Die Erfindung betrifft ein Konvertermodul für einen Mehrstu- fenumrichter, umfassend einen Energiespeicher in Parallelschaltung zu einer Reihenschaltung einer ersten und einer zweiten Halbleiterschalteinheit, wobei wenigstens eine der Halbleiterschalteinheiten einen Zweirichtungsschalter aufweist.

Ein solches Konvertermodul ist beispielsweise aus der WO 2013/060354 AI bekannt. Das bekannte Konvertermodul ist Teil eines modularen Mehrstufenumrichters. Der modulare Mehrstu ^¬ fenumrichter weist eine Mehrzahl von Phasenzweigen auf, die sich jeweils zwischen einem Gleichspannungspol und einem

Wechselspannungsanschluss des Mehrstufenumrichters erstre ^¬ cken. In jedem der Phasenzweige ist eine Reihenschaltung der zweipoligen Konvertermodule angeordnet. Die bekannten

Konvertermodule sind als Halbbrückenschaltungen ausgebildet. Eine von zwei Anschlussklemmen des Konvertermoduls ist mit dem Energiespeicher verbunden. Die andere Anschlussklemme ist mit einem Potenzialpunkt zwischen den beiden Halbleiterschalteinheiten angeordnet. Die zwischen den beiden Anschlussklemmen, in dem sogenannten Brückenzweig des

Konvertermoduls angeordnete Halbleiterschalteinheit weist den Zweirichtungsschalter auf. Die andere Halbleiterschalteinheit umfasst einen ein- und abschaltbaren Halbleiterschalter mit einer Sperr- und einer Durchlassrichtung auf, wobei dem Halbleiterschalter eine Freilaufdiode antiparallel, d.h. entgegen der Durchlassrichtung des Halbleiterschalters geschaltet ist. Der Zweirichtungsschalter im Sinne der WO 2013/060354 AI ist ein Halbleiterschalter oder eine Anordnung einzelner Halbleiterschalter, der in beiden Stromrichtungen ein- und abschaltbar ist. Eine Vorwärtsrichtung des Zweirichtungsschalters kann als die Durchlassrichtung des in Reihe angeordneten

Halbleiterschalters der anderen Halbleiterschalteinheit defi ^¬ niert werden. Entsprechend kann eine Rückwärtsrichtung des Zweirichtungsschalters als die Durchlassrichtung der Frei ^¬ laufdiode definiert werden. Der Zweirichtungsschalter ist mittels einer geeigneten Steuervorrichtung in beiden Richtungen unabhängig voneinander steuerbar. Aufgrund der Sperrfä- higkeit des Zweirichtungsschalters in dessen Rückwärtsrich ^¬ tung kann das bekannte Konvertermodul dazu verwendet werden, einen Kurzschlussstrom auf einer Gleichspannungsseite des Mehrstufenumrichters abzuschalten . Für einen zuverlässigen Betrieb des Mehrstufenumrichters mit dem bekannten Konvertermodul muss der Energiespeicher des Konvertermoduls bei Inbetriebnahme vorgeladen werden. Ist je ^¬ doch der Zweirichtungsschalter in seiner Ausgangsstellung gesperrt und verfügt die Steuervorrichtung über keine aktive Energieversorgung, so kann eine Vorladung des Energiespeichers nicht gewährleistet werden. Dies kann beispielsweise insbesondere dann der Fall sein, wenn die Energieversorgung der Steuervorrichtung aus dem Energiespeicher des

Konvertermoduls gespeist wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein artgemäßes

Konvertermodul vorzuschlagen, das einen möglichst zuverlässi ^¬ gen Betrieb des Mehrstufenumrichters ermöglicht. Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Konvertermodul dadurch gelöst, dass eine Einschalteinheit in Parallelschaltung zum Zweirichtungsschalter vorgesehen ist, mittels der aus einer am Zweirichtungsschalter abfallenden Spannung eine Einschaltspannung zum Einschalten des Zweirichtungsschalters erzeugbar ist.

