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Title:
MODULE FOR MODULAR MULTI-LEVEL INVERTER COMPRISING A SHORT-CIRCUITER AND CAPACITOR CURRENT LIMITING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/149493
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an inverter module (7) for a voltage source inverter (1) comprising a power semiconductor circuit (101) having at least two power semiconductor switches (102, 104), an energy accumulator (106) connected in parallel to the power semiconductor circuit, and a protective device (108) comprising a controllable protective semiconductor (109) connected in parallel to the energy accumulator. The invention is characterized in that the protective device also comprises a current limiter (114) for limiting surge currents, which current limiter is connected in series to the energy accumulator. The invention further relates to a voltage source inverter comprising the inverter module.

Inventors:
ECKEL HANS-GÜNTER (DE)
JUNGHANS CHRISTOPH (DE)
SCHMITT DANIEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/053374
Publication Date:
August 23, 2018
Filing Date:
February 15, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02M1/32; H02M7/483
Domestic Patent References:
WO2013044961A12013-04-04
WO2016203517A12016-12-22
WO2016128643A12016-08-18
WO2014090272A12014-06-19
WO2016155837A12016-10-06
Foreign References:
US20140226374A12014-08-14
JP2013169088A2013-08-29
DE10323220A12004-12-23
Other References:
NICOLAS P LABBE: "An innovative current-limiting device for automotive micro-hybrid starter motors", ELECTRICAL MACHINES (ICEM), 2012 XXTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, 2 September 2012 (2012-09-02), pages 1935 - 1940, XP032464981, ISBN: 978-1-4673-0143-5, DOI: 10.1109/ICELMACH.2012.6350146
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Claims:
Patentansprüche

1. Umrichtermodul (7, 7a) für einen Spannungszwischenkreis- umrichter (1) mit

- einer Leistungshalbleiterschaltung (101) mit wenigstens zwei Leistungshalbleiterschaltern (102, 104)

- einem Energiespeicher (106) in einer Parallelschaltung zu der Leistungshalbleiterschaltung ( 101 ) , sowie - einer Schutzvorrichtung (108) umfassend einen steuerbaren Schutz-Halbleiter (109), der in einer Parallelschaltung zum Energiespeicher (106) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schutzvorrichtung (108) ferner einen Strombegrenzer (114) zum Begrenzen von Stoßströmen umfasst, der in Reihe zum Energiespeicher (106) angeordnet ist.

2. Umrichtermodul (7a) nach Anspruch 1, wobei der Strombe¬ grenzer (114)

- eine Primärwicklung (120), die in Reihe zum Energie¬ speicher (106) angeordnet ist, sowie

- eine Sekundärwicklung (121) umfasst, wobei

die Sekundärwicklung (121) und die Primärwicklung (120) magnetisch gekoppelt sind und die Sekundärwicklung (121) widerstandsbehaftet kurzgeschlossen ist.

3. Umrichtermodul (7a) nach Anspruch 1, wobei der Strombe¬ grenzer (114) eine Parallelschlatung aus einem Widerstandselement (R) und einer Induktivität (L) umfasst.

4. Umrichtermodul (7a) nach Anspruch 2, wobei der Schutz-

Halbleiter (109), die Primärwicklung (120) und die Sekundärwicklung (121) in einem mechanischen Spannverband (122) fixiert sind.

5. Umrichtermodul (7a) nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, wobei die Leistungshalbleiterschaltung (101) in einem Modulgehäuse (123) und die Schutzvorrichtung

(108) außerhalb des Modulgehäuses (123) angeordnet sind . 6. Umrichtermodul (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schutz-Halbleiter (109) einen Gate- Anschluss (110) aufweist, der mit einer Ansteuerschal¬ tung (111) verbunden ist, die induktiv mit einer Verbindungsleitung (112) zwischen dem Energiespeicher (106) und der Leistungshalbleiterschaltung (101) gekoppelt ist.

7. Umrichtermodul (7) nach Anspruch 6, wobei die Ansteuerschaltung (111) eine Sensorwicklung (lila) umfasst, die um oder an der Verbindungsleitung (112) angeordnet ist.

8. Umrichtermodul (7) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Ansteuerschaltung (111) eine Kapazität (117) umfasst, die zwischen dem Gate-Anschluss (110) und ei- nem Kathoden-Anschluss (118) des Schutz-Halbleiters

(109) angeordnet ist.

