Potentialausgleichsystem für einen modularen Multilevel- Stromrichter

Die Erfindung betrifft einen modularen Multilevel- Stromrichter mit mehreren Stromrichtermodulen, die jeweils eine Gleichspannungsquelle, beispielsweise einen Kondensator, aufweisen .

Um Wartungsarbeiten an einem solchen Stromrichter

auszuführen, muss vorher sichergestellt sein, dass die

Gleichspannungsquellen entladen sind und mindestens ein Pol jeder Gleichspannungsquelle auf Erdpotential liegt.

Beispielsweise wird die Potentialanbindung über eine hohe Anzahl in Reihe geschalteter Schiebekontakte oder durch von Hand eingelegte Überbrückungsseile erreicht. Die hohe Anzahl von in Reihe geschalteten Kontakten kann bei Ausfall von zwei Kontakten jedoch zu einer Unterbrechung des Erdpotentials führen .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Potentialausgleichsystem für einen modularen Multilevel- Stromrichter mit mehreren Stromrichtermodulen, die jeweils eine Gleichspannungsquelle aufweisen, anzugeben, das die Anbindbarkeit der Gleichspannungsquellen an ein Erdpotential verbessert .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein

Potentialausgleichsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen modularen Multilevel-Stromrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßes Potentialausgleichsystem für einen modularen Multilevel-Stromrichter, der mehrere Stromrichtermodule (3) mit jeweils einer

Gleichspannungsquelle (13) aufweist, umfasst Polkontakte, die jeweils mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle elektrisch verbunden sind, und wenigstens ein elektrisch leitfähiges Kontaktierelement, das zwischen einer ersten Endlage, in der es von den Stromrichtermodulen elektrisch getrennt ist, und einer zweiten Endlage, in der es Polkontakte verschiedener Gleichspannungsquellen kontaktiert und auf ein Erdpotential legbar ist, bewegbar ist, beispielsweise durch einen

manuellen, mechanischen oder elektrischen Antrieb.

Bei einem erfindungsgemäßen Potentialausgleichsystem für einen modularen Multilevel-Stromrichter können also Pole von Gleichspannungsquellen verschiedener Stromrichtermodule des Stromrichters auf ein Erdpotential gelegt werden, indem mit den Polen jeweils verbundene Polkontakte durch ein

Kontaktierelement elektrisch miteinander verbunden werden und das Kontaktierelement auf das Erdpotential gelegt wird.

Dadurch bleiben bei einem Ausfall einzelner Polkontakte die über die anderen Polkontakte mit dem Kontaktierelement verbundenen Gleichspannungsquellen an das Erdpotential angeschlossen. Dies erhöht vorteilhaft die Sicherheit der Anbindung vieler Gleichspannungsquellen an das Erdpotential gegenüber einer Anbindung über eine Vielzahl in Reihe

geschalteter Kontakte.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Kontaktierelement eine elektrische Abschirmung zum

Abschirmen mehrerer Stromrichtermodule ist, die um eine

Drehachse zwischen der ersten Endlage und der zweiten Endlage drehbar ist. Beispielsweise weist die Abschirmung ein

Abschirmrohr auf, von dem wenigstens ein Abschirmkontakt absteht, der in der zweiten Endlage der Abschirmung

wenigstens einen Polkontakt kontaktiert, und die Drehachse der Abschirmung ist eine Längsachse des Abschirmrohrs.

Beispielsweise ist wenigstens ein Abschirmkontakt als ein an dem Abschirmrohr angeordneter Henkel ausgebildet, der in der zweiten Endlage der Abschirmung mehrere Polkontakte kontaktiert. Die Abschirmung ist beispielsweise aus Aluminium gefertigt .

Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung nutzen eine in der Regel ohnehin erforderliche Abschirmung von

Stromrichtermodulen als ein Kontaktierelement beziehungsweise versehen das Kontaktierelement mit einer Abschirmfunktion. Dadurch wird der Material- und Konstruktionsaufwand gegenüber separat ausgeführten Abschirmungen und Kontaktierelementen vorteilhaft reduziert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Kontaktierelement ein elektrisch leitfähiges Kontaktseil, beispielsweise ein Kupferseil, ist, das an einem elektrisch isolierenden, über Polkontakte verschiedener

Gleichspannungsquellen geführten Führungsseil führbar ist, in der ersten Endlage an keinem Polkontakt anliegt und in der zweiten Endlage an den Polkontakten, über die das

Führungsseil geführt ist, anliegt. Beispielsweise ist das Führungsseil über eine erste Seiltrommel geführt, das

Kontaktseil ist über eine zweite Seiltrommel geführt und beide Seiltrommeln sind auf einer manuell, mechanisch oder elektrisch antreibbaren Antriebswelle montiert.

Ein als Kontaktseil ausgebildetes Kontaktierelement

ermöglicht eine der räumlichen Verteilung der Polkontakte flexibel anpassbare elektrische Verbindung der Polkontakte, insbesondere auch eine Verbindung räumlich relativ weit voneinander entfernter Polkontakte.

