分散配置されたエネルギー蓄積器を有する電力変換回路
本発明は、上側および下側の変換整流器（Ｔ１，…，Ｔ６）を有する少なくとも１つの相モジュール（１００）を備えた電力変換回路であって、相モジュール（１００）の直流電圧側が正および負の直流電圧母線（Ｐ0，Ｎ0）に導電接続され、各変換整流器（Ｔ１，…，Ｔ６）が、電気的に直列に接続された少なくとも２つの２極のサブシステム（１０）を有するような電力変換回路に関する。本発明によれば、各サブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）に対して電気的に並列に保護構成要素（１２）が接続されている。それにより、故障時に冗長的に更に続けて動作することができる分散配置されたエネルギー蓄積器を有する電力変換回路が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部分による電力変換回路に関する。
【０００２】
この種の電力変換回路は独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書から公知であり、この種の電力変換回路の等価回路図が図１に詳細に示されている。この等価回路図によれば、この公知の電力変換回路はそれぞれ１００にて示された３つの相モジュールを有する。これらの相モジュール１００は直流電圧側をそれぞれ正および負の直流電圧母線Ｐ0およびＮ0に導電接続されている。これらの両直流電圧母線Ｐ0およびＮ0の間に詳しくは示されていない直流電圧が存在する。各相モジュール１００は、上側の変換整流器Ｔ１もしくはＴ３もしくはＴ５と下側の変換整流器Ｔ２もしくはＴ４もしくはＴ６とを有する。これらの変換整流器Ｔ１〜Ｔ６のそれぞれは、電気的に直列接続された多数の２極のサブシステム１０を有する。この等価回路図では４つのこれらのサブシステム１０が示されている。相モジュール１００の２つの変換整流器Ｔ１およびＴ２もしくはＴ３およびＴ４もしくはＴ５およびＴ６の各接続点は、これらの相モジュール１００の交流電圧側端子Ｌ１もしくはＬ２もしくはＬ３をなす。この図では電力変換回路は３つの相モジュール１００を有することから、負荷接続端子とも呼ばれる交流電圧側端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３には３相負荷、例えば３相交流電動機を接続することができる。
【０００３】
図２には２極のサブシステム１０の公知の実施形態の等価回路図が詳しく示されている。図３による回路装置は機能的に全く等価な変形であり、これは同様に独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書から公知である。この公知の２極のサブシステム１０は、２つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３と、２つのダイオード２および４と、単極性の蓄積コンデンサ９とを有する。両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３は電気的に直列に接続されていて、この直列接続回路が蓄積コンデンサ９に対して並列に接続されている。各ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３には両ダイオード２および４の１つが次のように電気的に並列に接続されている。すなわち、当該ダイオードが対応するターンオフ制御可能な半導体スイッチ１または３に逆並列に接続されている。サブシステム１０の単極性の蓄積コンデンサ９は、１つのコンデンサから構成されているか、あるいは多数のこのようなコンデンサからなるコンデンサバッテリから構成されていて、結果として生じる静電容量Ｃ0を有する。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１のエミッタとダイオード２のアノードとの接続点は、サブシステム１０の接続端子Ｘ１をなす。両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３と両ダイオード２および４との接続点は、サブシステム１０の第２の接続端子Ｘ２をなす。
【０００４】
図３によるサブシステム１０の実施形態ではこの接続点が接続端子Ｘ１をなす。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１のコレクタとダイオード２のカソードとの接続点がサブシステム１０の接続端子Ｘ２をなす。
【０００５】
サブシステム１０の２つの実施形態の両図において、蓄積コンデンサ９の両接続端子はサブシステム１０から引き出されていて、２つの接続端子Ｘ３およびＸ４をなす。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３としては、図２および図３に示されているように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用される。同様に、ＭＯＳＦＥＴとも呼ばれるＭＯＳ電界効果トランジスタも使用可能である。更に、ＧＴＯサイリスタとも呼ばれるゲートターンオフサイリスタまたは集積ゲート転流サイリスタ（ＩＧＣＴ）が使用可能である。