Wird das Konvertermodul, beispielsweise zusammen mit weiteren Konvertermodulen eines Mehrstufenumrichters, mit einem Wech ^¬ selspannungsnetz verbunden, so fällt am Zweirichtungsschalter eine Spannung Uz ab. Aus dieser Spannung Uz kann mittels der Einschalteinheit die Einschaltspannung generiert werden. Die Einschaltspannung kann beispielsweise eine Spannung an einem Steueranschluss des Zweirichtungsschalters sein, wobei das Anlegen der Einschaltspannung am Steueranschluss ein Einschalten des Zweirichtungsschalters bewirken kann. Dabei kann es ausreichend sein, wenn der Zweirichtungsschalter nur in dessen Vorwärtsrichtung oder nur in dessen Rückwärtsrichtung mittels der Einschalteinheit bzw. der erzeugten Einschalt ^¬ spannung einschaltbar ist. Ist das Konvertermodul beispiels ^¬ weise wie das bekannte Konvertermodul als Halbbrückenschal ^¬ tung ausgebildet, so reicht es aus, den im Brückenzweig ange- ordneten Zweirichtungsschalter mittels der Einschalteinheit in dessen Rückwärtsrichtung einzuschalten.

Der Zweirichtungsschalter im Sinne dieser Erfindung ist demnach ein Halbleiterschalter mit einer Sperrfähigkeit sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung. Der Zweirichtungsschalter kann beispielsweise als eine Baueinheit mit zwei antiparallel angeordneten sperrfähigen Halbleitern realisiert werden. Bezüglich weiterer Beispiele und Einzelheiten zum Aufbau des Zweirichtungsschalters wird hiermit auf die bereits genannte WO 2013/060354 AI verwiesen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einschaltspannung durch eine Spannungsteilung der am Zweirichtungsschalter abfallenden Spannung erzeugbar. Auf diese Weise kann auf besonders einfache Weise die zum Einschalten des Zweirichtungsschalters erforderliche Einschaltspannung erzeugt werden. Die Spannungsteilung ist zweckmäßigerweise durch eine Spannungsteilerschaltung parallel zum Zweirichtungsschalter realisiert. Geeigneterweise ist die

Spannungteilerschaltung hochohmig.

Vorzugsweise umfasst die Einschalteinheit einen Deaktivie- rungsschalter, mittels dessen die Einschalteinheit

deaktivierbar ist. Dementsprechend ist eine Ansteuerung des Zweirichtungsschalters bzw. der den Zweirichtungsschalter aufweisenden Halbleiterschalteinheit in einem Normalbetrieb des Konvertermoduls, d.h. während die Energieversorgung der Steuervorrichtung gewährleistet ist, von dem Einschalten des Zweirichtungsschalters mittels der Einschalteinheit entkop ^¬ pelt. Sobald die Energieversorgung der Steuervorrichtung gewährleistet ist, übernimmt diese die Ansteuerung des Zwei- richtungsschalters . Die Einschalteinheit wird in diesem Fall deaktiviert. Die Deaktivierung kann beispielsweise erfolgen, sobald der Energiespeicher des Konvertermoduls genügend oder vollständig geladen ist. Eine geeignete Erkennungseinrichtung erkennt beispielsweise, ob der Energiespeicher gemäß einer vorbestimmten Bedingung genügend geladen ist und leitet eine Abschaltung beziehungsweise Sperrung des Deaktivierungsschal- ters ein, so dass die Einschalteinheit deaktiviert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Einschalteinheit einen ersten Teilerzweig zwischen einem ersten Anschluss des Zweirichtungsschalters und einem mittle ^¬ ren Potenzialpunkt, einen zweiten Teilerzweig zwischen einem zweiten Anschluss des Zweirichtungsschalters und dem mittle ^¬ ren Potenzialpunkt sowie einen Steuerzweig zwischen einem Steueranschluss des Zweirichtungsschalters und dem mittleren Potenzialpunkt. Dabei umfassen der erste und zweite

Teilerzweig jeweils wenigstens ein Widerstandselement. Die Widerstandselemente sind derart bemessen, dass durch eine Spannungsteilung der am Zweirichtungsschalter abfallenden Spannung die Einschaltspannung zum Einschalten des Zweirichtungsschalters erzeugbar ist. Die Einschalteinheit entspricht demnach einer Spannungsteilerschaltung, mittels der die am Zweirichtungsschalter abfallende Spannung geteilt wird. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Ausgestaltung der Einschalteinheit bereitgestellt. Falls der Zweirichtungs ^¬ schalter aufgrund seines Aufbaus über mehrere Steueranschlüs ^¬ se verfügt, so kann der Steuerzweig den mittleren Potenzial ^¬ punkt zweckmäßigerweise mit nur einem der Steueranschlüsse verbinden. Beispielsweise verbindet der Steuerzweig den mitt- leren Potenzialpunkt mit dem Steueranschluss für das Schalten des Zweirichtungsschalters in der Rückwärtsrichtung. Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Spannungsleiterschaltung Teilerwiderstände umfasst. Beispielsweise sind im ersten Teilerzweig ein erster Teilerwiderstand und im zweiten

