(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュラー変換器（10）の変換器セル（18）の第１の入力（Ｘ１）と第２の入力（Ｘ２）を短絡するためのブリッジングユニット（26）において、
双安定機械的リレー（34）と、
電力電子スイッチ（36）と、
前記双安定機械的リレー（34）と前記電力電子スイッチ(36)を切換えるための駆動装置（42）とを具備し、
前記双安定機械的リレー（34）は前記第１の入力（Ｘ１）を前記第２の入力（Ｘ２）に電気的に接続するように構成されており、
前記電力電子スイッチ（36）は前記第１の入力（Ｘ１）を前記第２の入力（Ｘ２）に電気的に接続するように構成されており、
エネルギ貯蔵装置（48）が電力を前記双安定機械的リレー（34）と、前記電力電子スイッチ（36）と、前記駆動装置（42）とへ供給するために設けられ、
前記駆動装置（42）は受動型の過電圧検出装置（70）を具備し、前記過電圧が超過されるならば、前記エネルギ貯蔵装置（48）は前記過電圧により充電され、
前記駆動装置（42）はさらに電子スイッチ（Ｔ１）を有し、これはエネルギ貯蔵装置（48）上の電圧が予め規定された値を超過するときに閉じられ、前記駆動装置は前記エネルギ貯蔵装置から前記双安定機械的リレー（34）および／または前記電力電子スイッチ（36）へ電流を供給し、
前記駆動装置（42）はヒステリシス特性を有し、それによって予め規定された値を超過した前記エネルギ貯蔵装置（48）上の電圧が、予め規定された値より低い値になっても、前記双安定機械的リレー（34）および／または前記電力電子スイッチ（36）は依然として前記エネルギ貯蔵装置から電流を供給されるブリッジングユニット（26）。
【請求項２】
前記電力電子スイッチ（36）は数マイクロ秒乃至数十マイクロ秒以内で閉じるように構成され、および／または
前記双安定機械的リレー（34）は数ミリ秒乃至数十ミリ秒以内で閉じるように構成されている請求項１記載のブリッジングユニット（26）。
【請求項３】
前記電力電子スイッチ（36）は２つの背中合わせの並列サイリスタ（38）を具備し、および／または
前記電力電子スイッチ（36）はトライアックを具備している請求項１または２記載のブリッジングユニット（26）。
【請求項４】
前記駆動装置（42）は閉信号を受信するように構成され、
前記駆動装置（42）は前記閉信号に応答して、前記双安定機械的リレー（34）および／または前記電力電子スイッチ（36）を閉じるように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のブリッジングユニット（26）。
【請求項５】
前記駆動装置（42）はリセット信号を受信するように構成され、
前記駆動装置（42）は前記リセット信号に応答して、前記双安定機械的リレー（34）および／または前記電力電子スイッチ（36）を開くように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載のブリッジングユニット（26）。
【請求項６】
前記駆動装置（42）は前記第１の入力（Ｘ１）と前記第２の入力（Ｘ２）との間の過電圧および／または過電流を決定するように構成され、
前記駆動装置（42）は前記過電圧および／または前記過電流が決定されるとき前記双安定機械的リレー（34）および／または前記電力電子スイッチ（36）を閉じるように構成されている請求項１乃至５のいずれか１項記載のブリッジングユニット（26）。
【請求項７】
前記駆動装置（42）は外部閉信号および／またはリセット信号を検出するように構成され、
前記駆動装置（42）は外部閉信号が検出されたとき、前記双安定機械的リレー（34）および／または前記電力電子スイッチ（36）を閉じるように構成され、
前記駆動装置（42）は外部リセット信号が検出されたとき、前記双安定機械的リレー（34）および／または前記電力電子スイッチ（36）を開くように構成されている請求項１乃至６のいずれか１項記載のブリッジングユニット（26）。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載のブリッジングユニット（26）を具備している変換器セル（18）。
【請求項９】
さらに、過電流の遮断装置（58）および／または
前記変換器セル（18）中のＩＧＢＴの不飽和の監視装置を含み、
前記過電流の遮断装置（58）は過電流の場合に、前記変換器セル（18）中の半導体素子を遮断するように構成されている請求項８記載の変換器セル（18）。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の複数の変換器セル（18）を具備している変換器(10)。
【請求項１１】
さらにシステム保護装置を具備し、
