钢板或者具有至少5_壁厚的塑料制成)彼此隔开。然而在多相整流器的情况中，在本专利技术的框架中不同的半桥电路的半桥被容纳在共同的壳体中。优选的是，直流电压电路这样地设计，排除在高电位母线和低电位母线之间的电飞弧。优选的是，直流电压电路的高电位母线和低电位母线通过处于中间点电位的、由导电材料，尤其是钢板制成的分隔壁隔开。【附图说明】接下来根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三点式整流器(1)，具有：输入侧的直流电压电路(2)，所述直流电压电路包括高电位母线(3)和低电位母线(4)；以及至少一个半桥电路(5)，所述半桥电路具有高电位侧的输入半桥(20)、低电位侧的输入半桥(21)和输出半桥(22)，‑其中，这两个输入半桥(20，21)串联地连接在所述高电位母线(3)和所述低电位母线(4)之间，‑其中，所述输出半桥(22)连接在所述高电位侧的输入半桥(20)的中间抽头(25)和所述低电位侧的输入半桥(21)的中间抽头(31)之间，‑其中，所述输出半桥(22)的中间抽头(37)形成了用于连接至负载电路(8)的相接线端(6)或者与这种相接线端(6)连接，以及其中，‑在所述输出半桥(22)内部的，‑在所述高电位侧的输入半桥(22)和所述低电位侧的输入半桥(21)之间的，‑在所述高电位侧的输入半桥(20)和所述输出半桥(22)之间的，以及‑在所述低电位侧的输入半桥(21)和所述输出半桥(22)之间的总电感(Lg)的规格设定为，即在所述半桥电路(5)的任意的功率半导体(23，24，26，27，29，30，32，33，35，36，38，39)失效时，在形成于所述半桥电路(5)的三个半桥(20‑22)之间的短路电路上的短路能够通过在所述短路电路中的功能正常的功率半导体(23，24，26，27，29，30，32，33，35，36，38，39)安全地切断。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯京特·埃克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE