JPH07170656A - 電流回路用保護回路 - Google Patents

電流回路用保護回路

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JPH07170656A
JPH07170656A JP6214994A JP21499494A JPH07170656A JP H07170656 A JPH07170656 A JP H07170656A JP 6214994 A JP6214994 A JP 6214994A JP 21499494 A JP21499494 A JP 21499494A JP H07170656 A JPH07170656 A JP H07170656A
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circuit
current
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posistor
current limiter
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JP6214994A
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Tudor Dr Baiatu
バイアツ ツドール
Karl-Hermann Dr Ketteler
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/026Current limitation using PTC resistors, i.e. resistors with a large positive temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1216Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 障害のため発生する過電流が直ちに制限され
る、コンデンサ回路を有する電流回路用保護回路を提供
する。 【構成】 可逆短絡電流制限器3,3´が、電流回路の
少なくとも1つのコンデンサC2,C3に直列に接続さ
れ、可逆短絡電流制限器はポジスタ5を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサ回路を有す
る電流回路用保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】この形式の電流回路用保護回路は、例え
ば西独国特許出願公開第3710799号明細書から公
知である。そこには、インバータ回路において、コンデ
ンサに対する直列回路において、直流電流コンデンサが
短絡するとき溶融しかつ回路装置を遮断する溶融ヒュー
ズが設けられている。ヒューズの溶融に対する検出器が
遅延されてこの短絡を検出する前に、インバータ回路の
導線の短絡の時点から数百msの時間間隔が経過する。
直流電流コンデンサの内部短絡しか検出されない。これ
によりコンデンサの内部短絡において、所属の機器およ
び回路が保護される。溶融ヒューズに代わって、直列接
続された直流電流コンデンサ群に対しても、障害検出器
として、電位差に基づいて障害を検出する差動増幅器を
設けることができる。
【0003】高められた振動および衝撃負荷にさらされ
ている車両駆動用電力変換装置に対して、従来の溶融ヒ
ューズの使用はその僅かな信頼性に基づいて可能でない
かもしく鉄道(ないし道路)関連施設における管理者に
よって望まれない。溶融ヒューズは、高い逆電圧を形成
する数多くのケーブル敷設コストを有する大きな素子で
あり、その際高い逆電圧は遮断可能な半導体を用いた電
力変換装置の作動に対して障害となる。100μsより
小さな要求される応答感度は、概して実現が困難であ
る。
【0004】Gerald Kainz 著“Keramische Kaltleiter
schuetzen elektronische Schaltungen”(Siemens Co
mponents 28 (1990年)第1冊、第13ないし16
頁)によって低電圧敷設技術および家電機器技術に対し
て、従来の溶融ヒューズに代わってセラミック性のポジ
スタを、例えば負荷に直列に過負荷保護のために、切換
遅延のために、モータ保護として、サーモスタット特性
を有する加熱素子としてかつ測定および制御技術に対し
て使用することが公知である。障害が取り除かれた後、
ポジスタに十分冷却するための機会を与えるために、ポ
ジジスタの、給電電圧からの分離が必要である。この保
護機能に対して十分である切換遅延度は、数秒の領域に
おいて変動する。パワー電子装置において、この保護機
能は、過負荷または短絡の場合装置を電源から切り放す
装置主スイッチによって実現される。
【0005】米国特許第4583146号明細書から、
機械的なブレーカ接点に対して並列にポジスタおよびバ
リスタを接続することが公知である。
【0006】西独国特許出願公開第4142523号公