このシステム保護装置は、変換器および／またはシステムの故障の場合に前記変換器セル（18）の前記ブリッジングユニット（26）中の電力電子スイッチを閉じ、故障が修正された後に再度それらを選択的にリセットするように構成されている請求項１０記載の変換器（10）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワーエレクトロニクスの分野に関し、特に本発明は変換器セルを短絡するためのブリッジングユニットと、変換器セルと、変換器と、変換器セルを短絡するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
あるタイプの変換器、例えばモジュラー多レベル変換器（Ｍ２ＬＣ変換器）はパワーエレクトロニクススイッチを具備する複数の変換器セルを有することができ、それによって変換器により切換えられる電流が切換えられる。これらのようなセルでは、変換器中の１以上のセルがバイパスされるか短絡される必要があるという問題が生じる可能性が常に存在する。これは例えば過電流または過電圧が１つ又は複数のセルに存在するときに起こりうることであり、これは外部の故障（例えば接地故障）により、または変換器セル中の内部故障により生じる可能性がある。
【０００３】
変換器セル中の重大な内部故障の場合、変換器セルが永久的にブリッジされることが有効であろう。火工装置が行う接触（WO 2009/092621 A1）、真空遮断器（WO 2008/125494 A1）またはその他の遮断半導体コンポーネント（DE 103 232 20 A1、WO 2007/023064）は既にこの目的で提案されている。
【０００４】
外部故障の場合、サージ電流を短期間にブリッジングユニットを通過し、このようなサージ電流が変換器セルをバイパスしなければならない必要がありうる。この目的で、例えばサイリスタが変換器スイッチのフリーホイールダイオードと並列に構成されることが提案されている（WO 2008/067786 A1）。
【０００５】
リセット可能ではないブリッジングユニット（例えば火工装置が行う接触又は遮断されたコンポーネント）は変換器セルから除去され、まだ使用されていない新しいブリッジングユニットにより置換される必要があり、これには労力を要する。これは非常に時間を消費し、高価である可能性がある。
【０００６】
サイリスタはまた外部の電力なしにブリッジングユニットが開路状態に戻る問題も受ける。変換器の完全な電力故障はこの場合にもまた、欠陥のあるセルのブリッジングユニットをスイッチをオフに切り換えられた状態に再度切換える。
【０００７】
GB 1 163 507 Aは変換器中の変換器セルの第１の入力及び第２の入力を短絡するこの一般的なタイプのブリッジングユニットを特定している。さらに米国特許第5,986,909号明細書はリレー手段による変換器セルのブリッジングユニットを開示している。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的はメンテナンスがしやすく信頼性のある変換器セルを有する変換器を提供することである。
【０００９】
この目的は独立請求項の主題により実現される。さらに本発明の実施形態は従属請求項で特定されている。
【００１０】
本発明の第１の特徴はモジュラー変換器の変換器セルの第１の入力と第２の入力を短絡するためのブリッジングユニットに関する。
【００１１】
変換器は電力変換器であってもよく、それは数十または数百アンペアの電流と数千ボルトを変換するように構成されている。この場合、変換とはＡＣ電圧がＤＣ電圧から発生され、ＤＣ電圧がＡＣ電圧から発生され、または第２の周波数のＡＣ電圧が第１の周波数のＡＣ電圧から発生されるプロセスを意味している。変換器はモジュラー多レベル変換器（Ｍ２ＬＣ）、間接的変換器または直接変換器であってもよい。これらの２つのタイプの変換器は、これらの変換器セルがチェーンの形状で配置されるので、チェーンリンク変換器とも呼ばれている。
【００１２】
変換器セルは例えば間接的Ｍ２ＬＣ変換器の場合には単極セル（ハーフブリッジ）、または例えば直接Ｍ２ＬＣ変換器或いはチェーンリンク変換器の場合には双極セル（フルブリッジ）であってもよい。変換器セルは通常、サイリスタまたはＩＧＢＴのような複数の電子スイッチを有する。さらに変換器セルは例えばキャパシタのようなエネルギ貯蔵装置を有する。複数の変換器セルは変換器を形成するためにそれらの入力を介して直列に接続されることができる。
【００１３】
本発明の１実施形態によれば、ブリッジングユニットは双安定機械的リレーを具備し、双安定機械的リレーは第１の入力を第２の入力に電気的に接続しおよび／または接続を再度遮断するように構成されている。双安定機械的リレーはその制御入力が遮断されるときにその現在の切換え状態を変更しない。
【００１４】
本発明の１実施形態によれば、ブリッジングユニットは電力電子スイッチを具備する。電力電子スイッチは第１の入力を変換器セルの第２の入力に電気的に接続し、接続を再度遮断するように構成される。
【００１５】
電力電子スイッチはリレーよりも数桁大きい速さで切換えることができる。例えばブリッジングユニットは制御信号を電力電子スイッチと双安定機械的リレーに同時に送信でき、それに応答して電力電子スイッチは第１に、非常に短期間（マイクロ秒）後に閉じ、双安定機械的リレーはその後閉じる（ミリ秒）。