Ein erfindungsgemäßer modularer Multilevel-Stromrichter, insbesondere ein selbstgeführter modularer Multilevel- Stromrichter, umfasst mehrere Stromrichtermodule mit jeweils einer Gleichspannungsquelle, die beispielsweise als ein

Kondensator oder eine elektrische Verschaltung mehrerer

Kondensatoren ausgebildet ist, und ein erfindungsgemäßes Potentialausgleichsystem. Die Vorteile eines derartigen

Stromrichters ergeben sich aus den oben bereits genannten Vorteilen eines erfindungsgemäßen Potentialausgleichsystems und werden daher hier nicht noch einmal aufgeführt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Stromrichter mehrere Modulgruppen auf, die jeweils mehrere Stromrichtermodule mit jeweils wenigstens einem Polkontakt aufweisen. Für jede Modulgruppe weist das

Potentialausgleichsystem ein Kontaktierelement auf, das in seiner zweiten Endlage alle Polkontakte der Modulgruppe kontaktiert. Diese Ausgestaltung der Erfindung

berücksichtigt, dass die Stromrichtermodule eines modularen Multilevel-Stromrichters häufig mehrere Modulgruppen bilden, die beispielsweise räumlich voneinander beabstandet

angeordnet sind. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, für jede Modulgruppe ein Kontaktierelement vorzusehen. Dabei kann vorgesehen sein, dass alle Kontaktierelemente in ihren zweiten Endlagen elektrisch miteinander verbunden sind. Dies vereinfacht vorteilhaft die Anbindung an das Erdpotential. Ferner kann ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen sein, mit dem alle Kontaktierelemente gleichzeitig antreibbar sind. Dadurch kann einerseits der Kosten- und Materialaufwand für das Bewegen der Kontaktierelemente reduziert werden und

andererseits können die Bewegungen der Kontaktierelemente einfacher synchronisiert werden.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im

Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von

Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den

Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 einen Schaltplan eines modularen Multilevel-

Stromrichters,

FIG 2 als Abschirmungen ausgebildete Kontaktierelemente und einen Antrieb zum Bewegen der Abschirmungen, FIG 3 eine perspektivische Darstellung von Polkontakten und eines als Abschirmung ausgebildeten Kontaktierelements in einer ersten Endlage der Abschirmung,

FIG 4 eine perspektivische Darstellung der in Figur 3 gezeigten Polkontakte und der Abschirmung in einer zweiten Endlage der Abschirmung,

FIG 5 Polkontakte und ein als ein Kontaktseil

ausgebildetes Kontaktierelement, das an einem Führungsseil geführt wird, in einer Zwischenlage des Kontaktseils ,

FIG 6 die in Figur 5 gezeigten Polkontakte und das an dem

Führungsseil geführte Kontaktseil in einer zweiten Endlage des Kontaktseils .

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt einen Schaltplan eines selbstgeführten

modularen Multilevel-Stromrichters 1. Der Stromrichter 1 weist mehrere im Normalbetrieb des Stromrichters 1 in Reihe geschaltete Stromrichtermodule 3 auf, von denen nur einige dargestellt sind. Die Stromrichtermodule 3 bilden drei übereinander angeordnete Modulgruppen 5 bis 7. Ferner weist der Stromrichter 1 ein erfindungsgemäßes

Potentialausgleichsystem auf, das für jede Modulgruppe 5 bis 7 ein elektrisch leitfähiges Kontaktierelement 17 und für jedes Stromrichtermodul 3 einen Polkontakt 15 aufweist.

Jedes Stromrichtermodul 3 weist eine Halbbrücke aus

Halbleiterschaltern 9 auf, die beispielsweise jeweils als ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT = Insulated-Gate Bipolar Transistor) ausgebildet sind, zu dem eine

Freilaufdiode 11 antiparallel geschaltet ist. Ferner weist jedes Stromrichtermodul 3 eine Gleichspannungsquelle 13 auf, die als ein Kondensator ausgebildet ist. Ein Pol der

Gleichspannungsquelle 13 ist mit dem Polkontakt 15 des Stromrichtermoduls 3 elektrisch verbunden, über den der Pol elektrisch kontaktierbar ist.

Das Kontaktierelement 17 jeder Modulgruppe 5 bis 7 ist zwischen einer ersten Endlage, in der es von den

Stromrichtermodulen 3 der Modulgruppe 5 bis 7 elektrisch getrennt ist, und einer zweiten Endlage, in der es alle

Polkontakte 15 der Modulgruppe 5 bis 7 kontaktiert und die Gleichspannungsquellen 13 der Stromrichtermodule 3 der

Modulgruppe 5 bis 7 parallel schaltet, bewegbar. Das

Kontaktierelement 17 einer ersten Modulgruppe 5 kontaktiert in seiner zweiten Endlage zusätzlich einen Erdungskontakt 19, an den über einen ersten Erdungsschalter 21 ein Erdpotential legbar ist. Das Kontaktierelement 17 einer zweiten

Modulgruppe 6 kontaktiert in seiner zweiten Endlage

zusätzlich einen ersten Verbindungskontakt 23, der elektrisch mit einem Polkontakt 15 der ersten Modulgruppe 5 verbunden ist. Das Kontaktierelement 17 der dritten Modulgruppe 7 kontaktiert in seiner zweiten Endlage zusätzlich einen zweiten Verbindungskontakt 25, der elektrisch mit einem

Polkontakt 15 der zweiten Modulgruppe 6 verbunden ist. An einen Polkontakt 15 der dritten Modulgruppe 7 ist über einen zweiten Erdungsschalter 22 das Erdpotential legbar. Wenn sich alle Kontaktierelemente 17 in ihrer zweiten Endlage befinden, ist daher durch Schließen wenigstens eines

Erdungsschalters 21, 22 das Erdpotential an alle

Polkontakte 15 legbar.

