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保护具有 电压中间电路的变换器以防止电桥短路的装置

阅读：496发布：2021-06-03

专利汇可以提供保护具有电压中间电路的变换器以防止电桥短路的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种变换器(1)，具有带有可断开的开关 (1.10，1.20)的电桥电路 (1.1，1.2，1.3)，该变换器(1)配有栅极驱动器 (1.11，1.21)和带有两个直流连接端(5.1，5.2)的电容器(2)，并且具有一附加的直流连接端(5.3)。扼流圈(3)和二极管 (4)将正电容器连接端(5.2)与变换器连接端(5.3)相连接。当过高的电流流过电桥电路时，栅极驱动器检测饱和电压并且将故障报告给控制装置(5)。在电桥电路中发生短路的情况下，该电流流过扼流圈(3)并因此缓慢增加，从而使栅极驱动器拥有足够的时间来检测短路、断开开关以及由此保护电桥以免被损毁。二极管(4)的阳极与变换器连接端相连接，从而将变换器电压限制于电容器电压。根据本发明，该解决方案也可以应用在具有一共同的中间电路的变换器系统中。描述了用于将升压变流器和降压变流器以及制动斩波器相连接的可能性。该解决方案也应用在三级的和多级的变换器中。，下面是保护具有电压中间电路的变换器以防止电桥短路的装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于保护具有电压中间电路的变换器的装置，所述装置具有变换器(1)，所述变换器包括：至少一个电桥电路(1.1，1.2，1.3)，其中每个电桥包括各两个开关(1.10，
1.20)，其为各一个输出端(1.31，1.32，1.33)馈电；所述装置还具有至少一个中间电路-电容器(2)作为蓄能器，其特征在于，所述装置具有三个连接端，也就是-Udc连接端(5.1)、+Udc连接端(5.2)和变换器连接端(5.3)；至少一个电感，或扼流圈(3)设置在所述变换器连接端(5.3)与所述+Udc连接端(5.2)之间；至少一个二极管(4)并联于所述扼流圈(3)，其连接方式使得所述电容器(2)的放电电流仅仅流过所述扼流圈(3)而不流过所述二极管(4)；为每个开关(1.10，1.20)分配有栅极驱动器(1.11，1.21)以用于控制所述开关；
所述开关的所述栅极驱动器(1.11，1.21)设计用于检测短路，其方法是，所述栅极驱动器产生用于控制装置(5)的故障信号；以及，所述控制装置(5)使所述变换器(1)的所述开关(1.10，1.20)截止，从而在短路情况下保护所述开关以免被损毁。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，设计有所述变换器连接端(5.3)或者说变换器母线和所述-Udc连接端(5.1)或者说-Udc母线，以用于使直流电源(6)向所述变换器(1)馈送能量，从而使所述扼流圈(3)和所述二极管(4)中的电流最小化。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，多个变换器(1a，1b，1c)与一个或多个电容器(2a，2b，2c)构成了模块化的变换器系统；所述变换器连接端(5.3)或者说所述变换器母线将所述变换器彼此连接并且具有电压Uwr；所述+Udc连接端(5.2)或者说+Udc母线将各个电容器的正连接端与电压+Udc相互连接；以及，所述-Udc连接端(5.1)或者说所述-Udc母线以电压-Udc将各个电容器的负连接端和所述负的变换器连接端相互连接。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，所述直流电源(6)为所述-Udc母线(5.1)和所述+Udc母线(5.2)供应能量。
5.按权利要求3或4所述的装置，其特征在于，为每个变换器(1a，1b，1c)分配有电容器(2a，2b，2c)和二极管(4a，4b，4)，其中所述二极管用于将所述变换器电压Uwr限制于所述电容器电压Udc的值，相反，所述扼流圈(3)用于所有的变换器全体。
6.按权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，多个串联的开关(1.10，1.11，
1.12，1.13)构成了多级的变换器；所有串联的开关(1.10，1.11，1.12，1.13)和电桥的所述并联的二极管由至少一个所述扼流圈(3)以及由至少一个所述二极管(4)来保护；以及，所述开关的所述栅极驱动器设计用于检测短路，其方法是，所述栅极驱动器(1.11，1.21)产生用于控制装置(5)的故障信号，借助于所述故障信号，在发生故障情况下使所涉及到的所述电桥的所有开关截止。
7.按权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在所述变换器(1)中设置至少一个压力传感器，所述压力传感器设计为通过检测当所述开关爆炸时出现的压力波；以及所述压力传感器与所述控制装置(5)相连接以用于断开所述变换器。