【００１６】
本発明の１実施形態によれば、電力電子スイッチは数マイクロ秒から数十マイクロ秒内で閉じるように構成されている。
【００１７】
本発明の１実施形態によれば、双安定機械的リレーは数ミリ秒から数十ミリ秒内で閉じるように構成されている。
【００１８】
例えばブリッジングユニットが閉じられているために、変換器セルがある量の時間後に内部給電を失っても、双安定機械的リレーはその閉じられた状態を維持する。
【００１９】
ブリッジングユニットは簡単な技術を使用して構成されることができる。火工装置が行う接触又は真空遮断器は必要とされない。双安定機械的リレーのために、ブリッジングユニットは外部電力なしでさえも動作後安定な状態で安全に維持される。双安定機械的リレーと電力電子スイッチは再設定可能であるように構成されることができるので、ブリッジングユニットもまた再設定可能であるように構成されることができる。さらに変換器セルを有するブリッジングユニットは、遮断された半導体コンポーネントと対照的に、その入力と並列に接続されることができる。さらに、ブリッジングユニットは高インピーダンスの変換器セルのために双極の過電圧限定を可能にできる。
【００２０】
さらに、変換器レベルにおける多数の故障状態、特に接地故障および短絡を含めた故障はブリッジングユニットによりカバーされることができる。さらに、ブリッジングユニットは例えばＤＣリンクの短絡路の冗長路のための冗長路を提供できる。
【００２１】
本発明の１実施形態によれば、電力電子スイッチは２つの背中合わせの並列サイリスタを具備している。さらに一般的には、ブリッジングユニットが少なくとも１つのサイリスタを具備することも可能である。
【００２２】
本発明の１実施形態によれば、電力電子スイッチはトライアックを具備する。
【００２３】
本発明の１実施形態によれば、ブリッジングユニットは電力を駆動装置、機械的リレー、電力電子スイッチへ供給するためにエネルギ貯蔵装置を具備する。このようなエネルギ貯蔵装置は例えば変換器セルへ与えられる電圧を介して直接または間接的に充電されることができるキャパシタであることができる。特に、エネルギ貯蔵装置またはキャパシタが変換器セルの過電圧によりさらに特別に充電されることを可能にする。
【００２４】
本発明の１つの例示的な実施形態によれば、ブリッジングユニットは双安定機械的リレー及び電力電子スイッチを切換えるための駆動装置を具備する。
【００２５】
１実施形態によれば、その駆動装置はリレーおよび／または電力電子スイッチの閉信号またはリセット信号を受信し、閉信号またはリセット信号に応答してリレーおよび／または電力電子スイッチを閉じるか開く（即ちそれらを再設定する）ように構成されている。
【００２６】
本発明の１実施形態によれば、駆動装置は変換器セルの第１の入力と第２の入力との間の過電圧および／または過電流を決定するように構成される。例示として、これは変換器セルの第１および／または第２の出力における電圧測定装置及び電流測定装置から駆動装置が測定信号を受信し、およびこれらをさらに処理することによって行われることができる。
【００２７】
本発明の１実施形態によれば、駆動装置は過電圧および／または過電流が決定されるときにリレーおよび／または電力電子スイッチを閉じるように構成されている。例えば第１の入力と第２の入力との間の電圧が予め定められたしきい値を超えるとき駆動装置が２つの切換え素子を閉じることができる。同じように、駆動装置は第１の入力および／または第２の入力が予め定められたしきい値を超えるとき２つの切換え素子を閉じることができる。
【００２８】
本発明の１実施形態によれば、ブリッジングユニットはＸ１とＸ２との間の受動的な過電圧により駆動される。この場合、受動的な過電圧検出は過電圧が存在する結果としてその内部状態を単独に変更する電子コンポーネントを意味している。これらのようなコンポーネントの例はトランシルダイオードとサプレッサダイオードである。
【００２９】
例示によれば、受動的な過電圧検出は少なくとも１つのサプレッサダイオードを具備することができ、または直列接続されたサプレッサダイオードからなるサプレッサチェーンを具備することができる。サプレッサダイオードは特別なしきい値電圧で導通を開始し、サプレッサダイオードのチェーンはそれ故チェーンが導通を開始するしきい値電圧を選択するために使用されることができる。
【００３０】
本発明の１実施形態によれば、予め定められたしきい値電圧で導通を開始するように選択された直列接続されたサプレッサダイオードのチェーンは適切な信号を発生し、それによって双安定機械的リレーおよび／またはブリッジングユニット中の電力電子スイッチを切換える。
【００３１】
本発明の１実施形態によれば、過電圧が超過されるならば、エネルギ貯蔵装置は充電され、又は付加的に過電圧により充電される。
【００３２】
本発明の１実施形態によれば、駆動装置はさらに電子スイッチを有し、これはエネルギ貯蔵装置の電圧が予め定められた値を超過するときに閉じられ、駆動装置はエネルギ貯蔵装置から双安定リレーおよび／または電力電子スイッチへ電流を供給する。
【００３３】
本発明の１実施形態によれば、駆動装置はヒステリシスを有し、それによってエネルギ貯蔵装置の電圧が達していないならば、リレーおよび／または電力電子スイッチは依然としてエネルギ貯蔵装置から電流を供給される。例示により、リレーはエネルギ貯蔵装置の電圧が特定の値を超過したときにエネルギ貯蔵装置から電流と電圧を供給されることができ、このことはリレーが開状態または閉状態へ変化できるまで電流を供給されることを確実にする。リレーはその後、エネルギ貯蔵装置の電圧が特定の値に達さず、リレーによりエネルギ貯蔵装置の接続を遮断するまでエネルギ貯蔵装置から電圧を供給される。例示すると、エネルギ貯蔵装置の電圧についてのヒステリシスおよびしきい値の決定はダイアックにより実現されることができ、これはサプレッサダイオードと直列に接続されている。
【００３４】
本発明の１実施形態によれば、ブリッジングユニットの駆動装置は（例えば過電圧閉信号に加えて）外部閉信号および／またはリセット信号を検出するように構成されている。この外部閉信号は変換器セルの診断装置から、または変換器のシステム保護装置から発生できる。
【００３５】
本発明の１実施形態によれば、駆動装置は外部閉信号が検出されるときリレーおよび／または電力電子スイッチを閉じるように構成されている。
【００３６】
本発明の１実施形態によれば、駆動装置は外部リセット信号が検出されるときリレーおよび／または電力電子スイッチを開くように構成されている。
【００３７】
本発明のさらに別の特徴は変換器セルに関する。
【００３８】
本発明の１実施形態によれば、変換器セルは前述し以下の文脈で説明するようにブリッジングユニットを具備する。
【００３９】
本発明の１実施形態によれば、変換器セルはブリッジングユニットのための閉信号および／またはリセット信号を送信するように構成された診断装置を具備している。さらにその診断装置は重要な測定及び状態変数を中央変換器およびシステム制御装置へ供給することができる。
【００４０】
本発明の１実施形態によれば、変換器セルは過電流の遮断装置を具備し、これはブリッジングユニットと独立して動作する過電流の遮断装置であることができる。例えば過電流の遮断は過電圧および／または過電流の場合に変換器セルの半導体の接続を遮断することができる。
【００４１】
本発明の１実施形態によれば、変換器セルは顕著な過電流（またはサージ電流）の場合に、マイクロ秒内で変換器セル（ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ）中のアクチブスイッチの故障電流を自動的に遮断することができる。
【００４２】
本発明の１実施形態によれば、変換器セルは変換器セル中の１つのＩＧＢＴの不飽和の監視を含んでいる。このような故障又は問題はＩＧＢＴまたはトランジスタの不飽和の監視に基づいて識別されることができる。しかしながら、それはＩＧＣＴまたはオフに切り換えられることができる他のエレメントの場合、非常に迅速な過電流検出に基づくこともできる。
【００４３】
本発明のさらに別の特徴は変換器に関する。
【００４４】
本発明の１実施形態によれば、変換器は前述及び以下の文脈で説明するように複数の変換器セルを具備する。
【００４５】
本発明の１実施形態によれば、変換器はシステム保護装置を具備する。システム保護装置は変換器および／またはシステムの故障の場合に全てを閉じるか、電力電子スイッチおよび／または変換器セルのブリッジングユニットのリレーを選択し、故障が修正された（即ち開かれた）後にそれらを再度選択的にリセットするように構成されることができる。これは複数の変換器セルから各変換器セルへブリッジング信号および／またはリセット信号を送信するように構成されている。ある故障状態では、変換器セルレベルでの自律的遮断は十分ではなく、システムの保護装置は調整されたブリッジング信号を全てのセルまたは選択されたセルへ送信する。
【００４６】
本発明のさらに別の特徴は変換器セルを短絡する方法に関する。
【００４７】
本発明の１実施形態によれば、その方法は例えば変換器セルまたは外部信号の入力において過電圧および／または過電流の識別に基づいて、駆動装置により閉じ信号を受信又は決定し、その閉信号に応答して駆動装置により電力電子スイッチを閉じ、閉信号に応答して駆動装置により双安定機械的リレーを閉じ、電力電子スイッチおよび／または双安定リレーを閉じるためエネルギ貯蔵装置（例えばローカルエネルギ貯蔵装置）から電力を受信するステップを含んでいる。
【００４８】
この場合、閉信号は電力電子スイッチと双安定リレーで同時に駆動装置から放出されることができ、これに応答して電力電子スイッチはその後、ミリ秒範囲で導通を開始するが、双安定リレーはミリ秒後にのみ反応する。
【００４９】
本発明の１実施形態によれば、方法はさらに通常の動作期間中に変換器セルに対する電圧供給によりエネルギ貯蔵装置を充電し、または変換器セルの入力において（過）電圧からエネルギ貯蔵装置を充電するステップを含んでいる。
【００５０】