9. Umrichtermodul (7) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wo¬ bei die Ansteuerschaltung (111) einen Diac (116) um- fasst, der mit dem Gate-Anschluss (110) des Schutz-

Halbleiters (109) verbunden ist.

10. Umrichtermodul (7) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Ansteuerschaltung (111) ein Widerstands- element (115) umfasst.

11. Umrichtermodul (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leistungshalbleiter (102, 104) der Leistungshalbleiterschaltung (101) in einer Halbbrü- ckenschaltung oder einer Vollbrückenschaltung miteinander verbunden sind.

12. Spannungszwischenkreisumrichter (1) mit einer Mehrzahl von Umrichterarmen (6a-f), wobei jeder

Umrichterarm (6a-f) eine Reihenschaltung von Schaltmo¬ dulen umfasst, wobei wenigstens einer der Schalmodule ein Umrichtermodul (7, 7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.

Description:
Beschreibung

MODUL FÜR MODULAREN MEHRPUNKTUMRICHTER MIT KURZSCHLIESSER UND

KONDENSATORSTROMBEGRENZUNG Die Erfindung betrifft ein Umrichtermodul für einen Span- nungszwischenkreisumrichter mit einer Leistungshalbleiterschaltung mit wenigstens zwei Leistungshalbleiterschaltern, einem Energiespeicher in einer Parallelschaltung zu der Leistungshalbleiterschaltung sowie einer Schutzvorrichtung umfas- send einen steuerbaren Schutz-Halbleiter, der in einer Parallelschaltung zum Energiespeicher angeordnet ist.

Ein solches Umrichtermodul ist aus der DE 10 323 220 AI be ¬ kannt. Die Leistungshalbleiterschaltung des bekannten

Umrichtermoduls ist als eine Vollbrückenschaltung ausgebil ¬ det. Sie umfasst zwei Reihenschaltungen von jeweils zwei Leistungshalbleiterschalteinheiten, die jeweils einen ein- und ausschaltbaren Halbleiterschalter sowie eine dazu antiparallele Freilaufdiode aufweisen. Die externen Anschlüsse der Vollbrückenschaltung sind mit Potenzialpunkten zwischen den Leistungshalbleiterschalteinheiten jeder Reihenschaltung angeordnet. Zugleich ist in einer Parallelschaltung zu Leistungshalbleiterschaltung ein Energiespeicher in Form eines Kondensators angeordnet. Der Schutz-Halbleiter des bekannten Umrichtermoduls ist eine Rückschwingdiode bzw. ein Thyristor.

Bei einem Fehlerfall im Umrichtermodul, beispielsweise einem Schaltversagen eines der Halbleiterschalter der Leistungshalbleiterschaltung, kann innerhalb des Umrichtermoduls ein Kurzschluss entstehen. In einem solchen Fall kann es insbesondere zu einer schlagartigen Entladung des Energiespeichers kommen. Ohne besondere Schutzmaßnahmen können dabei Stromamplituden eines Kurzschlussstromes durch die Leistungshalblei ¬ terschaltung von über 1 MA auftreten. Ein solcher Kurz- schlussstrom kann zu einer Explosion in der Leistungshalbleiterschaltung und zur Beschädigung bzw. Zerstörung der Halbleiterschalter führen. Zudem kann die Explosionsenergie zum Verbiegen oder Reißen von Stromschienen und zu einer Beschädigung eines Gehäuses der Leistungshalbleiterschaltung führen .

Der Schutz-Halbleiter des bekannten Umrichtermoduls ist dazu vorgesehen, in einem solchen Fehlerfall den Kurzschlussstrom zu übernehmen. Mittels des Schutz-Halbleiters wird der Ener ¬ giespeicher im Fehlerfall niederohmig kurzgeschlossen, so dass die Leistungshalbleiterschaltung durch die Entladung des Energiespeichers nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.