Teilerzweig ein zweiter Teilerwiderstand angeordnet. Die Teilerwiderstände sind geeignet bemessen, um die Einschalt- Spannung zu erzeugen.

Geeingneterweise ist der Deaktivierungsschalter im ersten oder zweiten Teilerzweig angeordnet. Der Steuerzweig kann da ^¬ mit vorteilhaft als Teil einer Verbindung des Steueranschlus- ses mit der Steuervorrichtung zum Ansteuern des Zweirichtungsschalters im Normalbetrieb verwendet werden.

Bevorzugt ist der Deaktivierungsschalter ein in dessen Durchlassrichtung passiv leitender, abschaltbarer Halbleiterschal- ter. Mit dem passiv leitenden Deaktivierungsschalter ist eine Einschalteinheit bereitgestellt, die im Allgemeinen keine ei ^¬ gene Energieversorgung braucht. Beispielsweise kann damit ei ^¬ ne passive Spannungsteilung realisiert werden. Vorzugsweise ist der Deaktivierungsschalter ein JFET-Schalter (Sperrschicht-Feldeffekttransistor-Schalter) . Ein solcher Schalter ist als ein passiv leitender, sperrfähiger Halbleiter dem Fachmann bekannt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Zweirichtungsschalter einen ersten steuerbaren ein- und abschaltbaren Halbleiterschalter und einen zweiten steuerbaren ein- und abschaltbaren Halbleiterschalter, wobei der zweite Halbleiterschalter zum ersten Halbleiterschalter antiparallel an- geordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind vorzugsweise der erste Teilerzweig zwischen einem Emitteranschluss des ersten Halbleiterschalters und einem mittleren Potenzial ^¬ punkt, der zweite Teilerzweig zwischen einem

Kollektoranchluss des ersten Halbleiterschalters und dem mittleren Potenzialpunkt und der Steuerzweig zwischen einem Steueranschluss des ersten Halbleiterschalters und dem mitt ^¬ leren Potenzialpunkt angeordnet. Die beiden Halbleiterschal- ter des Zweirichtungsschalters gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung können beispielsweise derart innerhalb des

Konvertermoduls angeordnet sein, dass eine Sperrung des ers ^¬ ten Halbleiterschalters eine Sperrung des Zweirichtungsschal- ters in dessen Rückwärtsrichtung ermöglicht. Dabei können die Teilerzweige auch über weitere Bauelemente der Einschaltein ^¬ heit beziehungsweise des Zweirichtungsschalters beziehungs ^¬ weise der zugeordneten Halbleiterschalteinheit zu den An ^¬ schlüssen des Zweirichtungsschalters geführt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind eine zweite Anschlussklemme des Konvertermoduls mit dem Energie ^¬ speicher und eine erste Anschlussklemme des Konvertermoduls mit einem Potenzialpunkt zwischen den beiden Halbleiter- schalteinheiten verbunden. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung bildet das Konvertermodul eine Halbbrückenschaltung mit einer Reihenschaltung der beiden Halbleiterschalteinheiten und dem Energiespeicher in Parallelschaltung zu der Reihenschaltung aus.

Bevorzugt umfasst in der zuvor beschriebenen Halbbrückenschaltung nur die zwischen den beiden Anschlussklemmen angeordnete Halbleiterschalteinheit einen Zweirichtungsschalter. Die übrige Halbleiterschalteinheit kann dabei als ein IGBT- Schalter mit einer antiparallel geschalteten Diode realisiert sein. Auf diese Weise ist eine bezüglich der Verlustleistung besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Konvertermoduls be ^¬ reitgestellt . Die Erfindung betrifft ferner einen Mehrstufenumrichter mit einem zwischen einem Gleichspannungsanschluss und einem Wech- selspannungsanschluss angeordneten Konverterzweig, wobei der Konverterzweig eine Reihenschaltung zweipoliger

Konvertermodule umfasst, wobei wenigstens eines der

Konvertermodule einen Zweirichtungsschalter aufweist. Ein solcher Mehrstufenumrichter ist beispielsweise aus der zuvor zitierten Druckschrift WO 2013/060354 AI bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen solchen Mehrstufenumrichter vorzuschlagen, der möglichst zuverlässig im Betrieb ist.

Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Mehrstufenumrichter dadurch gelöst, dass eine Einschalteinheit in Parallelschaltung zum Zweirichtungsschalter vorgesehen ist, mittels der aus einer am Zweirichtungsschalter abfallenden Spannung eine Einschaltspannung zum Einschalten des Zweirichtungsschalters erzeugbar ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Mehrstufenumrichters erge ^¬ ben sich in entsprechender Weise aus den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Konvertermoduls.

Der Mehrstufenunmrichter kann beispielsweise zwischen einem Wechselspannungsnetz und einem Gleichspannungsnetz angeordnet sein. Der Wechselspannungsanschluss des Mehrstufenumrichters kann beispielsweise über einen geeigneten Transformator mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar sein.

Alle zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Konvertermoduls können im Übrigen einzeln oder in Kombination bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufenumrichter eingesetzt werden.

Aufgrund des Sperrfähigkeit der Konvertermodule des Mehrstu ^¬ fenumrichters unabhängig von der Polarität des Stromes durch den Mehrstufenumrichter ist der erfindungsgemäße Mehrstufenumrichter dazu besonders geeignet, in Hochspannungsgleich- stromübertragungsanlagen (HGÜ-Anlagen) eingesetzt zu werden, die elektrische Leistung in oder aus einem verzweigten und/oder vermaschten Gleichspannungsnetz übertragen. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb eines Konvertermoduls eines Mehrstufenumrichters mit einem Energie ^¬ speicher in Parallelschaltung zu einer Reihenschaltung zweier Halbleiterschalteinheiten, wobei wenigstens eine der Halblei- terschalteinheiten einen Zweirichtungsschalter aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren anzugeben, das einen möglichst zuverlässigen Betrieb des Konvertermoduls ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch ein artgemäßes Verfahren gelöst, bei dem eine Einschalteinheit in Parallelschaltung zum Zweirichtungsschalter bereitgestellt wird und zum Vorladen des Energiespeichers mittels der Einschalteinheit aus einer am Zwei- richtungsschalter abfallenden Spannung eine Einschaltspannung zum Einschalten des Zweirichtungsschalters erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein zuverlässiges Vorladen des Energiespeichers des Konvertermoduls und somit dessen zuverlässigen Betrieb.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert werden. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrstufenumrichters mit einem erfindungsgemäßen

Konvertermodul in einer schematischen Darstellung;

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zweirichtungs- Schalters in einer schematischen Darstellung;

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einschalteinheit in einer schematischen Darstellung. Im Einzelnen ist in Figur 1 ein Mehrstufenumrichter 1 dargestellt. Der Mehrstufenumrichter 1 weist einen ersten Phasenzweig 2 auf, der sich zwischen einem ersten Wechselspannungs- anschluss 6 und einem ersten Gleichspannungsanschluss 8 er ^¬ streckt. Ferner umfasst der Mehrstufenumrichter 1 einen zweiten Phasenzweig 3, der sich zwischen dem ersten Wechselspan- nungsanschluss 6 und einem zweiten Gleichspannungsanschluss 9 erstreckt, einen dritten Phasenzweig 4, der sich zwischen einem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 und dem ersten

Gleichspannungsanschluss 8 erstreckt, sowie einen vierten Phasenzweig 5, der sich zwischen dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 9 erstreckt. Die Wechselspannungsanschlüsse 6, 7 sind dazu ein ^¬ gerichtet, den Mehrstufenumrichter 1 mit einem figürlich nicht dargestellten Wechselspannungsnetz zu verbinden. Die Gleichspannungsanschlüsse 8, 9 sind dazu eingerichtet, den Mehrstufenumrichter 1 mit einem figürlich nicht dargestellten Gleichspannungsnetz zu verbinden. Dabei besteht die an die Gleichspannungsanschlüsse 8, 9 anzuschließende Gleichspan ^¬ nungsleitung aus zwei Gleichspannungsleitern, wobei einer der Gleichspannungsleiter auch durch eine Erdverbindung gegeben sein kann.