本発明の１実施形態によれば、方法はさらにリセット信号に応答して双安定リレーと電力電子スイッチを開くことを含んでいる。
【００５１】
全体的に、制御装置、診断装置及び駆動装置のような説明されたモジュールはプログラムされたソフトウェアモジュールまたは機能として構成されることができることも理解されるべきである。しかしながら、これらの機能モジュールがハードウェアとして部分的または全体的に実行されることも可能である。
【００５２】
さらに別の特徴は、したがってプロセッサで動作するとき前述及び以下の文脈で説明する方法をプロセッサ実行にさせるコンピュータプログラムにも関する。
【００５３】
本発明のさらに別の特徴はこのようなプログラムが記憶されているコンピュータが読取りできる媒体でもある。
【００５４】
この場合、コンピュータが読取りできる媒体はフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ハードディスク、ＵＳＢメモリ装置、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュＰＲＯＭであることができる。コンピュータが読取りできる媒体はインターネットのようなデータ通信ネットワークであり、これはプログラムコードがダウンロードされることを可能にする。
【００５５】
本発明の例示的な実施形態を図面を参照して以下詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の１つの例示的な実施形態による変換器を示す図である。
【図２】本発明の１つの例示的な実施形態によるさらに別の変換器を示す図である。
【図３】本発明の１実施形態による変換器セルのチェーンを示す図である。
【図４】本発明の１つの例示的な実施形態による単極変換器セルを示す図である。
【図５】本発明の１つの例示的な実施形態による双極変換器セルを示す図である。
【図６】本発明の１つの例示的な実施形態による変換器セルを示す図である。
【図７】本発明の１つの例示的な実施形態による変換器セルを示す図である。
【図８】本発明の１つの例示的な実施形態による変換器セルを短絡するための方法のフローチャートである。
【図９】本発明の１つの例示的な実施形態によるブリッジングユニットの例示的な実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の１つの例示的な実施形態による図９に示されているようなブリッジングユニットの電圧プロフィールを含む図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図面で使用されている参照符合とそれらの意味は、参照符合のリストで要約形態でリストされている。原理的に、同一または類似の部分には同じ参照符合が与えられている。
【００５８】
［本発明の構成に対するアプローチ］  
図１はＤＣ電圧ＵＤＣをＡＣ電圧ＵＡＣへ変換できる間接的変換器10を示している。この目的では、間接的変換器10は２つの変換器ブランチ12を有し、これは電圧ＵＤＣが間に与えられる間接的変換器10の入力をそれぞれインダクタ14を介して出力へ接続し、その出力において電圧ＵＡＣが発生される。変換器ブランチ12はそれぞれ複数の直列接続された変換器セルを具備している。
【００５９】
図１に示されている間接的変換器10は電流の１相を変換するように構成されている。複数の相、例えば（図１に示されているように）多相を有する電流を変換できる変換器も知られている。変換器は各相Ｒ、Ｙ、Ｂで１つの変換器10を有し、その出力はそれぞれ相の１つに関連付けされ、その入力はそれぞれ他の変換器の入力に関連付けられている。
【００６０】
図２は周波数１における３つの入力相Ｒ、Ｙ、Ｂの入力電圧ＵＡＣ１から周波数２における出力電圧ＵＡＣ２を発生する直接変換器を示している。直接変換器16は第１の周波数におけるＵＡＣ１の相電圧をＵＡＣ２の相電圧に接続できる。この目的では、繰り返して述べると、直接変換器16は２つの電圧ＵＡＣ１とＵＡＣ２が与えられる２つの入力をインダクタ14を介して接続する変換器ブランチ12を有する。周波数２における複数の出力電圧ＵＡＣ２は例えば多相のＵＡＣ２システムでは対応する方法で発生されることができる。出力電圧ＵＡＣ２は例えば力率補正装置を与えるため対応して０の近傍に維持されることもできる。
【００６１】
図３は複数の変換器セル18を具備する変換器ブランチ12を示している。各変換器セル18は第１の入力Ｘ１と第２の入力Ｘ２を有し、これらは変換器ブランチ12の入力及び出力のいずれかへ、またはさらに別の変換器セル18へ接続されている。変換器セル18はそれらの入力と出力Ｘ１、Ｘ２を介して直列に接続されている。
【００６２】
図４は図１に示されている間接的変換器10の変換器ブランチ12で使用される単極変換器セル18aを示している。この変換器セル18aは２つのフリーホイールダイオード20と、２つの電力電子スイッチ22と、キャパシタの形態のエネルギ貯蔵装置24と、ブリッジングユニット26とを有する。例示により、電力電子スイッチ22はサイリスタ、ＩＧＣＴまたはＩＧＢＴであることができる。ブリッジングユニット26は変換器セル18aの他のコンポーネントと並列接続されており、変換器セル18aの入力Ｘ１とＸ２に接続されている。