Das bekannte Umrichtermodul ist ein Teil eines modularen Mehrstufenumrichters, der eine Mehrzahl von Umrichterarmen bzw. Umrichterzweigen umfasst. Die Umrichterarme des bekann ¬ ten Mehrstufenumrichters erstrecken sich jeweils zwischen ei ¬ nem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Wechselspan- nungsanschluss des Mehrstufenumrichters. Jeder Umrichterarm umfasst eine Reihenschaltung der Umrichtermodule. Ein solcher modularer Mehrstufenumrichter weist die vorteilhafte Eigenschaft auf, dass die mittels des modularen Mehrstufenumrich ¬ ters eine mehrstufige Ausgangsspannung nahezu beliebiger Form erzeugt werden kann. Die Anzahl der erzeugbaren Stufen der Ausgangsspannung ist durch die Anzahl der Umrichtermodule in den Umrichterarmen bestimmt. Ein weiterer Vorteil des modularen Mehrstufenumrichters ist, dass in einem Fehlerfall eines der Umrichtermodule mittels einer Überbrückung dieses fehler ¬ haften Umrichtermoduls die Betriebsfähigkeit des modularen Mehrstufenumrichters weiterhin sichergestellt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein eingangs genanntes Umrichtermodul mit einer weiter verbesser ¬ ten Schutzvorrichtung vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Umrichtermodul erfin ¬ dungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schutzvorrichtung ferner einen Strombegrenzer zum Begrenzen von Stoßströmen umfasst, der in Reihe zum Energiespeicher angeordnet ist. Bei einer unkontrollierten Entladung des Energiespeichers im Fehlerfall kann mittels des Strombegrenzers die Amplitude des Kurzschlussstroms begrenzt werden. Auf diese Weise können die negativen Auswirkungen des Kurzschlussstromes minimiert wer ¬ den. Zu diesem Zweck kann der Strombegrenzer jede geeignete Ausgestaltung aufweisen. Beispielsweise kann der Strombegrenzer eine Parallelschaltung einer Induktivität und eines Widerstandelements (RL-Kombination) umfassen.

Mittels des Strombegrenzers kann ein Stoßstrom, der im Fehlerfall im Gleichspannungszwischenkreis des Umrichtermoduls auftritt, begrenzt werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Zerstörung des Schutz-Halbleiters aufgrund eines hohen Stoßstromes vermieden werden, die ansonsten zu Austritt von Lichtbögen und Bruchstücken von Bauteilen führen kann. Als Gleichspannungszwischenkreis des Umrichtermoduls wird in die ¬ sem Zusammenhang der Stromkreis bezeichnet, der den Energie ¬ speicher und die Leistungshalbleiterschaltung umfasst.

Zweckmäßigerweise ist der Strombegrenzer derart ausgelegt, dass er in einem Normalbetrieb des Umrichtermoduls niederin ¬ duktiv ist. Im Falle einer RL-Kombination übernimmt beispielsweise das Widerstandselement den Betriebsstrom während der Kommutierung, so dass die Verluste der Schaltung nur unwesentlich steigen. Die strombegrenzende Eigenschaft des Strombegrenzers tritt geeigneterweise nur in einem Fehlerfall auf . Zweckmäßigerweise ist der Schutz-Halbleiter in einem Normal ¬ betrieb sperrend. Somit hat der Schutz-Halbleiter im Normal ¬ betrieb keinen Einfluss auf die Arbeit des Umrichtermoduls bzw. des gesamten Stromrichters. Der Schutz-Halbleiter kann beispielsweise ein Thyristor oder ein anderer ansteuerbarer Halbleiterschalter sein. Der Schutz-Halbleiter kann dann im Fehlerfall gezündet, also eingeschaltet, werden. Nach der Zündung führt der hohe Kurzschlussstrom durch den Halbleiter- Schalter beispielsweise dazu, dass dieser durchlegiert, so dass ein dauerhafter niederohmiger Strompfad für den Kurzschlussstrom erzeugt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Strombegrenzer eine Primärwicklung, die in Reihe zum Energiespeicher angeordnet ist, sowie eine Sekundärwicklung, wobei die Sekundärwicklung und die Primärwicklung magnetisch gekoppelt sind und die Sekundärwicklung widerstandsbehaftet kurzge- schlössen ist. Gemäß dieser Variante entspricht der Strombe ¬ grenzer einem sekundärseitig kurzgeschlossenen Transformator. Die Primärseite des Transformators ist aktiver Bestandteil des Gleichspannungszwischenkreises des Umrichtermoduls. Im Fehlerfall transformiert die Primärwicklung die aufgrund des steilen Stromanstiegs aufgenommene Spannung in die Sekundär ¬ wicklung, welche dabei durch ihren ohmschen Widerstand einen Teil der aufgenommenen elektrischen Energie in Wärme umwandelt. Der induktive Anteil der Primärwicklung sorgt für eine Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit bzw. des Stoß- Stromes, wobei die über den Strombegrenzer erzeugte Gegenspannung die Amplitude des Kurzschlussstromes begrenzt. Zudem kann durch die im Kurzschlussfall erhöhte Induktivität auch die Frequenz des Kurzschlussstromes ebenfalls verringert wer ¬ den. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Aussendung hoch- frequenter magnetischer Felder reduziert werden, wodurch eine Störung benachbarter elektronischer Baugruppen minimiert werden kann. Darüber ist es möglich, mittels des Strombegrenzers zwischen 50% und 90% der im Gleichspannungszwischenkreis des Umrichtermoduls gespeicherten Energie dissipativ abzubauen.