Im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das anzu ^¬ schließende Wechselspannungsnetz zweiphasig, so dass auch der Mehrstufenumrichter 1 zweiphasig ausgebildet ist. Es ist im Rahmen der Erfindung selbstverständlich ebenfalls möglich, den Mehrstufenumrichter 1 drei- oder mehrphasig auszubilden, wobei der Mehrstufenumrichter in einem solchen Fall in einer dem Fachmann bekannten Weise um weitere Phasenzweige erwei ^¬ tert werden kann. Im ersten Phasenzweig 2 ist eine Reihenschaltung zweipoliger Konvertermodule angeordnet, wobei in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein erstes Konvertermodul 10 grafisch dargestellt ist. Die weiteren, figürlich nicht dargestellten Konvertermodule weisen den gleichen Aufbau auf, wie das erste Konvertermodul 10. Entsprechend ist im zweiten Phasenzweig 3 eine Reihenschaltung von Konvertermodulen angeordnet, von denen nur ein zweites Konvertermodul 11 grafisch dargestellt ist. In gleicher Weise weist der dritte Phasen ^¬ zweig 4 eine Reihenschaltung von Konvertermodulen, von denen nur ein drittes Konvertermodul 12 grafisch dargestellt ist und schließlich umfasst der vierte Phasenzweig 5 ebenfalls eine Reihenschaltung von Konvertermodulen, wovon nur ein viertes Konvertermodul 13 dargestellt ist. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle Konvertermodule, so ^¬ wohl die grafisch dargestellten als auch die grafisch nicht dargestellten gleichartig aufgebaut.

Am Beispiel des ersten Konvertermoduls 10 wird dessen innerer Aufbau im Folgenden näher erläutert. Das erste Konvertermodul 10 umfasst einen Energiespeicher in Form eines Kondensators 14. Parallel zum Kondensator 14 ist eine Reihenschaltung aus einer ersten Halbleiterschalteinheit 15 und einer zweiten Halbleiterschalteinheit 16 angeordnet.

Die erste Halbleiterschalteinheit 15 umfasst einen ein- und abschaltbaren Halbleiterschalter 17, dem eine Freilaufdiode 18 antiparallel geschaltet ist. Die Durchlassrichtung der Freilaufdiode 18 ist der sperrbaren Durchlassrichtung des Halbleiterschalters 17 entgegengesetzt. Der Halbleiterschal ^¬ ter 17 ist beispielsweise ein gate turn-off thyristor (GTO) oder ein insulated-gate bipolar transistor (IGBT) oder auch ein integrated gate-commutated thyristor (IGCT).

Die zweite Halbleiterschalteinheit 16 umfasst einen Zweirich ^¬ tungsschalter 19, auf dessen Aufbau in Figur 2 näher eingegangen wird. Der Zweirichtungsschalter 19 ist als Zweipol ausgebildet und weist einen ersten Anschluss 26 und einen zweiten Anschluss 27 auf.

Parallel zur zweiten Halbleiterschalteinheit 16 beziehungs ^¬ weise zum Zweirichtungsschalter 19 ist eine Einschalteinheit 20 angeordnet. Auf den Aufbau der Einschalteinheit 20 wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figur 3 näher eingegangen . Die zweite Halbleiterschalteinheit 16 ist mit einer Steuer ^¬ vorrichtung 21 verbunden. Auch die erste Halbleiterschalteinheit 15 ist mit der Steuervorrichtung 21 verbunden, was je- doch aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 1 grafisch nicht dargestellt ist. Die Steuervorrichtung 21 ist dazu ein ^¬ gerichtet, die Halbleiterschalter des ersten Konvertermoduls 10 entsprechend einem vorgegebenen Ansteueralgorithmus anzu ^¬ steuern. Die Steuervorrichtung 21 übernimmt auch die Ansteue- rung aller übrigen Halbleiterschalter in allen

Konvertermodulen des Mehrstufenumrichters 1.

Im vorliegenden Ausführungbeispiel ist die Einschalteinheit 20 steuerbar ausgeführt. Die Steuerung der Einschalteinheit 20 beziehungsweise steuerbarer Bauelemente der Einschaltein ^¬ heit 20 übernimmt die Steuervorrichtung 21.