【００６３】
原理的に、ブリッジングユニット26は第１の切換えオン状態で非常に低いインピーダンスを有するコンポーネントであり、それによって入力Ｘ１とＸ２間の電流はブリッジングユニット26を通って流れ、変換器セル18aの他の物理的コンポーネントを通って流れない。第２の切換えオフ状態では、ブリッジングユニット26が非常に高いインピーダンスを有し、電流を有しないかまたは非常に小さい電流しかブリッジング素子26を通って流れることができない。この状態では、変換器セル18aはブリッジングユニット26が存在しないかのように動作する。
【００６４】
図５は同じエネルギ貯蔵装置24を共有する２個の単極変換器セル18aから原理的に形成されている双極変換器セル18bを示している。この双極変換器セル18bは直接変換器16で使用されることができる。さらに、双極変換器セル18bは４個の電力電子スイッチ22と４個のフリーホイールダイオード20を有する。例示により、電力電子スイッチ22はサイリスタ、ＩＧＣＴまたはＩＧＢＴであってもよい。さらに変換器セル18bはブリッジングユニット26も有し、これは変換器セル18bの他のコンポーネントと並列に接続され、変換器セル18bの入力Ｘ１とＸ２と並列に接続される。この場合、ブリッジングユニット26は図４に示されているようにブリッジング素子26と同じ特性を有する。さらに、小さいインダクタンスが単極又は双極変換器セルとブリッジング素子26との間に適合されることができる。
【００６５】
代わりに、２つのブリッジングユニットが双極変換器セルのために使用されることができ、これはそれぞれ１つの外部接続（Ｘ１、Ｘ２）をキャパシタの同じ接続部へ接続する。双極セルはその後、キャパシタの２つの接続部に接続された２つの単極セルへ正確に対応する。
【００６６】
図６は単極変換器セル18aまたは双極変換器セル18bであることができる変換器セル18を示している。この場合、ブリッジングユニット26は相互に並列接続された２つのコンポーネント、即ちサージ電流素子28と冗長素子30を有している。
【００６７】
サージ電流素子28は変換器セル18の抵抗をサージ電流へ与える。例示により、種々の変換器の故障または外部システムの故障の場合に外部で供給されるサージ電流はサージ電流素子28の補助により変換器セルによって入力Ｘ１とＸ２を介して単時間で吸収される。さらに、同じ保護素子が冗長素子の保護のためセル内部のサージ電流を吸収するために使用されることもできる。例示として、これは例えば図４の上部に示されている電力電子スイッチ22が単極変換器セル18aの場合に閉じられるとき、キャパシタ24により中間回路を放電することができる。
【００６８】
冗長素子30は変換器セル18に対して冗長能力を与える。この場合、変換器セルの冗長能力はセルの故障の結果としてセルの永久的な短絡を意味する。
【００６９】
図７はブリッジングユニット26のさらに別の実施形態を示している。インテリジェントな組合された機械的及び電力電子ブリッジングユニット26が単極または双極変換器セル18の入力と出力Ｘ１とＸ２の間に挿入され、冗長の制御された提供（１以上の変換器セル18の故障）と外部システム故障の場合のサージ電流を伝送する能力とを確実にすることを可能にする。
【００７０】
ブリッジングユニット26は双安定機械的リレー34と電力電子スイッチ36から形成される組合された機械的電気的ブリッジング素子32を構成し、これは２つの背中合わせにされたサイリスタ38またはトライアックを具備している。電力電子スイッチ36はゲート制御40またはゲート駆動装置40を有し、これは電子切換え素子38、例えばサイリスタ38をそれらのゲートを介して切換えることができる。組合された機械的電気的ブリッジング素子32は駆動装置42により駆動され、これは第１の信号線44を介して開または閉信号を機械的リレー34へ送信でき、開または閉信号を第２の信号線46を介してゲート制御装置40へ、したがって電力電子スイッチング36へ送信できる。
【００７１】
ブリッジング素子32の駆動装置42とコンポーネント、即ちリレー34、ゲート制御装置40、２つのサイリスタ38にはエネルギ貯蔵装置48から電力が供給される。エネルギ貯蔵装置48は機械的および電気的ブリッジング素子32及び駆動装置42の形態のその関連される保護インテリジェンスに対する故障の場合に電力供給へ十分な電力を供給するように構成されている。エネルギ貯蔵装置48はリレー34と２つのサイリスタ36と並列に変換器セル18の入力Ｘ１及びＸ２へ接続され、これらの２つの入力Ｘ１、Ｘ２を介して、変換器セル18へ与えられる電圧から電力を引出すことができる。しかしながら、エネルギ貯蔵装置48が変換器セル18のために電力供給源から電力を得ることも可能である。
【００７２】
