Diese Schaltelemente können abschaltbare Bauelemente, wie z. B. Thyristoren, insbesondere GTO-Thyristoren mit antiparal- lel geschalteten Freilaufdioden, sein.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus dem Sonderdruck aus ZEV-DET Glasers Annalen, Heft 2/3 1994 : Rudolf Wagner "Drehstrom-Antriebstechnik für Diesellokomotiven in Nordame- rikal bekannt. Die dort beschriebene Drehstromantriebstechnik erfordert den Einsatz eines Spannungszwischenkreisumrichters zwischen der Spannungsversorgung und dem Drehstrommotor. Im Bremsbetrieb werden die Fahrmotoren zu Generatoren, so dass Strom in den Spannungszwischenkreisumrichter zurückgespeist wird. Dabei könnten im Umrichter vorhandene GTO-Thyristoren durch Überströme und Überspannungen beschädigt werden.

Aus dem genannten Aufsatz ist bekannt, zur Verhinderung sol- cher Schäden ein Hardware-Schutzsystem einzusetzen. Es ist im gleichen Aufsatz auch vorgeschlagen, zum Abbau einer Über- spannung einen einfachen Kurzschlussthyristor einzusetzen, da dieser weniger Platz beansprucht und auch kostengünstiger ist als ein Schutzsystem.

Die geschilderten Schutzsysteme können nur eingesetzt werden, wenn der Umrichter GTO-Thyristoren aufweist, da bei diesen die Strombelastbarkeit hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan- ordnung mit einem Spannungszwischenkreisumrichter anzugeben, die die Stoßstrombelastung der Freilaufdioden der Schalt- zweige im Schutzfall reduziert und es damit ermöglicht, auch Freilaufdioden mit geringerer Stoßstrombelastbarkeit als bis- her einzusetzen, wie es z. B. bei den Freilaufdioden von gebondeten IGBT-Modulen der Fall ist. Insbesondere soll es möglich sein, die Schaltungsanordnung auch dann einzusetzen, wenn der Umrichter als Schaltelemente IGBTs und deren Freilaufdioden enthält.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass mit dem Zwischenkreiskondensator und mit den Schaltzweigen eine Kurzschlussschutzanordnung verbunden ist, bestehend aus einer Parallelschaltung des Kurzschlussthyristors mit entgegenge- setzt zu diesem durchlässigen Paaren von in Serie geschalte- ten Schutzdioden, dass die Kurzschlussschutzanordnung paral- lel zum Zwischenkreiskondensator geschaltet ist und dass je- weils ein Anschlusspunkt zwischen zwei in Serie geschalteten Schaltelementen eines Schaltzweiges mit jeweils einem An- schlusspunkt zwischen zwei in Serie geschalteten Schutzdioden der Kurzschlussschutzanordnung verbunden ist.

Die Schutzdioden, die bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung neu sind, sind im Normalbetrieb des Umrichters nicht stromführend. Sie sind auch nicht an den Kommutierungs- vorgängen des Umrichters beteiligt. Sie können daher vorteil- hafterweise auf geringe Durchlassspannungen und damit auf hohe zulässige Stromstöße, die beim Zünden eines Kurzschlie- ßerthyristors auftreten können, optimiert werden. Es ist da- bei unerheblich, wenn die Schutzdioden weniger gute Schaltei- genschaften haben. Die guten Schalteigenschaften des Umrich- ters sind nämlich durch die Freilaufdioden der Schaltelemente in den Schaltzweigen gewährleistet.

Insbesondere wird der Vorteil erzielt, dass die guten Schalt- eigenschaften durch die Freilaufdioden der Schaltzweige ge-

währleistet sind, während die guten Durchlasseigenschaften durch die Schutzdioden der Kurzschlussschutzanordnung gewähr- leistet sind. Es ergibt sich eine vorteilhafte Kombination.

In einem Fehlerfall, d. h. bei einem Kurzschluss, wird der Kurzschlussthyristor gezündet, so dass der Zwischenkreiskon- densator entladen wird. Nach der Entladung des Zwischenkreis- kondensators sind jeweils ein zugeordnetes Schutzdiodenpaar und ein Freilaufdiodenpaar der Schaltelemente eines Schalt- zweiges parallel geschaltet. Folglich werden die Freilaufdio- den der Schaltzweige durch die Schutzdioden von lastseitig oder netzseitig verursachten Kurzschlussströmen entlastet.

Es wird der Vorteil erzielt, dass besonders die Schaltzweige und die dort vorhandenen Schaltelemente vor Überströmen und Überspannungen geschützt werden.

Beispielsweise ist die Kurzschlussschutzanordnung nur mit dem Zwischenkreiskondensator und den Schaltzweigen der Netzseite verbunden. Nach einem anderen Beispiel ist die Kurzschluss- schutzanordnung nur mit dem Zwischenkreiskondensator und den Schaltzweigen der Lastseite verbunden. Mit diesen Alternati- ven wird der Vorteil erzielt, dass bei Bedarf auch nur die besonders betroffenen Teile des Umrichters vor Kurzschlüssen geschützt werden können.

Die Schaltelemente der Schaltzweige sind beispielsweise IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor). Solche Transistoren wa- ren bisher selbst in Verbindung mit einem bekannten Schutz vor Kurzschlüssen nicht immer schützbar, da sie Überspannun- gen und Überströmen weniger gut standhalten können als GTOs.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird der Vor- teil erzielt, dass selbst empfindlichere IGBTs und deren Freilaufdioden zuverlässig vor Kurzschlüssen geschützt werden können.