8.按权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在所述变换器(1)中设置至少一个闪光传感器，所述闪光传感器设计为通过识别当所述开关爆炸时出现的所述电弧，与所述控制装置(5)相连接以用于断开所述变换器。
9.一种将按权利要求1至8中任一项所述的装置在大型车辆和混合动力车辆中的应用。
10.一种将按权利要求1至8中任一项所述的装置在开采石油设备和舰船的驱动中的应用。
11.一种用于运行按权利要求1至8中任一项所述的装置的方法，其特征在于，在短路情况下，放电电流流过所述扼流圈(3)并因此缓慢增加；当过高的放电电流流过所述电桥时，栅极驱动器(1.11，1.21)检测饱和电压(Vces)并且在超过极限值的情况下，将故障信息输送给所述控制装置(5)；所述控制装置断开开关(1.10，1.20)并且由此保护所述电桥以免被损毁；以及同时，所述二极管(4)用于将所述变换器电压限制于所述电容器电压的值。
1.一种用于保护具有电压中间电路的变换器的装置，所述装置具有变换器(1)，所述变换器配有：至少一个电桥电路(1.1，1.2，1.3)，其中每个电桥支路包括至少两个开关(1.10，1.20)和至少两个栅极驱动器(1.11，1.21)，所述开关为各一个输出端(1.31，1.32，
1.33)馈电；所述装置还具有至少一个中间电路-电容器(2)作为蓄能器，其特征在于，所述装置具有三个连接端，也就是-Udc连接端(5.1)、+Udc连接端(5.2)和变换器连接端(5.3)；至少一个电感，扼流圈(3)设置在所述变换器连接端(5.3)与所述+Udc连接端(5.2)之间；至少一个二极管(4)的阴极与所述+Udc连接端连接且所述二极管的阳极与所述变换器连接端连接，所述二极管并联于所述扼流圈(3)，其连接方式使得所述电容器(2)的放电电流仅仅流过所述扼流圈(3)而不流过所述二极管(4)；为每个开关(1.10，1.20)分配有栅极驱动器(1.11，1.21)以用于控制所述开关；所述开关的所述栅极驱动器(1.11，
1.21)设计用于检测短路，其方法是，所述栅极驱动器产生用于控制装置(5)的故障信号；
以及，所述控制装置(5)使所述变换器(1)的所述开关(1.10，1.20)截止，从而在短路情况下保护所述开关以免被损毁。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变换器连接端(5.3)或者其多个变换器连接端与一个共同的变换器母线连接且所述-Udc连接端(5.1)或者其多个-Udc连接端与一个共同的-Udc母线连接，以用于使直流电源(6)向所述变换器(1)或者向多个变换器(1a，1b，1c)馈送能量，由此在所述变换器之间进行能量交换，从而使所述扼流圈(3)和所述二极管(4)中的电流最小化。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，多个变换器(1a，1b，1c)与一个或多个电容器(2a，2b，2c)构成了模块化的变换器系统；所述变换器连接端(5.3)或者说所述变换器母线将所述变换器彼此连接并且具有电压Uwr；所述+Udc连接端(5.2)或者说+Udc母线将各个电容器的正连接端与电压+Udc相互连接；以及，所述-Udc连接端(5.1)或者说所述-Udc母线以电压-Udc将各个电容器的负连接端和所述负的变换器连接端相互连接。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，所述直流电源(6)为所述-Udc母线(5.1)和所述+Udc母线(5.2)供应能量。
5.按权利要求3或4所述的装置，其特征在于，为每个变换器(1a，1b，1c)分配有电容器(2a，2b，2c)和二极管(4a，4b，4)，其中所述二极管用于将所述变换器电压Uwr限制于所述电容器电压Udc的值，相反，并联于所述二极管(4)的所述扼流圈(3)用于所有的变换器全体。
6.按权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，多个串联的开关(1.10，1.11，
1.12，1.13)构成了多级的变换器；所有串联的开关(1.10，1.11，1.12，1.13)和电桥支路的所述并联的二极管由至少一个所述扼流圈(3)以及由至少一个所述二极管(4)来保护；
以及，所述开关的所述栅极驱动器设计用于检测短路，其方法是，所述栅极驱动器(1.11，
1.21)产生用于控制装置(5)的故障信号，借助于所述故障信号，在发生故障情况下使所涉及到的所述电桥支路的所有开关截止。
7.按权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在所述变换器(1)中设置至少一个压力传感器，所述压力传感器设计用于检测当所述开关(1.10，1.20)之一爆炸时出现的压力波；以及所述压力传感器与所述控制装置(5)相连接以用于断开所述变换器。
8.按权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在所述变换器(1)中设置至少