機械的リレー34、例えば出力Ｘ１とＸ２に接続されている市場で入手可能な機械的リレーは仕様外である切換えオンで供給される制御電圧により動作されることができる。これはリレー34の切換え時間を短くすることを可能にする。さらに、リレー34は必要とされる機能的隔離分離にしたがうことが可能であるならば、仕様外の接触部において切換え電圧で動作されることができる。リレー34は市場で入手可能な双安定リレーであることができる。
【００７３】
駆動装置42は過電圧、過電流または変換器セル診断装置58からの故障メッセージのような局部的な故障を評価するために例えばシステム保護装置60から発生する外部保護コマンドを実行するように構成されている。この目的に対して、電圧測定装置50が２つの入力Ｘ１、Ｘ２との間に接続されることができ、および／または電流測定装置52が入力Ｘ１または入力Ｘ２で接続されることができる。駆動装置42は信号線54を介して電圧測定装置50から入力Ｘ１とＸ２との間の瞬間電圧ＵＡＣを受信することができ、信号線56を介して電流測定装置52から瞬間電流ＩＡＣを受信することができる。
【００７４】
さらに、駆動装置42は変換器セル18の制御及び診断装置58から信号線62を介して開閉信号を受信できる。例示として、変換器セル18の故障を決定するために、装置58は電圧ＵＡＣの値と、電流ＩＡＣの値と、電圧ＵＤＣの値と、（ＩＧＢＴの場合）脱飽和監視の値または（ＩＧＣＴの場合）セルのスルー伝導の値を受信できる。駆動装置42はまた遮断信号を信号線62を介して変換器セル18の制御58へ随意選択的に送信できる。
【００７５】
さらに、駆動装置42はシステム保護装置60から開閉信号を受信することができ、システム保護装置60は変換器セル18が設置されている全体的な変換器10、16を監視する。
【００７６】
図８はブリッジングユニット26が変換器セル18を保護できるようにする方法のフローチャートを示している。
【００７７】
変換器セル18の２つの入力Ｘ１、Ｘ２間の電圧ＵＡＣおよび／または電流ＩＡＣはステップＳ10で決定される。
【００７８】
ステップＳ12で、駆動装置42は電圧ＵＡＣおよび／または電流ＩＡＣのしきい値が超過されたか否かを決定する。この場合には駆動装置42は機械的電気的ブリッジング素子32を閉じる決定をする。
【００７９】
ステップＳ14で、診断装置58は変換器セル18中の内部故障を決定する。ステップＳ16で、診断装置58は閉信号を駆動装置42へ送信する。
【００８０】
ステップＳ18で、システム保護装置60は変換器10、16における外部または内部故障を検出する。システム保護装置60はその後信号線62を介して閉信号を駆動装置42へ送信する。
【００８１】
ステップＳ10とＳ12、Ｓ14とＳ16、およびＳ18とＳ20は交互または相互に又は同時に実行されることができる。
【００８２】
ステップＳ22で、情報を考慮すると、駆動装置42は随意選択的に信号線44を介してリレー34へ閉信号を送信し、リレー34は数ミリ秒以内に閉じ、閉信号を信号線46を介してゲート制御40へ送信し、ゲート制御40はその後２つのサイリスタ38をオンに切換える。サイリスタは数ミリ秒以内で実行を開始する。
【００８３】
診断装置58又はシステム保護装置60が内部故障が修正されたことを検出し、或いは変換器10、16の内部又は外部故障がもはや存在しないことを検出したならば、開信号を駆動装置42へ送信し、駆動装置はその後、ステップＳ24で開信号をリレーおよび／またはゲート制御装置40へ送信し、それに応答して選択された切換え素子34および／または36は再度開かれ、適切であるならば、ブリッジング素子26のブリッジングは再度遮断される。
【００８４】
システム保護装置60により検出されることができる外部故障は例えば接地故障である可能性がある。接地故障の場合、または通常はシステム保護装置60により検出される故障の場合、閉信号は変換器18の全ての変換器セル18中の全てのブリッジングユニット26へ送信される。これらの状態では、指示は電力電子スイッチのみを閉じることである。これにより変換器中の全ての変換器セル18はブリッジングユニット26によりブリッジされる。さらにこの場合、変換器10、16の主要な遮断器もシステム保護装置60により付勢される。
【００８５】
図９はブリッジングユニット26の一部の１つの例示的な実施形態を示している。１以上の双安定リレー34および／または電力電子スイッチ36の１或いはより多くのゲート制御装置40は図９に示されている回路26の出力Ｙ１とＹ２を介して駆動されることができる。回路26の入力Ｕ３は変換器セル18の入力Ｘ１に接続され、入力ＧＮＤは変換器セル18の出力Ｘ２に接続されている。
【００８６】
（例えば１以上の双安定リレー34および／または１以上の電力電子スイッチ36の）同時的な切換えに必要とされる電力は電圧又はキャパシタンスを介してキャパシタＣ１で設定される。エネルギ貯蔵装置48はキャパシタＣ１を具備している。
【００８７】
キャパシタＣ１を介するＹ１から出力Ｙ２までの回路は、リレー34および／またはゲート制御装置40をトリップするためにサイリスタＴ１により閉じられる。これにより、キャパシタＣ１が完全に放電されるか回路が遮断されるまでトリガーパルス後にキャパシタＣ１から電流が流出する。