Alternativ kann der Strombegrenzer eine elektrische Parallelschaltung aus einer Induktivität und einem Widerstand umfas ¬ sen . Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Schutz-Halbleiter, die Primärwicklung und die Sekundärwicklung in einem mechanischen Spannverband fixiert. Der Schutz- Halbleiter, die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Strombegrenzers sind miteinander mechanisch verspannt. Da ¬ durch kann eine besonders kompakte und mechanisch robuste Bauweise für die Schutzvorrichtung erreicht werden. Durch den kompakten Aufbau kann der Platzbedarf reduziert und damit auch ein Kostenvorteil erreicht werden.

Vorzugsweise sind die Leistungshalbleiterschaltung in einem Modulgehäuse und die Schutzvorrichtung außerhalb des Modulge- häuses angeordnet. Auf diese Weise sind der innere Aufbau der Leistungshalbleiterschaltung und der Schutzvorrichtung voneinander unabhängig, so dass auch bereits vorhandene, nicht er ¬ findungsgemäße Umrichtermodule mit der Schutzvorrichtung auf ¬ gerüstet werden können. Dieser Aufbau bringt somit einen Kos- tenvorteil bei der Herstellung des Umrichtermoduls.

Bevorzugt weist der Schutz-Halbleiter einen Gate-Anschluss (Gate) auf, der mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist, die induktiv mit einer Verbindungsleitung zwischen dem Ener- giespeicher und der Leistungshalbleiterschaltung gekoppelt ist. Der Schutz-Halbleiter ist bevorzugt ein ansteuerbarer Halbleiterschalter. Die Ansteuerschaltung ist mit dem Steuer- anschluss bzw. dem Gate des Schutz-Halbleiters verbunden und übernimmt die Ansteuerung des Schutz-Halbleiters. Die induk- tive Kopplung bewirkt, dass bei einem starken Stromanstieg im Gleichspannungszwischenkreis des Umrichtermoduls ein Strom in der Ansteuerschaltung induziert wird. Der Strom in der Ansteuerschaltung ist geeigneterweise dazu geeignet, den

Schutz-Halbleiter zu zünden. Auf diese Weise ist eine einfa- che und zugleich wirksame Steuerung des Schutz-Halbleiters bereitgestellt .

Die induktive Kopplung kann durch eine Sensorwicklung realisiert sein, die um oder an der Verbindungsleitung angeordnet beziehungsweise geführt ist. Die Sensorwicklung ist bei ¬ spielsweise derart angeordnet, dass die von der Sensorwick ¬ lung aufgespannte Fläche parallel zu einer Fläche ist, die von der Zwischenkreisschaltung aufgespannt ist. Dies sorgt für eine besonders zuverlässige induktive Kopplung der An ¬ steuerschaltung. Die induktive Kopplung ist geeigneterweise derart eingerichtet, dass ein Anstieg eines Kurzschlussstro- mes oberhalb 200 kA/ys zu einer Zündung des Schutz- Halbleiters führt. Damit führen insbesondere kleine Fehler ¬ ströme von 10 kA bis 20 kA, die betriebsbedingt im

Umrichtermodul auftreten können, nicht zu einer (unnötigen) Zündung des Schutzhalbleiers .