说明书全文

保护具有电压中间电路的变换器以防止电桥短路的装置

[0001] 本发明涉及一种用于保护具有电压中间电路的变换器(Wechselrichter，WR)以防止电桥短路的根据权利要求1所述的装置；还涉及根据权利要求9和10所述的对该装置的应用；以及涉及一种根据权利要求11所述的用于该装置的方法。

[0002] 图1示出具有电压中间电路的已知类型的三相的变换器。

[0003] 变换器1是电子换能器，其将一种振幅和频率的电能转换为另一种振幅和频率。具有电压中间电路的变换器配有至少一个电容器2，被转换的能量被中间存储在该电容器中。电压中间电路变换器具有广泛的工业应用范围。这种变换器由直流电源(DC电源)馈电并且将直流电能双向地转换为大多情况下是三相的交流电压。变换器的输出可以是单相的或多相的。

[0004] 直流电压存储器或者说DC蓄能器由直流电容器2构造而成，其任务是存储直流电能。该直流电容器可以作为中间存储器采用相当大的值(几十mF)。其具有这种性能，在短路时在最短的时间(几μs)内供应非常大的电流(几百kA)。

[0005] 变换器包括至少两个串联的电子开关1.10和1.20，这些电子开关构成了电桥1.1。该电桥为输出相1.31馈电。三相的变换器包括带有六个开关1.10，1.20，...的三个电桥1.1，1.2，1.3并且具有三个相输出1.31，1.32，1.33。开关1.10，1.20，...优选为具有可断开的晶体管(IGBT)和空转二极管的模块，其中每个晶体管由各一个栅极驱动器1.11，
1.21，...来控制。栅极驱动器是电子组件，其控制了开关的控制输入端(栅极)。在大功率情况下使用了功率晶体管，其在电桥短路的情况下实现饱和，也就是说限制了短路电流并构建了高的集电极-发射极饱和电压(Vces)。

[0006] 变换器1低电感地连接于直流电容器2，以便在电流断开时降低开关上的电压峰值。直流电容器2上的电压称为中间电路电压Udc。通常追求的是：使变换器电压Uwr等于Udc。有时，小的滤波电容器直接连接于开关，以便减小当电流断开时所不期望的漏感的作用。如果断开时电压峰值过高，那么开关就由于过电压而损毁。

[0007] 变换器1与直流电容器2之间的连接通过两个直流连接5.1，5.2来实现。这些连接经常设计为母线并且用于并联另外的变换器。在共同的直流电容器上实现多个变换器的连接的这种实施方式被称为直流总线。

[0008] 在大功率的情况下，多个通常构造成一样的变换器彼此并联。变换器的并联通过直流连接、借助于直流母线实现并且构成了模块化的直流总线系统。

[0009] 图2示出多个通过两个直流母线并联的、已知类型的变换器。变换器1a、1b、1c通过直流母线5.1，5.2并联，其中电压-Udc和+Udc施加在母线上。每个变换器与直流电容器2a、2b、2c连接。