【００８８】
エネルギ貯蔵装置48の電力は入力Ｕ２を介して、またはトランシル或いはサプレッサダイオード70の直列回路を介して変換器セルに関連される電圧供給源から（その後修正される）、変換器セル（即ちリレー34のリレー接触部と並列するかサイリスタ38と並列する）の入力Ｘ１、Ｘ２に与えられる電圧から取出される。
【００８９】
サイリスタＴ１は回路26の入力Ｕ３またはＸ１における過度に高い電圧を介して、または制御入力ＣＴＲを介してトリガーされる。
【００９０】
例えば診断装置58および／またはシステム保護装置60が接続されることができる制御入力ＣＴＲを介してサイリスタＴ１をトリガーするために、充電及びそれ故キャパシタＣ１上の電圧Ｕ１は制御装置58、60中に一体化される電力供給装置により電圧Ｕ２の値に維持される。制御装置58、60がコマンドを発生するか閉信号が変換器セル18をブリッジするとすぐに、サイリスタＴ１の制御接続は入力ＣＴＲを介して直接駆動され、サイリスタＴ１はそれ故オンに切換えられる。結果として、キャパシタＣ１は接続された双安定リレー34またはゲート制御装置40を介して放電される。
【００９１】
過剰に高い電圧U3を介してサイリスタＴ１をトリガーするため、キャパシタＣ１の両端間の電圧Ｕ１は取り出され、ツェナーダイオード66またはトランシルダイオード66およびダイアック68の直列回路を介してサイリスタＴ１の制御接続部に接続される。直列回路66、68は電流をサイリスタＴ１の制御接続部に流し、これを特別なしきい値電圧Ｕ１を超えてトリガーする。同時に、ダイアック68はその通過特性を変更し、それによってそれを横切る電圧降下は非常に減少する。これはサイリスタＴ１の駆動電流を増加し、ヒステリシスをトリップ回路26へ付加する。これによってしきい値電圧Ｕ１が一回だけ超過されるときに確実なトリッピングを生じる。
【００９２】
駆動回路42は素子66、68とＴ１を具備する。
【００９３】
１以上の直列接続されたトランシルダイオードを具備するトランシルチェーン70はキャパシタＣ１を充電するためのしきい値電圧を設定することを可能にする。ブロック66、68におけるしきい値電圧は電圧Ｕ２よりも高くなければならず、そうでなければ接続された変換器セル18の電力供給装置が電圧Ｕ２を供給しているとき、正常な動作期間中でさえもしきい値回路26のトリガー機構は付勢される。
【００９４】
図１０は図９に示されているようなブリッジング回路26における測定のために得られた電圧プロフィールの図を示している。図において、時間ｔは秒単位で右方向へ表示され、電圧はボルトにより上方向に表示されている。この場合、キャパシタ電圧72は１０で割算されなければならない。
【００９５】
グラフ72はキャパシタＣ１を横切る電圧プロフィールを示し、その期間中には電圧Ｕ３  74はトランシルチェーン70が導通を開始しキャパシタＣ１が充電されるしきい値電圧まで、連続的に増加され、サイリスタＴ１をトリガーするためのしきい値電圧に到達されるとすぐに、電圧Ｕ３を短絡し、したがって変換器セル18をブリッジする。
【００９６】
図９に示されているブリッジング回路26は、変換器セル18だけではなく通常の電力電子コンポーネントをブリッジするために使用されることもできることを理解すべきである。この目的では、ブリッジング回路26は入力Ｕ３とＧＮＤを介して電力電子コンポーネントの入力へ接続されることができ、および／または入力Ｕ２を介して電力供給源に接続されることができる。
【００９７】
さらに、「具備する（comprising）」は任意の他の素子又はステップを除外するものではなく、“one”、“ａ”、“an”は複数を除外していないことに注意すべきである。さらに、前述の例示的な実施形態の１つを参照して説明されている特性又はステップは前述の他の例示的な実施形態の他の特徴又はステップと組み合わせて使用されることもできることに注意すべきである。請求項中の参照符合は何等の限定の効果を有すると考慮されるべきではない。
【符合の説明】
【００９８】
10…間接的変換器、12…変換器ブランチ、14…インダクタ、16…直接変換器、18…変換器セル、18a…単極変換器セル、18b…双極変換器セル、20…フリーホイールダイオード、22…電力電子スイッチ、24…エネルギ貯蔵装置、26…ブリッジングユニット、28…サージ電流素子、30…冗長素子、32…ブリッジング素子、34…リレー、36…電子スイッチ、38…サイリスタ、40…ゲート制御、42…駆動装置、44…信号線、46…信号線、48…エネルギ貯蔵装置、50…電圧測定装置、52…電流測定装置、54…信号線、56…信号線、58…制御／診断装置、60…システム保護装置、62…信号線、64…信号線、66…トランシルダイオード、68…ダイアック、70…トランシルチェーン、72…キャパシタ電圧、74…Ｘ１とＸ２との間の電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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