【０００６】
独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書によれば、図１による電力変換回路の各相モジュール１００のサブシステム１０がスイッチング状態ＩおよびＩＩにおいて制御される。スイッチング状態Ｉにおいてはターンオフ制御可能な半導体スイッチ１がオンされていて、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ３がオフされている。それによって、サブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２に生じる端子電圧ＵX21は０に等しい。スイッチング状態ＩＩにおいてはターンオフ制御可能な半導体スイッチ１がオフされていて、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ３がオンされている。このスイッチング状態ＩＩにおいては、接続端子Ｘ１およびＸ２に生じる端子電圧ＵX21は蓄積コンデンサ９に生じるコンデンサ電圧ＵCに等しい。
【０００７】
図４には、独国特許出願公開第１０２１７８８９号明細書から公知であるサブシステム１０のための他の実施形態の等価回路図が詳細に示されている。サブシステム１０のこの実施形態は電圧形コンバータの完全ブリッジ形式を有するが、ただしここでは単独の２端子回路として使用される。このブリッジ回路は、それぞれ１つのダイオード２，４，６，８を逆並列接続された４つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７からなる。このブリッジ回路の直流電圧側の端子には蓄積コンデンサ９が接続されていて、蓄積コンデンサ９は電圧ＵCに充電される。そのためにターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７はオフされている。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７の開閉により、サブシステムＸ１およびＸ２に生じる端子電圧ＵX21が電流方向に関係なく正、負になり、または０にもなり得るスイッチング状態が生じる。図２または図３による実施形態に比べてこの実施形態の場合には、サブシステム１０の端子電圧ＵX21が蓄積コンデンサ９に生じる負のコンデンサ電圧ＵCに等しい更に別のスイッチング状態ＩＩＩが存在する。この実施形態においても蓄積コンデンサ９の端子が引き出され、Ｘ３およびＸ４の符号が付されている。
【０００８】
図１による電力変換装置が冗長動作をすることができるようにするためには、欠陥のあるサブシステム１０が端子Ｘ１およびＸ２において永続的に短絡されていること、すなわち、故障したサブシステム１０の端子電圧ＵX21が０であることが保証されなければならない。
【０００９】
サブシステム１０内に存在するターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５または７、または付属の制御回路の故障によって、このサブシステム１０は規則にかなった動作を乱される。すなわち、このサブシステム１０は、もはや可能なスイッチング状態の１つＩ，ＩＩまたはＩＩＩに制御することができなくなる。サブシステム１０の端子Ｘ１およびＸ２における短絡によってこのサブシステム１０にエネルギーがもはや供給されない。それによって、コンバータの動作続行時に過熱および火災のような間接的損害が確実に回避される。故障したサブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２間のこの種の短絡による導電接続は、少なくとも、故障したサブシステム１０を含んだ相モジュール１００の変換整流器Ｔ１，…，Ｔ６の動作電流を確実に過熱なしに導かなければならない。
【００１０】
米国特許第５９８６９０９号明細書から、相モジュールごとに少なくとも２つの電気的に直列接続されたサブシステムを有する電力変換回路が公知である。サブシステムとして、この公知の電力変換回路の場合には周波数変換装置が使用され、周波数変換装置はそれぞれ系統電源側に非制御６極のダイオードブリッジ変換器を有し、負荷側に２相の自励パルス制御変換器を有する。直流電圧側ではこれらの両変換器が直流電圧中間回路により互いに導電接続されている。系統電源側ではこれらのサブシステムはそれぞれ系統電源変圧器の１つの２次巻腺に接続されている。負荷側では１つの相モジュールにおけるサブシステムは電気的に直列接続されている。この公知の電力変換回路において故障したサブシステムは短絡される。この場合に電磁開閉器、ばね付勢接触子、逆並列サイリスタ、または逆直列接続されたターンオフ制御可能な半導体スイッチが、各サブシステムの負荷側接続端子のためのバイパス回路として使用される。機械的な短絡器は、それらの機械装置のゆえに頻繁に点検整備されなければならない。電気的な短絡器は、それぞれ高電位にある電源装置および制御装置を必要とし、これらの装置は制御側において変換器制御装置と信号技術的に接続されていなければならない。