[0010] 能量的供给或能量的接收通过直流总线的两个连接端实现。

[0011] 电桥短路和短路检测：

[0012] 通过每个栅极驱动器1.11，1.21接通或断开开关的方式来调制输出能量。在接通状态下，晶体管的流动电压(Flussspannung)(饱和电压或者说集电极-发射极电压Vces)受到监测。如果这种电压超过了最大值，栅极驱动器产生故障，这是因为在这种情况下晶体管中的损耗和/或电流过大。如果过渡过程在开关上逐渐消退，那么监测会延迟地、也就是说在接通开关的几μs(屏蔽时间tm)之后实现。两个开关1.10，1.20绝不允许同时接通。如果恰好同时点燃(点燃整流器阳极(Durchzuenden))，则电容器2以非常大的电流(几百kA)放电。短路电流非常快速地增大(1-10μs)。在这种情况下，栅极驱动器在屏蔽时间过去之后识别出，开关处于饱和状态，也就是说饱和电压Vcsat过高。栅极驱动器以断开所涉及的开关来对这一故障作出反应，其中这只有在断开-延迟时间ts之后才能实现。在高功率变换器中，也就是说在具有超过1kV的Udc电压和超过100A的额定电流的变换器中，时间上的延迟tm+ts通常过大。在此，短路电流流动过长。在开关中产生了许多热损耗，从而使该开关爆炸。

[0013] 引起短路的原因是多种多样的：点燃整流器阳极可能会出现在以下情况中：控制故障、EMV问题、栅极驱动器电子设备的损坏、半导体组件的失效，等等。短路也就非常可能出现在转换器(Wandler)的使用寿命期间。因此对短路的保护是绝对必要的。

[0014] 在短路保护中的现有技术的范围如下：

[0015] 在栅极驱动器断开开关并切断电流之前，大多数基于半导体的开关会由于大短路电流受热损毁。在此产生了会导致很大损毁和损害的爆炸。中间电路电容器的电压Udc越高，那么这种行为的影响就越大并且就越难以形成对半导体开关的保护。

[0016] 由W.Teppan et al.(欧洲电力电子期刊(Power Electronics Europe)，第8期，2005，12-17页：电机驱动装置中的电流传感器的最佳应用(Optimum Use of Current Sensors in Motor Drives))描述了一种实验性的解决方案。其预期来检测出故障电流，以便保护输出端防止短路。由电感、二极管和电阻所构成的无源保护装置用于，使电桥的开关同时接通并且还可能实现使电流通路接地。有源保护装置通过中间电路中的测量元件(电流互感器)而被提供。在变换器与电容器之间连接有转换器，其检测短路电流并且促使断开变换器。二极管和电阻用于，使变换器的电压不超过电容器的电压。这种实验性的解决方案具有以下缺点：

[0017] a)在较大功率的变换器中这也会出现损毁情况：该解决方案包含外部的转换器。这种转换器的安装是存在问题的，原因在于这加剧了直流耦合的泄露(Streuung)。另一个主要缺点在于，在短路情况下在大型变换器中，也就是说当额定电压Udc超过500V并且额定电流Idc超过100A时，如果出现短路，则流过直至几十万安培的电流。这个非常大的电流通常会损毁保护变换器的电流互感器，也就是说可惜这种解决方案并不是不会损毁的或者不可再利用。

[0018] b)对于直流总线系统、也就是说对于大功率来说不合适的是：直流总线系统的连接和保护未被限定。馈电点也未被限定。原则上，直流电源可以连接于电容器或者变换器。如果直流馈电装置连接于变换器并且产生大的短路电流，那么变换器就不能受到防止损毁的保护。

[0019] c)另外的直流总线组件(降压变流器(Tiefsetzer)、制动斩波器等等)的连接未被解释清楚：直流总线系统除了变换器之外也还可以包含另外的组件，如降压变流器或升压变流器(Hochsetzer)、制动斩波器、不中断电源(USV电源)等等。不清楚的是，这些组件如何能够连接于直流总线。