Vorzugsweise umfasst die Ansteuerschaltung eine Kapazität, die zwischen dem Gate-Anschluss und einem Kathoden-Anschluss (Kathode) des Schutz-Halbleiters angeordnet ist. Die Kapazi ¬ tät ist dazu eingerichtet ist, durch die Abgabe einer in der Kapazität gespeicherten Energie, den Schutz-Halbleiter einzuschalten beziehungsweise zu zünden. Die Kapazität weist be ¬ vorzugt einen Kapazitätswert zwischen 10 Mikrofarad und 50 Mikrofarad auf. Bevorzugt umfasst die Ansteuerschaltung einen Diac (auch als Zweichrichtungsdiode bezeichnet) , der mit dem Gate-Anschluss des Schutz-Halbleiters verbunden ist. Anstelle des Diac ist auch jeder andere geeignete spannungsgesteuerte Schalter ein ¬ setzbar. Der Diac ist dazu eingerichtet, oberhalb einer vor- bestimmten Spannungsschwelle leitend zu sein. Unterhalb der Spanungsschwelle bleibt der Diac sperrend. Die Spannungs ¬ schwelle kann zwischen 1 V und 100 V liegen, bevorzugt zwischen 10 V und 50 V. Mittels des Diacs kann vorteilhaft ver ¬ mieden werden, dass kleine Spannungsschwankungen zum Zünden des Schutz-Halbleiters führen. Nach dem Überschreiten der

Spannnungsschwelle bleibt der Diac niederohmig leitend, so ¬ lange Strom fließt.

Die Ansteuerschaltung kann ferner ein Widerstandselement zur Strombegrenzung eines Stromes durch die Ansteuerschaltung umfassen. Ein Widerstandswert des Widerstandselements liegt be ¬ vorzugt zwischen 0,1 Ohm und 1 Ohm. Die Kapazität und das Widerstandselement üben gemeinsam eine Filterfunktion als Tiefpass aus. Die Leistungshalbleiter der Leistungshalbleiterschaltung können beispielsweise in einer Halbbrückenschaltung oder einer Vollbrückenschaltung miteinander verbunden sein. Gemäß einer Ausführungsvariante mit Vollbrückenschaltung weist die Leis ¬ tungshalbleiterschaltung vier ein- und abschaltbare Leis- tungshalbleiter auf, die so mit dem Energiespeicher verschaltet sind, dass an Ausgangsklemmen des Umrichtermoduls eine an dem Energiespeicher abfallende Energiespeicherspannung, eine Nullspannung oder aber die inverse Energiespeicherspannung erzeugbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante mit Halbbrückenschaltung weist die Leistungshalbleiterschaltung zwei abschaltbare Leistungshalbleiter auf, die so mit dem Energiespeicher verschaltet sind, dass an Ausgangsklemmen des Schaltmoduls eine an dem Energiespeicher abfallende Energie ¬ speicherspannung oder eine Nullspannung erzeugbar ist.

Die Erfindung betrifft ferner einen Spannungszwischenkreisum- richter mit einer Mehrzahl von Umrichterarmen, wobei jeder Umrichterarm eine Reihenschaltung von Schaltmodulen umfasst. Ein solcher Spannungszwischenkreisumrichter, der ein modula- rer Mehrstufenumrichter ist, ist aus der bereits zuvor genannten DE 10 323 220 AI bekannt. Dort erstrecken sich die Umrichterarme zwischen jeweils zugeordneten Wechselspannungs ¬ anschlüssen des Mehrstufenumrichters. Die Schaltmodule weisen jeweils eine Leistungshalbleiterschaltung in Vollbrückenausführung auf.

Ein modularer Mehrstufenumrichter, dessen Umrichterarme sich jeweils zwischen einem Gleichspannungspol und einem Wechsels- pannungsanschluss des Zwischenkreisumrichters erstrecken, ist aus der WO 2016/155837 AI bekannt. Die Schaltmodule des Mehr- Stufenumrichters der WO 2016/155837 AI weisen jeweils eine Leistungshalbleiterschaltung in Halbbrückenausführung auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen artgemäßen Spannungszwischenkreisumrichter vorzuschlagen, der möglichst zuverlässig ist.

Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Spannungszwischenkreis- umrichter erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaltmo ¬ dule des Spannungszwischenkreisumrichters erfindungsgemäße Umrichtermodule sind.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Spannungszwischenkreisum- richters ergeben sich insbesondere aus den zuvor beschriebe ¬ nen Vorteilen des erfindungsgemäßen Umrichtermoduls. Insbesondere die in einem Fehlerfall erreichte Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Umrichtermoduls erhöht bei dessen Einsatz in einem Spannungszwischenkreisumrichter die Zuverlässigkeit der gesamten Anordnung.

Alle zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen

Umrichtermodul beschriebenen Merkmale und Ausführungsvarianten können selbstverständlich auch beim erfindungsgemäßen Spannungszwischenkreisumrichter einzeln oder in Kombination realisiert werden.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 weiter erläutert werden.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannungszwischenkreisumrichters in einer schematischen Dar ¬ stellung;

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Umrichtermoduls in einer schematischen Darstellung; Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung für ein erfindungsgemäßes Umrichtermodul in einer schemati ¬ schen Darstellung. Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin ¬ dungsgemäßen Umrichtermoduls in einer schematischen Darstellung .

Figur 1 zeigt einen Zwischenkreisumrichter 1, der modularen Mehrstufenumrichter (MMC) ist. Der MMC 1 weist einen ersten Gleichspannungspol 2 und einen zweiten Gleichspannungspol 3. Der erste und der zweite Gleichspannungspol 2 bzw. 3 sind mit einer Gleichspannungsverbindung 4 verbunden, die zum Verbinden des MMC mit einem Gleichspannungsnetz dient. Der MMC 1 weist ferner einen Wechselspannungsanschluss 5 auf, der zum Anschluss des MMC 1 an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz eingerichtet ist. Zwischen jedem der beiden Gleichspannungs ¬ pole 2, 3 und dem Wechselspannungsanschluss 5 erstrecken sich sechs gleichartig aufgebaute Umrichterarme 6a-f.

Der Phasenzweig 6a umfasst eine Reihenschaltung gleichartig aufgebauter zweipoliger Umrichtermodule 7. Die Anzahl der Umrichtermodule 7 ist grundsätzlich beliebig und auf die je ¬ weilige Anwendung angepasst, was in Figur 1 durch die unter- brochenen Linien 9 angedeutet ist. In einer Reihenschaltung zu den Umrichtermodule 7 ist jeweils eine Glättungsdrossel 8 angeordnet. Auf den Aufbau der Umrichtermodule 7 wird in der nachfolgenden Figur 2 näher eingegangen. Figur 2 zeigt im Einzelnen ein Umrichtermodul 7. Das

Umrichtermodul 7 umfasst eine Leistungshalbleiterschaltung in Form einer Halbbrückenschaltung 101. Die Halbbrückenschaltung 101 weist zwei Anschlüsse XI und X2 auf. Der Anschluss XI kann beispielsweise die Leistungshalbleiterschaltung 101 mit dem Anschluss X2 einer Leistungshalbleiterschaltung eines weiteren Umrichtermoduls 7 verbinden, so dass eine Reihenschaltung der Umrichtermodule 7 gebildet ist. Die Leistungshalbleiterschaltung 101 umfasst einen ersten Halbleiterschalter 102 in Form eines Bipolartransistors mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), dem eine Freilaufdiode 103 antiparallel geschaltet ist. Ferner umfasst die Halbbrücken ¬ schaltung 101 einen zweiten Halbleiterschalter 104 in Form eines IGBT, dem eine Freilaufdiode 105 antiparallel geschal ¬ tet ist. Die Durchlassrichtung der beiden Halbleiterschalter 102 und 104 ist gleichgerichtet. Der erste Anschluss XI ist an einem Potenzialpunkt 113 zwischen den beiden Halbleiterschaltern 102 und 104 angeordnet. Der zweite Anschluss X2 ist mit dem Emitter des zweiten Halbleiterschalters 104 verbunden . Parallel zu den beiden Halbleiterschaltern 102, 104 ist ein

Energiespeicher in Form eines Leistungskondensators 106 ange ¬ ordnet. Durch eine geeignete Ansteuerung der Halbleiterschal ¬ ter 102, 104 kann, bei einer durch einen Pfeil 107 angedeuteten Betriebsstromrichtung, der Kondensator 106 zugeschaltet oder überbrückt werden, so dass an den Anschlüssen XI, X2 entweder die am Kondensator 106 abfallende Spannung Uc oder eine Spannung null abfällt.