Beispielsweise ist die Kurzschlussschutzanordnung über in zwei Verbindungsleitungen angeordnete zusätzliche Schutzdio- den mit dem Zwischenkreiskondensator verbunden, wobei die zu- sätzliche Schutzdiode der ersten Verbindungsleitung entgegen- gesetzt zur zusätzlichen Schutzdiode der zweiten Verbindungs- leitung durchlässig ist. Damit wird der Schutz vor Kurz- schlussströmen weiter verbessert, da diese hinsichtlich der Durchlassrichtung des Kurzschlussthyristors gleichgerichtet werden.

Beispielsweise sind dem Kurzschlussthyristor strombegrenzende Bauteile zugeordnet. Es kann sich dabei um einen ohmschen Wi- derstand, eine Induktivität, einen Transformator oder um eine Kombination solcher Bauteile handeln. Solche zusätzlichen Bauteile sind geeignet den Stromfluss weiter zu begrenzen.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden mit einfachen Mitteln Kurzschlussströme zuverlässig von einem Um- richter ferngehalten, so dass sogar IGBTs im Umrichter ein- gesetzt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Er- findung wird anhand der Zeichnung näher erläutert : FIG 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit Spannungszwi- schenkreisumrichter und Kurzschlussschutzanordnung.

FIG 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der nur die Netz- seite des Umrichters geschützt ist.

FIG 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der nur die Last- seite des Umrichters geschützt ist.

Die FIG 4 und 5 zeigen Varianten für die in den Schaltzweigen vorhandenen in Serie geschalteten Schaltelementenpaare.

Die FIG 6 bis 9 zeigen Varianten für strombegrenzende Bau- teile in Verbindung mit dem Kurzschlussthyristor.

Nach Figur 1 weist ein üblicher Spannungszwischenkreisumrich- ter Anschlüsse 1 und 2 für eine Spannungsversorgung und An- schlüsse 3 bis 5 für einen Drehstrommotor auf. Die genannten Anschlüsse 1 bis 5 stehen jeweils mit Schaltzweigen 6a bis 6e und dort mit Anschlusspunkten zwischen in Serie geschalteten Schaltelementen 7a bis 7e einerseits und 8a bis 8e anderer- seits, in Verbindung. Dabei bildet eine Serienschaltung aus zwei Schaltelementen (z. B. 7a und 8a) einen Schaltzweig (z. B.

6a). Die Schaltzweige 6a bis 6e sind parallel zueinander und zu einem Zwischenkreiskondensator 9 geschaltet.

Mit dem Zwischenkreiskondensator 9 und mit den Schaltzweigen 6a bis 6e ist eine Kurzschlussschutzanordnung 10 verbunden.

Diese besteht aus einer Parallelschaltung eines Kurzschlussthyristors 11 mit entgegengesetzt zu diesem durch- lässigen Paaren in Serie geschalteter Schutzdioden 12a bis 12e und 13a bis 13e. Außer, dass die Kurzschlussschutzanord- nung 10 parallel zum Zwischenkreiskondensator 9 geschaltet ist, ist jeweils ein Anschlusspunkt zwischen zwei in Serie geschalteten Schaltelementen 7a bis 7e und 8a bis 8e eines Schaltzweiges 6a bis 6e mit jeweils einem Anschlusspunkt zwi- schen zwei in Serie geschalteten Schutzdioden 12a bis 12e und 13a bisl3e der Kurzschlussschutzanordnung 10 verbunden.

In den beiden Verbindungsleitungen, durch die die Parallel- schaltung des Kurzschlussthyristors 11 mit dem Zwischenkreis- kondensator 9 gegeben ist, ist jeweils eine zusätzliche Schutzdiode 14,15 angeordnet. Diese Schutzdioden 14,15 sind einander entgegengesetzt durchlässig.

In den Figuren 1 bis 3 entsprechen gleiche Bezugszeichen gleichen Bauteilen. Die beiden Ausführungsformen der Figuren 2 und 3 unterscheiden sich von der Ausführungsform nach Figur 1 nur dadurch, dass nach Figur 2 die Kurzschlussschutzvor-

richtung 10 nur dem Zwischenkreiskondensator 9 und den Schaltzweigen 6a und 6b der Netzseite zugeordnet ist, während nach Figur 3 die Kurzschlussschutzanordnung 10 nur dem Zwi- schenkreiskondensator 9 und den Schaltzweigen 6c bis 6e der Lastseite zugeordnet ist.

Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei Beispiele, wie ein Schalt- zweig 6 mit zwei Schaltelementen 7,8 aufgebaut sein kann.

Figur 4 zeigt zwei GTO-Thyristoren 16,17 mit deren antipa- rallelen Freilaufdioden 18,19, die jeweils in Serie geschal- tet sind.

Figur 5 zeigt eine ähnliche Schaltungsanordnung wie Figur 4.

Hier sind jedoch IGBT-Transistoren 20,21 statt der GTO-Thy- ristoren 16,17 aus Figur 4 vorhanden.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen den Kurzschlussthyristor 11 in Verbindung mit zugeordneten strombegrenzenden Bauteilen. Nach Figur 6 ist eine Induktivität 22 in Serie geschaltet. Nach Figur 7 ist ein ohmscher Widerstand 23 in Serie geschaltet.

Nach Figur 8 ist eine Parallelschaltung aus Induktivität 22 und ohmschem Widerstand 23 in Serie geschaltet. Nach Figur 9 ist die Primärwicklung eines Transformators 24 in Serie ge- schaltet, wobei die Anschlüsse der Sekundärwicklung des Transformators 24 mit einem ohmschen Widerstand 25 verbunden sind.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung können mit einfachen Mitteln infolge von Kurzschlüssen auftretende Über- spannungen und Überströme im Umrichter zuverlässig beherrscht werden. Es ist sogar möglich, in den Schaltzweigen 6a bis 6e empfindliche IGBTs und deren Freilaufdioden einzusetzen.