Jedes Kontaktierelement 17 ist über einen Antrieb 27 zwischen seinen beiden Endlagen bewegbar. Die Antriebe 27 der

Kontaktierelemente 17 können auch als ein gemeinsamer Antrieb 27 für alle Kontaktierelemente 17 ausgeführt sein.

Figur 2 zeigt als Abschirmungen ausgebildete

Kontaktierelemente 17 und einen gemeinsamen Antrieb 27 für die Kontaktierelemente 17. Jede Abschirmung ist zum

Abschirmen der Stromrichtermodule 3 einer Modulgruppe 5 bis 7 ausgebildet . Jede Abschirmung weist ein Abschirmrohr 29 auf und ist um eine Drehachse 31, die eine Längsachse des Abschirmrohrs 29 ist, zwischen seinen beiden Endlagen drehbar. Von jedem

Abschirmrohr 29 steht ein Abschirmkontakt 33 ab, der als ein an dem Abschirmrohr 29 angeordneter Henkel ausgebildet ist. Die Abschirmungen sind beispielsweise aus Aluminium

gefertigt .

Der Antrieb 27 umfasst eine Antriebsstange 35, die manuell, mechanisch oder elektrisch angetrieben um ihre Längsachse drehbar ist, und für jedes Abschirmrohr 29 ein

Getriebeelement 37, das aus einer Drehung der

Antriebsstange 35 um deren Längsachse eine Drehung des

Abschirmrohrs 29 um die Drehachse 31 bewirkt. Beispielsweise bilden die Antriebsstange 35 und jedes Getriebeelement 37 ein Schneckengetriebe, wobei die Antriebsstange 35 als Schnecke des Schneckengetriebes ausgebildet ist und das

Getriebeelement 37 als Schneckenrad des Schneckengetriebes ausgebildet ist.

Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei Polkontakte 15 einer

Modulgruppe 5 bis 7 und einen Abschnitt einer dazu gehörenden Abschirmung in den beiden Endlagen der Abschirmung, wobei Figur 3 die erste Endlage zeigt und Figur 4 die zweite

Endlage zeigt. Die Polkontakte 15 der Modulgruppe 5 bis 7 sind entlang einer Parallelen zu der Drehachse 31 der

Abschirmung nebeneinander angeordnet. In der ersten Endlage der Abschirmung ist der Abschirmkontakt 33 der Abschirmung von den Polkontakten 15 beabstandet. In der zweiten Endlage ist das Abschirmrohr 29 gegenüber der ersten Endlage um etwa 90 Grad um die Drehachse 31 gedreht und der

Abschirmkontakt 33 der Abschirmung liegt an den

Polkontakten 15 an.

Die Figuren 5 und 6 zeigen Polkontakte 15 und ein als ein elektrisch leitfähiges Kontaktseil ausgebildetes Kontaktierelement 17, das an einem elektrisch isolierenden Führungsseil 39 geführt wird.

Das Führungsseil 39 ist über eine erste Seiltrommel 41,

Umlenkrollen 43, die Polkontakte 15 und einen

Erdungskontakt 19 geführt.

Das Kontaktseil ist in seiner ersten Endlage auf einer zweiten Seiltrommel 42 aufgewickelt und wird mit dem

Führungsseil 39 von der ersten Endlage über eine in Figur 5 gezeigte Zwischenlage in die in Figur 6 gezeigte zweite

Endlage gezogen, in der es an allen Polkontakten 15 und dem Erdungskontakt 19 anliegt. Das Kontaktseil ist beispielsweise aus Kupfer gefertigt.

Die Seiltrommeln 41, 42 sind auf einer Antriebswelle 45 montiert, die manuell, mechanisch oder elektrisch antreibbar ist .

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte

Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der

Erfindung zu verlassen.

Bezugs zeichenliste

1 Stromrichter

3 Stromrichtermodul

5 bis 7 Modulgruppe

9 HalbleiterSchalter

11 Freilaufdiode

13 Gleichspannungsquelle

15 Polkontakt

17 Kontaktierelement

19 Erdungskontakt

21, 22 ErdungsSchalter

23, 25 Verbindungskontakt

27 Antrieb

29 Abschirmrohr

31 Drehachse

33 Abschirmkontakt

35 AntriebsStange

37 Getriebeelernent

39 Führungsseil

41, 42 Seiltrommel

43 Umlenkrolle

45 Antriebswelle