Das Umrichtermodul 7 umfasst ferner eine Schutzvorrichtung 108 mit einem Schutz-Halbleiter in Form eines Thyristors 109, der parallel zum Energiespeicher 107 angeordnet ist. Das Gate 110 des Thyristors 109 ist mit einer Ansteuerschaltung 111 verbunden, die induktiv an eine Verbindungsleitung 112 zwischen dem Energiespeicher 106 und der Leistungshalbleiter- Schaltung 101 gekoppelt ist. Auf die Einzelheiten des Aufbaus der Ansteuerschaltung 111 wird in der nachfolgenden Figur 3 näher eingegangen. Die induktive Kopplung wird mittels einer Stromschleife lila realisiert, die derart ausgestaltet ist, dass die durch die Stromschleife lila aufgespannte Fläche in etwa parallel zu der von der Parallelschaltung des Kondensa ¬ tors 106 und des Thyristors 109 aufgespannte Fläche liegt. Die Ansteuerschaltung 111 umfasst darüber hinaus eine

Bauelementenanordnung 111b.

Die Schutzvorrichtung 108 umfasst ferner einen Strombegrenzer 114. Der Strombegrenzer 114 umfasst eine Parallelschaltung eines Widerstandselements R und einer Induktivität L.

Figur 3 zeigt den Aufbau der Ansteuerschaltung 108 für das Umrichtermodul 7 der Figuren 1, 2 und 3, wobei gleiche und gleichartige Bauelemente in allen Figuren 1 bis 4 mit glei ¬ chen Bezugszeichen versehen sind. Die Bauelementenanordnung 111b umfasst einen Widerstand 115 und einen Diac 116, die zwischen Gate 110 des Thyristors 109 und der Stromschleife lila angeordnet sind. Ferner ist ein Kondensator 117 parallel zur Stromschleife lila und zwischen dem Gate 110 und einer Kathode 118 des Thyristors 109 vorgesehen.

Bei einer fehlerverursachten, schlagartigen Entladung des Kondensators 106 induziert ein starker Anstieg eines Kurz- schlussstroms durch die Verbindungsleitung 112 eine Spannung in der Stromschleife lila. Sobald die Spannung einen vorbe ¬ stimmten Schwellwert von 30 V überschreitet, wird der Diac 116 leitend, so dass der Thyristor 109 über dessen Gate 110 gezündet wird. Der Kurzschlussstrom wird damit über den Thy- ristor 109 geleitet, so dass die Leistungshalbleiterschaltung 101 vor einer Beschädigung bewahrt wird. Die Energie aus dem Kondensator 106 kann mittels des Strombegrenzers 114 abgebaut und in Wärme umgewandelt werden. In Figur 4 ist ein Umrichtermodul 7a dargestellt, das eines oder mehrere der Umrichtermodule 7 in Figur 1 ersetzen kann. Im Unterschied zum Umrichtermodul 7 der Figur 3 umfasst das Umrichtermodul 7a eine Schutzvorrichtung 108a. Die Schutzvor ¬ richtung 108a umfasst einen Strombegrenzer 114a mit einer Primärwicklung 120, die in Reihe zum Energiespeicher 106 angeordnet ist, sowie eine Sekundärwicklung 121, die kurzge ¬ schlossen ist, ohne dass der Widerstand der Sekundärwicklung null ist (die Enden der Sekundärwicklung sind beispielsweise miteinander verbunden) . Die Primär- und die Sekundärwicklung 120 beziehungsweise 121 sind miteinander magnetisch gekop ¬ pelt.

Darüber hinaus sind der Thyristor 109, die Primär- und die Sekundärwicklung 120 beziehungsweise 121 miteinander in einem mechanischen Spannverband 122 verspannt und fixiert. Der Spannverband 122 ist außerhalb eines Gehäuses 123 der Leis- tungshalbleiterschalter 101 angeordnet. Die Ansteuerschaltung des Thyristors 109 entspricht in ihrem Aufbau derjenigen aus Figur 3.