[0020] d)对多级的变流器、或者对用于高电压的多级的变换器的保护未被解释清楚：对具有多个串联开关的多级的电桥的保护未被阐明。

发明内容

[0021] 本发明的目的在于：

[0022] a)提供对各个变换器的牢固可靠的保护，也就是说确保尽可能不损毁的短路保护，其方法是使开关受到保护防止损毁；

[0023] b)提出一种用于多个连接于直流总线的变换器的解决方案，该解决方案确保了对各个变换器的保护以防止点燃整流器阳极；

[0024] c)限定了将另外的组件连接于直流总线，从而确保了短路保护；

[0025] d)提供对多级的变换器的保护。附图说明

[0026] 以下参照附图详细说明本发明。图中示出：

[0027] 图1示出具有电压中间电路的已知类型的三相的变换器；

[0028] 图2示出多个通过两个直流母线并联的、已知类型的变换器；

[0029] 图3示出根据本发明的对具有扼流圈和二极管的变换器的保护；

[0030] 图4示出根据本发明的对具有直流总线和共同的保护装置的变换器的保护；

[0031] 图5示出根据本发明的对具有单独的保护装置的变换器的保护；

[0032] 图6示出根据本发明的具有直流总线、制动斩波器和单独的保护装置的装置；

[0033] 图7示出具有保护装置的四象限装置(4Q)；

[0034] 图8示出具有保护装置的多级的变换器。

具体实施方式

[0035] 图3示出根据本发明的对具有扼流圈和二极管的变换器的保护。对应于图1，变换器1具有：电桥1.1，1.2，1.3；串联的电子开关1.10，1.20，...；栅极驱动器1.11，1.21，...；输出相1.31，1.32，1.33；控制装置5和直流电容器2。在直流电容器2与变换器1之间分别连接于+Udc连接端5.2和变换器连接端5.3的电感或扼流圈3在短路期间限制了变换器中的电流增大。

[0036] 控制开关1.10，1.20，...的栅极的栅极驱动器1.11，1.21在开关接通状态下检测到过高的饱和电压Vces，这在屏蔽时间tm过去之后进行。

[0037] 扼流圈3，开关1.10，1.20，...的断开时间ts和屏蔽时间tm被这样选择，即在短路时所形成的开关电流可以无损毁地由开关以ts+tm的延迟来切断。在此重要的是，即电容器的放电电流仅仅能够流过变换器1中的扼流圈3。

[0038] 当电流被切断时，扼流圈3产生不允许的电压峰值，其动态地增大变换器电压Uwr并且导致了开关的损毁。根据本发明，在变换器电流被切断时出现的电压峰值由二极管4限制于中间电路电压Udc的水平。二极管4根据本发明并联于扼流圈3，从而使变换器电压Uwr不能高于中间电路电压Udc。

[0039] 二极管4起到在扼流圈3之上(ueber)的空转二极管的作用。该二极管以低电感连接于变换器和电容器。空转电流对二极管和扼流圈施加热负载并且应该被保持很小。此外，扼流圈的作用应该非常快地被使用(几μs)。出于这些原因优选使用了空气心扼流圈，其不进入饱和状态并且反应很快。

[0040] 短路的检测以下述方式实现：控制装置5产生控制脉冲，该脉冲接通或断开开关1.10，1.20。由此中断电桥的短路。短路的识别通过对开关的饱和电压(Vces)的检测来实现。此外这由此来实现：

[0041] -放电(例如通过闪光探测器)，其在开关损毁时出现；

[0042] -检测压力波，其在开关损毁时出现。

[0043] 这后两种检测可能性是用来检测饱和电压的可选方案，并且在第二安全级别的意义上构成了用于进行扩展保护的可能性。

[0044] 在栅极驱动器中对短路的检测为：为每个开关1.10，1.20...分配有栅极驱动器1.11，1.21...，其接收来自控制装置5的控制信号并且相应地接通或断开开关。在接通状态下，晶体管的流动电压(饱和电压Vces)被监测。如果过渡过程在开关上逐渐消退，那么在接通之后几μs才进行比较、也就是说在屏蔽时间tm之后。根据本发明，屏蔽时间和扼流圈3的尺寸这样选择，即所涉及的开关在热的方面在短路中无损坏地幸存。如果饱和电压Vces超过了预定的最大值：