Eine erste Anschlussklemme 28 des ersten Konvertermoduls 10 ist mit einem Potenzialpunkt 281 zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschalteinheit 15 bzw. 16 verbunden. Eine zweite Anschlussklemme 29 ist direkt mit einem Pol des Kon ^¬ densators 14 verbunden. Das erste Konvertermodul 10 bildet demnach eine Halbbrückenschaltung aus. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zweirichtungs ^¬ schalters 19 eines der Konvertermodule 10-13 des Mehrstufen ^¬ umrichters 1 der Figur 1. Ein erster IGBT 22 ist in Reihe mit einer Diode 23 geschaltet, wobei der Emitter 24 des IGBT 22 und die Kathode 25 der Diode 23 in Richtung des ersten An- Schlusses 16 ausgerichtet sind. Der Emitter 24 des ersten

IGBT 22 ist mit dem ersten Anschluss 26 und die Anode 30 der Diode 23 mit dem zweiten Anschluss 27 verbunden. Parallel zu der Reihenschaltung aus dem ersten IGBT 22 und der Diode 23 ist ein zweiter IGBT 31 angeordnet. Der Emitter 32 des zwei- ten IGBT 31 ist mit dem zweiten Anschluss 27 des Zweirichtungsschalters 19 verbunden. Der erste und der zweite IGBT 22 bzw. 31 können mittels ihrer Steueranschlüsse 33 bzw. 34 an- gesteuert, d.h. ein- und abgeschaltet werden. In einem Aus ^¬ gangszustand des Zweirichtungsschalters bei Inbetriebnahme des Mehrstufenumrichters 1 ist der Zweirichtungsschalter 19 im Allgemeinen in einem gesperrten Zustand. In diesem Zustand sind beide IGBTs 22, 31 sperrend, so dass die Verbindung zwi ^¬ schen dem ersten Anschluss 26 und dem zweiten Anschluss 27 elektrisch nicht leitend ist. Üblicherweise kann ein solcher Zweirichtungsschalter über eine Spannungsfestigkeit von 1 kV bis zu mehr als 5 kV aufweisen.

Parallel zum ersten IGBT 22 ist eine Überspannungsschutzeinheit 35 angeordnet. Mittels der Überspannungsschutzeinheit 35 können Überspannungen am ersten IGBT 22 begrenzt werden. Die Überspannungsschutzeinheit 35 kann beispielsweise einen oder mehrere Widerstände und/oder Abieiter umfassen.

In Figur 3 ist die Einschalteinheit 20 des ersten

Konvertermoduls 10 aus Figur 1 dargestellt. Die Einschaltein ^¬ heit 20 wird hier im Zusammenhang mit dem Zweirichtungsschal- ter 19 der Figur 2 erläutert. Ein entsprechender Aufbau der

Einschalteinheit 20 kann jedoch ebenfalls im Zusammenhang mit Zweirichtungsschaltern mit einem davon abweichenden Aufbau eingesetzt werden. Die Einschalteinheit 20 weist den Aufbau eines Spannungstei ^¬ lers auf. Sie umfasst einen ersten Teilerzweig 36, der sich zwischen dem ersten Anschluss 26 des Zweirichtungsschalters 19 und einem mittleren Potenzialpunkt 37 erstreckt. Ein ers ^¬ ter Teilerwiderstand 38 ist im ersten Teilerzweig 36 angeord- net. Die Einschalteinheit 20 umfasst ferner einen zweiten Teilerzweig 39, der sich zwischen dem zweiten Anschluss 27 des Zweirichtungsschalters 19 und dem mittleren Potenzial ^¬ punkt 37 erstreckt. Ein zweiter Teilerwiderstand 40 ist im zweiten Teilerzweig 39 angeordnet. Alternativ kann der zweite Teilerzweig 39 auch über die Diode 23 zum zweiten Anschluss 27 geführt sein. Der mittlere Potenzialpunkt 37 ist ferner über einen weiteren Widerstand 41 mit der Steuervorrichtung 21 verbunden. Die Einschalteinheit 20 weist darüber hinaus einen Steuerzweig 42 auf, der den Steueranschluss 33 des ersten IGBT 22 mit dem mittleren Potenzialpunkt 37 und damit auch mit der Steuervorrichtung 21 verbindet.