報から、定格電流耐量および絶縁耐力が高い小さな寸法
の管またはプレート状の抵抗体に、ポジスタおよびバリ
スタを結合することが公知である。
【0007】確かに電力変換装置の主弁の電流路におけ
る制限チョークのdi/dt耐量を増大すれば短絡電流
を制限することができるが、結果として連続作動におけ
る損失が高められることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式のコンデンサ回路を有する電流回路用保護
回路を、障害のために発生する過電流が直ちに制限され
るように、改良することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、可逆短絡電流制限器が、電流回路の少なくとも1
つのコンデンサに直列に接続されており、かつ可逆短絡
電流制限器がポジスタを有するようにしたことによって
解決される。
【0010】本発明の有利な実施例によれば、数百Aの
定格電流耐量は約100μsの応答時間および保護回路
の能動部分の小さな構造嵩において実現することができ
る。その際能動部分の冷却は不要である。この冷却は、
既存の液体冷却が行われる高出力電力変換装置において
冷却循環経路に統合することができる。保護回路の全損
失は、電力変換装置の損失収支を考えれば取るに足らな
い。
【0011】ポジスタの能動部の選定を適合化すること
によって、保護回路の短絡特性は、種々異なった型式の
種々の電気特性値に整合することができる。この場合電
力変換装置の構造には僅かにしか影響しない。
【0012】本発明の保護によって、電力変換装置に蓄
積された、コンデンサバンクの内部エネルギーを、電力
変換装置スイッチないし半導体における短絡から減結合
することができる。
【0013】保護部の空間配置構成は、直流電圧中間回
路かまたは位相モジュールにおいて行われる。場合によ
っては40個までの並列接続されたコンデンサを有する
中間回路コンデンサバンクのモジュール構成によって、
短絡保護を、1つまたは複数の並列接続されたコンデン
サに選択的に配置することができる。殊に、遮断時過電
圧を制限するために、中間回路コンデンサの1つまたは
複数を保護要素なしに実現することができる。
【0014】
【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
【0015】図1には、直流電圧側が直流電圧中間回路
2を介して駆動側電力変換装置ないし第2電力変換装置
8に電気的に接続されている電源側電力変換装置または
第1電力変換装置1が示されている。
【0016】直流電圧中間回路2は、正の端子ないし正
の磁極板Pと負の端子ないし負の磁極板Nとの間に、フ
ィルタチョークLFおよびフィルタコンデンサCFの直
列接続から成る中間回路高調波を減衰するためのフィル
タを有している。さらに中間回路コンデンサないしコン
デンサC1,C2,C3を有しており、その際コンデン
サC2,C3はそれぞれ、可逆短絡電流制限器3に直列
に接続されている。可逆短絡電流制限器3は、短絡路の
阻止方向に極性付けられているダイオード4と、ポジス
タ5と、アレスタないしバリスタ6と、オーミック抵抗
7との並列接続を有している。ポジスタ5は短絡電流制
限器3において必ず存在している。バリスタ6、オーミ
ック抵抗7およびダイオード4は個別にまたはポジスタ
との組み合わせで並列に接続することができる。
【0017】ポジスタ5は、所謂PTC特性(PTC=
正の温度係数)を呈する。
【0018】有利には、ポジスタ5およびバリスタ6
は、冒頭に挙げた西独国特許出願公開第4142523
号公報から公知であるような抵抗体に一体化されてい
る。
【0019】ポジスタ5をオーミック抵抗7とともに1
つの構成要素に統合化する抵抗体も特別適している。こ
の種の抵抗体を製造するために、ポジスタ充填材を有す
るポジスタ材料および抵抗充填材を有する第2の抵抗材
料が熱硬化性または熱可塑性プラスチックから成るポリ
マーマトリックスに埋め込まれる。充填材は、粉末、繊
維および/または小片の形を有している。ポジスタ充填
材は、例えばニッケル、および/または、例えばTiC
2,TiB2,MoSi2,V23のような、少なくとも
1つのホウ化物、珪化物、酸化物および/または炭化物
のような炭素および/または金属の導電性の粒質物を含
んでいる。抵抗充填材は、例えばZnO,SnO2,S
rTiO3,TiO2,SiC,YBa2Cu37-xのよ
うな基板にドーピングされた半導体セラミック、金属粒
体または導電性に作られた合成樹脂を含んでいる。第2
の抵抗材料から成る抵抗の大きさは、ポジスタ材料のポ
ジスタ抵抗の抵抗値の約10倍ないし104倍である。
【0020】2つの電力変換装置1,8は、2点電力変
換装置として実現されており、その際図1の電力変換装
置8に対しては交流電圧端子10において取り出される
交流電流相に対する主弁としての2つのGTOサイリス
タT1,T2を有する2つの主弁路しか図示されていな
い。3相交流電流に対しては、相応に6つの同形式に構
成された主弁路が必要である。それぞれの主弁T1,T