[0045] -栅极驱动器断开各自的开关；

[0046] -栅极驱动器产生故障报警发给控制装置5；

[0047] -控制装置5断开相应电桥的所有开关。

[0048] 图4示出根据本发明的对具有直流总线和共同的保护装置的变换器的保护。

[0049] 变换器1a，1b，1c一方面并联于变换器连接端5.3且另一方面并联于-Udc连接端5.1。为每个变换器分配有直流电容器2a，2b，2c，它们位于-Udc连接端5.1和+Udc连接端
5.2上。直流电源6通过连接端-Udc，+Udc为装置馈电。扼流圈3和二极管4在变换器连接端5.3与+Udc连接端之间联接。扼流圈和二极管在此构成用于整体装置的共同的保护装置。

[0050] 根据本发明，扼流圈3和二极管4的电流负载可降低，其方法是，直流电源连接于连接端5.1和5.2。在这种情况下，变换器电流的直流分量从直流电源流入负载，其中，直流分量为直至总电流的80％。仅仅是电流的交流分量(也就是说大约为总电流的20％)在变换器与电容器之间被交换并且必须流过扼流圈3和二极管4。如果直流电源通过电容器连接端5.2连接，则不仅是电流的交流分量而且是其直流分量都可能流过扼流圈和二极管，也就是说直至5倍的更多的电流。这导致了这些组件的成比例的扩大且变得更加昂贵，并且导致了损耗的平方级的增大，也就是说，在扼流圈中的直至25倍的更大的损耗和在二极管中大约10倍的更大的损耗。

[0051] 根据本发明，通过变换器母线5.3和共同的母线5.1来实现能量输送。由此，在二极管4和在扼流圈3中的电流是当馈电点在电容器母线5.2上时的一半大。根据本发明在这种情况下，来自直流电源的电流直接由变换器接收。在此，主电流并不流向电容器，也就是说扼流圈3和二极管4的负载被减轻。它们因此可以设计得更小和费用更低廉。

[0052] 图5示出根据本发明的对具有单独的保护装置的变换器的保护。

[0053] 对应于图4，变换器1a，1b，1c具有：直流电容器2a，2b，2c；扼流圈3；和二极管4。变换器母线5.3和电容器母线5.2通过扼流圈3以及通过二极管4相互连接。与连接端-Udc和+Udc连接的直流电源6根据本发明向母线5.1和5.2中馈电。

[0054] 如果共同的直流母线5.3过长，则连接电缆可以具有相当大的电感Ls。在这种情况下，可以用各一个二极管4a，4b，4低电感地将每个变换器1a，1b，1c连接到电容器2a，2b，2c。由此，电感Ls被搭接并且单个的变换器1a，1b，1c的电压峰值变得更小。二极管4a，
4b，4的设置在此构成了所谓的单独的、用于单个的变换器的保护装置。扼流圈的数量同样也可以改变。优选地，一个唯一的扼流圈3促成了最合适的费用。扼流圈可以在任意的位置上连接直流母线5.3和5.2。

[0055] 连接于直流总线的变换器的类型可以变化。其可以是单相的或多相的变换器、直流调节器、蓄电池充电器、升压变流器、不中断的供电装置(USV)等等。每个这种组成部分在此可以包含电容器。对于本发明重要的是，即每个具有电容器的组成部分都连接于-Udc母线5.1以及连接于变换器母线5.3。

[0056] 图6示出根据本发明的具有直流总线、制动斩波器和单独的保护装置的装置。这种装置基本上对应于图5所示的那个装置。变宽的类型的转换器将电能单向地从三相的电网或者说发电机7.1转换至中间电路电容器2a并且从那里转换至交流电机(M)7.2，该交流电机可以以电动机或发电机运行方式来工作。这种类型的转换器被称为二象限变换器(2Q)。第一变换器1a实施为整流器并且将能量馈送给变换器母线5.3以及馈送给共同的母线5.1。第二变换器1b从变换器母线5.3以及从共同的母线5.1中提取能量并且馈送给负载7.2、例如电机。电容器2a，2b，2c用作蓄能器。如果电机7.2回馈的话，多余的能量则通过制动调节器1c在电阻7.3中消耗(Vernichtet)。