Die Einschalteinheit 20 umfasst einen Deaktivierungsschalter 43, der im zweiten Teilerzweig 39 in Reihe zum zweiten

Teilerwiderstand 40 angeordnet ist. Der Deaktivierungsschal ^¬ ter 43 ist ein JFET und in seinem Ausgangszustand leitend. Der Deaktivierungsschalter ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel für 3kV ausgelegt. Ein Steueranschluss 44 des Deak- tivierungsschalters 43 ist ebenfalls mit der Steuervorrich- tung 21 verbunden.

Im Folgenden soll die Funktionsweise der Einschalteinheit 20 im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Aufbau der

Konvertermodule des Mehrstufenumrichters 1 der Figur 1 näher erläutert werden.

In der Ausgangssituation ist der Mehrstufenumrichter 1 an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen. An den Wechselspannungsanschlüssen 6, 7 liegt demnach eine Wechselspannung an. Die Kondensatoren 14 der Konvertermodule sollen aus dem Wechsels ^¬ pannungsnetz geladen werden. In dem vorliegenden Ausgangszustand sind die Zweirichtungsschalter 19 in deren Rückwärtsrichtung gesperrt. Die Rückwärtsrichtung entspricht hierbei der Durchlassrichtung der Freilaufdioden 18.

Während einer ersten Zeitspanne ist das elektrische Potenzial am ersten Wechselspannungsanschluss 6 höher als das elektri ^¬ sche Potenzial am zweiten Wechselspannungsanschluss 7. In diesem Fall fließt der Strom (technische Stromrichtung) im ersten Konvertermodul 10 in Durchlassrichtung der Diode 23 im Zweirichtungsschalter 19. Aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Anschluss 27 des Zweirichtungsschalters 19 und dem Steueranschluss 33 des IGBT 22 im Zweirichtungs ^¬ schalter 19 wird der IGBT 22 leitend geschaltet. Der Strom kann durch den nun in Rückwärtsrichtung leitenden Zweirich- tungsschalter 19 des ersten Konvertermoduls 10 fließen.

Im zweiten Konvertermodul 11 fließt der Strom über die Frei ^¬ laufdiode 18 des zweiten Konvertermoduls 11 und lädt den Kon ^¬ densator 14 des zweiten Konvertermoduls 11 auf.

Im dritten Konvertermodul 12 fließt der Strom entsprechend über die Freilaufdiode 18 des dritten Konvertermoduls 12 und lädt den Kondensator 14 des dritten Konvertermoduls 12 auf. Im vierten Konvertermodul 13 fließt der Strom in Durchlass ^¬ richtung der Diode 23 im Zweirichtungsschalter 19 des vierten Konvertermoduls 13. Aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Anschluss 27 des Zweirichtungsschalters 19 und dem Steueranschluss 33 des IGBT 22 im Zweirichtungsschalter 19 wird der IGBT 22 leitend geschaltet. Der Strom kann durch den in Rückwärtsrichtung leitenden Zweirichtungsschalter 19 des vierten Konvertermoduls 13 fließen.

Bei dieser Polarität an den Anschlüssen 6 und 7 werden dem- nach die Kondensatoren 14 der Konvertermodule im zweiten und dritten Phasenzweig 3 bzw. 4 geladen.

Aufgrund der an den Wechselspannungsanschlüssen 6, 7 anliegenden Wechselspannung ist bei während einer zweiten Zeit- spanne das elektrische Potenzial am ersten Wechselspannungs- anschluss 6 niedriger als das elektrische Potenzial am zwei ^¬ ten Wechselspannungsanschluss 7.

Bei einer umgekehrten Polarität an den Wechselspannungsan- Schlüssen 6 und 7 ist die Stromrichtung entsprechend umge ^¬ kehrt. Entsprechend werden bei der umgekehrten Polarität des Stromes die Kondensatoren 14 im ersten und vierten Phasenzweig 2 bzw. 5 geladen.

Sind alle Kondensatoren 14 aller Konvertermodule geladen, so ist auch die Energieversorgung der Steuervorrichtung 21 bereitgestellt. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung 21 mittels einer geeigneten Ansteuerung des Deaktivierungsschal- ters 43 die Einschalteinheit 20 deaktivieren.