2に並列に、サイリスタ接続形成回路9が設けられてお
り、その際わかりやすくするためにGTOサイリスタT
1に対する接続形成回路のみが示されている。サイリス
タ接続形成回路9が、図示のものとは別の回路を有する
こともできることは勿論である。2つの主弁T1,T2
の電流路において、チョークないしdi/dt制限チョ
ークLは可逆短絡電流制限器3を介して直流電圧中間回
路2の正の極Pに接続されている。di/dt制限チョ
ークLに対する並列分岐において、オーミック抵抗を有
するダイオードが直列に接続されている。
【0021】第2の電力変換装置8における可逆短絡電
流制限器3は、直流電圧中間回路2に短絡電流制限器3
が設けられているとき、省略することができる。他方に
おいて、直流電圧中間回路2における可逆短絡電流制限
器3は、第2電力変換装置8に可逆短絡電流制限器3が
設けられているとき、省略することができる。
【0022】図2には、第1および第2の2点電力変換
装置1,8に代わって、第1および第2の3点電力変換
装置11,12を有する、図1に類似した電力変換装置
回路が第2実施例として示されている。同じ構成素子に
は同じ参照番号が付されている。直流電圧中間回路2´
において、それぞれの電位の1/2に対して、複数の並
列接続されたコンデンサを有するコンデンサバンクに直
列に可逆短絡電流制限器3が接続されている。この接続
形成の利点は、保護接続形成回路のコスト低減にある。
というのは、比較的僅かな可逆短絡電流制限器3,3´
しか必要としないかもしくは、電力変換装置セットに対
して僅かな型の可逆短絡電流制限器3,3´しか必要と
しないという理由から、システム多様化が低減されるか
らである。
【0023】3点電力変換装置12では、それぞれの主
弁分岐の主弁に、di/dt制限チョークL1,L2が
直列に接続されており、これらは、直流電圧中間回路2
´の正の極Pないし負の極Nに電気的に接続されてい
る。これら2つの可逆短絡電流制限器3に代わって、電
力変換装置12の零点ないし中性線路に、破線で示され
た可逆短絡電流制限器3´を設けることができ、これは
一方においてこの中点路の中点導体13´に接続されて
おりかつ他方において直流電圧中間回路2´の中点導体
13に接続されている。これにより、数多くの障害例に
対して、十分な保護が行われる。この実施例において
も、直流電圧中間回路2´における可逆短絡電流制限器
3が所望の保護を保証するときは、第2の電力変換装置
12における可逆短絡電流制限器3,3´を省略するこ
とができ、かつその逆も言える。
【0024】少なくとも1つの中間回路コンデンサC
2,C3のコンデンサ短絡電流路に、可逆短絡電流制限
器3,3´が設けられていることが重要である。これに
より、コンデンサC2,C3の例えば短絡放電電流は、
少なくとも、受動素子および電流母線(ブス)の破壊限
界値の下方、理想的には能動素子の破壊限界値の下方に
ある値に制限される。このために必要である、保護回路
の応答時間は、100μsの領域にある。
【0025】図1および図2の保護回路は、電力変換装
置1、8;11、12の部分短絡においても、全短絡に
おいても、良好な保護を保証する。
【0026】ダイオード4の、ポジスタ5に対する並列
回路によって、可逆短絡電流制限器3,3´の熱的な連
続負荷を低減することができる。定格条件下の作動で
は、ダイオード4は、中間回路のパルス周波数の1/2
周期の間導通しかつこのようにして有効電流を低減す
る。短絡時に、ダイオード4は阻止され、かつ可逆短絡
電流制限器3,3´の保護機能は完全に作用する。
【0027】1つまたは複数の中間回路コンデンサC1
が1つの可逆短絡電流制限器3も有しず、一方残りの中
間回路コンデンサC2,C3が1つの可逆短絡電流制限
器を有するようにすれば、遮断時過電圧に対する保護が
実現される。しかし直流電圧中間回路における全電流の
短絡電流振幅が相応に高められる。
【0028】図3および図4には、中間回路コンデンサ
C2にポジスタ5を有する短絡保護ないし可逆短絡電流
制限器3の無誘導ないし低誘導装置に対する構造的な実
施例がそれぞれ異なった平面にて示されている。この場
合、短絡保護部は、それを、正のコンデンサ電極端子1
4と正の磁極板Pとの間の電気的なコネクタ(連結路)
として配置することによって、中間回路レール(軌条
化)部の一体化構成部分である。層状に形成されたポジ
スタ5は、冷却および接触接続部材16の間に支承され
ており、図平面に関して後方に曲げ出されておりかつ接
触接続部材17を用いて正の磁極板Pに固定されてい
る。正の磁極板Pは、絶縁層ないし絶縁板18によっ
て、負の磁極板Nから隔離されておりかつこれに対し
て、2.8kVの典型的な直流電圧を有している。
【0029】図4には、図3の切断面A−A´に沿っ
て、右方向に見た断面図が示されている。コンデンサC
2の負のコンデンサ接続端子15は、図4には、ウィン
ドウ20によってしかわからないが、接触接続端子19
を用いて、正の磁極板Pおよび絶縁板18における孔な
いしウィンドウ20を通して負の磁極板Nに接触接続さ