【００１１】
独国特許出願公開第１０３２３２２０号明細書から、同様に相モジュールが少なくとも２つの電気的に直列接続されたサブシステムを有する電力変換回路が公知である。この公知の電力変換回路の各サブシステムは電圧形コンバータの完全ブリッジ回路の形を有するが、ただしこれは単独の２端子回路として使用される。このブリッジ回路は逆並列接続ダイオードを備えた４つのターンオフ制御可能な半導体スイッチからなる。直流電圧側端子に蓄積コンデンサが接続されている。故障したサブシステムを短絡可能にするために、サブシステムのそれぞれは蓄積コンデンサに電気的に並列接続されている保護構成要素を有する。保護構成要素として反転ダイオードまたは短絡サイリスタが使用される。蓄積コンデンサに低誘導接続されている短絡サイリスタが使用される場合には、同様にセンサ回路および点弧回路が必要である。
【００１２】
サブシステムのターンオフ制御可能な半導体スイッチの故障時に、半導体モジュールの爆発に至るほどのアークをもたらし得る大きな短絡電流が流れる。この短絡電流によって蓄積コンデンサが放電させられる。蓄積コンデンサに並列に接続された反転ダイオードによって、短絡電流が故障した半導体モジュールからこの反転ダイオードへ転流する。反転ダイオードは、サブシステムの故障時にブレークダウンするように設計されている。短絡サイリスタによる実施形態の場合には直流電圧側の短絡がセンサ回路によって認識され、センサ回路が点弧回路を作動させる。それにより、短絡サイリスタが点弧され、これに転流した短絡電流によってブレークダウンさせられる。この保護回路における欠点は、サブシステムの構造が変更されなければならないことにある。付加的に、僅かなミリ秒にて短絡サイリスタの点弧をひき起こさせるセンサ回路および点弧回路が要求される。
【００１３】
本発明の課題は、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路を、既述の欠点がもはや発生しないように発展させることにある。
【００１４】
この課題は本発明によれば請求項１の特徴事項により解決される。
【００１５】
各サブシステムの接続端子に対して電気的に並列に保護構成要素が接続されていることによって、このサブシステムを故障時に短絡することができる。この保護構成要素はサブシステムの接続端子に接続されることから、サブシステムの構造は触れられていないままである。それによって、まだ保護構成要素を持たないサブシステムに、後からこのような保護構成要素を備えさせることができる。保護構成要素は、ある一定の過電圧エネルギーの吸収後に短絡状態に移行する性質を持つ。すなわち、この保護構成要素は当該サブシステムの故障時にブレークダウンし、それによってこの保護システムが短絡状態になる。
【００１６】
故障したサブシステムの保護構成要素がブレークダウンすることができるようにするためには、先ず電力変換回路の相モジュール内に存在するサブシステムのうちどれが故障しているかを検出しなければならない。故障したサブシステムが局限化されるや否や、故障していない１つまたは複数のサブシステムの狙いを定めた制御によって、規定の過電圧エネルギーが故障したサブシステムに与えられる。このために、電力変換回路において故障したサブシステムが配置されている相モジュールの少なくとも１つが予め定められた時間幅だけスイッチング状態Ｉに制御することができる。更に、電力変換回路の故障のない相モジュールにおいてそれぞれ少なくとも付加的に１つのサブシステムが予め定められた時間幅だけスイッチング状態ＩＩに制御される。
【００１７】
故障した相モジュールにおける付加的なサブシステムのスイッチング状態Ｉへの制御ならびにそれぞれ故障していない相モジュールにおける付加的なサブシステムのスイッチング状態ＩＩへの制御の代わりに、故障していない相モジュールにおける全てのサブシステムをそれぞれスイッチング状態ＩＩへ制御し、かつ故障した相モジュールにおける故障していないサブシステムの全てをスイッチング状態Ｉに制御してもよい。それによって調整可能な最大の過電圧が故障したサブシステムに印加されるので、過電圧は入力側の保護構成要素を通して、この保護構成要素がブレークダウンすることをもたらす電流を強制的に流し込む。
【００１８】
保護構成要素を通して流れる電流のピーク値を無傷のターンオフ制御可能な半導体スイッチにとって許容可能な値に制限するために、スイッチング時間幅が適切に調整される。付加的にスイッチング状態ＩおよびＩＩに制御されるサブシステムの個数により、故障したサブシステムに生じる過電圧が段階的に調整可能である。
【００１９】
本発明の更なる説明のために、本発明による保護構成要素の多数の実施形態が概略的に示されている図面を参照する。
【００２０】