[0057] 这种系统可以模块化地扩展。如果两个电机被连接上，则可以在直流总线5.3和5.1上将两个变换器与各一个空转二极管连接。如果需要多个电阻，那么同样可以将多个制动调节器1c在直流总线5.3和5.1上与各一个空转二极管连接。

[0058] 利用下述值来对基于根据图6所示的装置的实施例加以说明：

[0059] 中间电路电压： 2kV

[0060] 电容器2a，2b，2c：2mF

[0061] 空气心扼流圈3： 10μH

[0062] 中间电路电流： 2kA

[0063] 短路电流：几百kA

[0064] 扼流圈电流：在正常运行状态下为2kA；在短路

[0065] 电流情况下为100kA

[0066] 输出功率： 1.2MW

[0067] 制动斩波器功率：4MW

[0068] 图7示出具有保护装置的四象限装置(4Q)。变换器1a将能量从电网7.1馈送至中间电路电容器2a中。变换器1b从中间电路电容器2b中提取能量并且驱动电机7.2。在制动状态中，能量方向逆反(所谓的4Q)，也就是说能量从电机输送给中间电路电容器2b并且从那里回馈至电网。

[0069] 变宽的类型的转换器将电能双向地从交流电源或者说电网变压器7.1转换至中间电路并且从那里转换至另一个交流输出部(AC-Senke)或者说电机7.2。这种类型的转换器被称为四象限变换器(4Q)：第一变换器将能量馈送至中间电路5.3和5.1；第二变换器从中间电路5.3和5.1提取能量。电容器2a，2b用作蓄能器。

[0070] 图8示出具有保护装置的多级的变换器。多级的变换器1或者说多级的变流器(Konverter)包括多个串联的开关1.10，1.11，1.12，1.13，...；电容器2.1，2.2；电容器连接端5.1，5.2；和输出端1.31，正如这里作为三级的变流器所示出的那样。

[0071] 所有的四个串联的开关1.10-1.13都由扼流圈3和二极管4加以保护。开关的每个栅极驱动器检测短路电流并且保护电桥不损毁。

[0072] 如果多个分布式多级变换器在一个中间电路上工作，那么其恰好正如那种根据本发明在两级的变换器的情况中一样地连接。

[0073] 一种将这种装置在大型车辆和混合动力车辆中的应用，其中，能量由柴油发电机产生并且通过整流器馈入具有相应的保护装置的中间电路。在中间电路上连接有多个变换器和一个制动斩波器。

[0074] 这种装置也应用于开采石油设备和舰船的驱动装置。单个的为电机馈电的变换器具有一个共同的、具有相应的保护装置的中间电路，并且由一个或多个柴油发电机通过整流器来馈电。

[0075] 此外描述了一种用于运行根据本发明的装置的方法：

[0076] 栅极驱动器检测饱和电压并且在超过极限值的情况下，当过高的电流流过电桥时，将故障报告给控制装置5。在电桥中出现短路情况下，电流流过扼流圈3并因此缓慢增加。因此，栅极驱动器拥有足够的时间来检测短路、断开开关并且由此保护电桥以免被损毁。同时，二极管4用于将变换器电压限制于电容器电压的值，也就是说开关并不随着过电压而失效。

[0077] 令人惊奇的事实在于，大的电感(扼流圈)和二极管在+Udc和Uwr之间带来了可靠的保护，而在那里以已知的方式在+Udc和Uwr之间尽可能不形成漏感，从而避免过电压。甚至变换器的设计的主要目的是基于特殊的装置来消除漏感。通过并联于扼流圈的二极管可以避免所不期望的、由扼流圈引起的电压峰值。

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保护具有电压中间电路的变换器以防止电桥短路的装置

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