れている。
【0030】この装置の利点は、スペースが著しく節約
されかつ低インダクタンス(誘導)の接続が得られる点
にある。
【0031】
【発明の効果】本発明の利点は、保護装置が可逆的に動
作し、アークが生じずに応答しかつ低インダクタンス
(誘導)およびスペース節約に使用可能であるという点
にある。保護回路は、損失が少なく、振動に強くしかも
既存の冷却循環経路に統合可能である。本発明の保護装
置は、自立応答しかつフレキシブルな応用を可能にす
る。保護システムの信頼性は、付加的な電子回路ユニッ
トおよび構成要素によって阻害されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】直流電圧中間回路のコンデンサからの短絡路に
1つの可逆短絡電流制限器が設けられている、直流中間
回路を介して電源側電力変換装置に接続されている駆動
側電力変換装置を有する2点電力変換装置回路の回路略
図である。
【図2】3点電力変換装置を有する図1の電力変換装置
回路の回路略図である。
【図3】1つのコンデンサに1つの可逆短絡電流制限器
が配置されている実施例の構造を示す略図である。
【図4】図3を線A−A′沿って切断して見た図であ
る。
【符号の説明】 1、8;11、12 電力変換装置、 3,3´ 短絡
電流制限器、 5 ポジスタ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンデンサ回路を有する電流回路用保護
    回路において、 a)可逆短絡電流制限器(3,3´)が、前記電流回路
    の少なくとも1つのコンデンサ(C2,C3)に直列に
    接続されており、かつb)前記可逆短絡電流制限器
    (3,3´)はポジスタ(カルトライタ)(5)を有す
    ることを特徴とする電流回路用保護回路。
  2. 【請求項2】 前記可逆短絡電流制限器(3,3´)
    は、複数の並列接続されたコンデンサを有する少なくと
    も1つのコンデンサバンクに直列に接続されている請求
    項1記載の電流回路用保護回路。
  3. 【請求項3】 a)前記コンデンサ回路の電流回路は、
    それぞれの交流電流相当たり少なくとも1つの弁セット
    を有する少なくとも1つの電力変換装置(1,8;1
    1,12)を有しかつb)1つの可逆短絡電流制限器
    (3,3´)が前記電力変換装置(1,8;11,1
    2)の少なくとも1つの主弁(T1,T2)に直列に接
    続されている請求項1または2記載の電流回路用保護回
    路。
  4. 【請求項4】 1つの可逆短絡電流制限器(3´)が、
    3点回路を有する前記電力変換装置(11,12)の中
    性(線)導体(13´)に直列に接続されている請求項
    3記載の電流回路用保護回路。
  5. 【請求項5】 前記ポジスタ(5)の並列分岐に、1つ
    のバリスタ(6)が接続されている請求項1から4まで
    のいずれか1項記載の電流回路用保護回路。
  6. 【請求項6】 前記ポジスタ(5)の並列分岐に、1つ
    のオーミック抵抗(7)が接続されている請求項1から
    5までのいずれか1項記載の電流回路用保護回路。
  7. 【請求項7】 前記ポジスタ(5)の並列分岐に、短絡
    路の阻止方向に1つのダイオード(4)が接続されてい
    る請求項1から6までのいずれか1項記載の電流回路用
    保護回路。
  8. 【請求項8】 前記可逆短絡電流制限器(3,3´)
    は、ポジスタ(5)の物理特性並びにバリスタ(6)の
    物理特性を同時に有する抵抗体を有する請求項1から7
    までのいずれか1項記載の電流回路用保護回路。
  9. 【請求項9】 前記可逆短絡電流制限器(3,3´)
    は、ポジスタ(5)の物理特性並びにオーミック抵抗
    (7)の物理特性を同時に有する抵抗体を有する請求項
    1から8までのいずれか1項記載の電流回路用保護回
    路。
  10. 【請求項10】 前記可逆短絡電流制限器(3,3´)
    は、冷却装置(16)を有する請求項1から9までのい
    ずれか1項記載の電流回路用保護回路。
JP6214994A 1993-09-08 1994-09-08 電流回路用保護回路 Pending JPH07170656A (ja)

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DE4330381A DE4330381A1 (de) 1993-09-08 1993-09-08 Schutzschaltung für einen Stromkreis mit einer Kondensatorschaltung
DE4330381.1 1993-09-08

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JP (1) JPH07170656A (ja)
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