図１は分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路の等価回路図を示し、図２には公知のサブシステムの第１の実施形態の等価回路図が示され、図３は公知のサブシステムの第２の実施形態の等価回路図を示し、図４は公知のサブシステムの第３の実施形態の等価回路図を示し、図５乃至１０には本発明による保護構成要素の異なる実施形態が詳しく示されている。
【００２１】
図５には図２または図３によるサブシステム１０のための第１の保護構成要素１２が示されている。保護構成要素１２としてダイオード１４が設けられている。この１つのダイオードの代わりに多数のダイオードの直列回路が設けられてもよい。保護構成要素１２の接続端子１６および１８は、図２または図３によるサブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２、特に端子Ｘ１ａおよびＸ２ａに接続される。
【００２２】
図６には本発明による保護構成要素１２の第２の実施形態が示されている。保護構成要素１２として、ここでは、いわゆる能動クランプ回路２２を有するサイリスタ２０が設けられている。この能動クランプ回路２２は少なくとも１つのツェナーダイオード２４を有し、ツェナーダイオード２４は、カソード側をサイリスタ２０のアノード端子２６に接続され、アノード側をゲート抵抗２８を介してサイリスタ２０のゲート端子３０に接続されている。ツェナーダイオード２４のアノード側は同様に抵抗３２によりサイリスタ２０のカソード端子３４に接続されている。サイリスタ２０のアノード２６に生じる電圧がツェナーダイオード２４のツェナー値を上回るや否や、ツェナーダイオード２４が導通してサイリスタ２０をターンオンさせる。今やサイリスタ２０を通って流れる電流がサイリスタ２０の確実なブレークダウンをひき起こさせる。サイリスタ２０は、この電流がブレークダウンをもたらすように設計されている。
【００２３】
図７による保護構成要素１２の実施形態は図６による実施形態に大体対応している。相違は図７による実施形態が付加的にＲＣスナバ回路３６を有することにある。ＲＣスナバ回路３６は、このサイリスタ２０のアノード・カソード間に電気的に並列接続されている。このＲＣスナバ回路３６は電気的に直列接続されたコンデンサ３８および抵抗４０を有する。このＲＣスナバ回路３６によって、付属のサブシステム１０のターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３のスイッチング過程のスイッチング勾配が抑制される。それによって保護構成要素１２がサブシステム１０のスイッチング勾配によって制御不可になることが防止される。
【００２４】
図８には保護構成要素１２の他の実施形態が更に詳しく示されている。この保護構成要素１２は、電気的に逆直列に接続された２つのダイオード１４および４２を有する。この構成によってこの保護構成要素１２は正および負の電圧を受け入れることができる。すなわち、サブシステムの正常時にサブシステムの入力側が短絡されていないようにするものである。それゆえ保護構成要素１２は、サブシステムの正常時において発生する端子電圧ＵX21を確実に受け入れることができなければならない。図４によるサブシステム１０の実施形態の場合には、図２または図３によるサブシステム１０の端子電圧ＵX21と違って、端子電圧ＵX21が負もあり得るので、両方向において電圧を受け入れることができる保護構成要素１２が要求される。この場合に、それぞれ１つのダイオード１４もしくは４２の代わりに多数のダイオードを使用してもよい。
【００２５】
図９による保護構成要素１２の実施形態は図６による実施形態に大体対応する。相違は、アノード側のツェナーダイオード２４とゲート抵抗２８との間に少なくとも１つの逆流防止ダイオード４４が接続されていることにある。このために逆流防止ダイオード４４は、カソード側をゲート抵抗２８に、アノード側をツェナーダイオード２４のアノードに導電接続されている。この付加的な逆流防止ダイオード４４によって、この保護構成要素１２は両方向において電圧を受け入れることができる。それによって、この保護構成要素１２の接続端子１６および１８を図４によるサブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２、特にＸ１ａおよびＸ２ａに対して電気的に並列に接続することができる。
【００２６】
図１０に基づく保護構成要素１２の実施形態は図９の実施形態に対応し、付加的にＲＣスナバ回路３６がサイリスタ２０のアノード・カソード間に電気的に並列接続されている。
【００２７】
図１による等価回路図に基づいて本発明による制御方法を更に詳しく説明する。
【００２８】
図１による等価回路図において変換整流器Ｔ２が故障している。これは斜線にて明示されている。図１によるこの３相電力変換回路の相モジュールには、付加的にインピーダンスＺが挿入されている。インピーダンスＺは、概略的にブリッジ半分において存在するインダクタンス（漏れインダクタンス）およびオーム抵抗を代表する。この代表的なインピーダンスに加えて相モジュール１００内に個別の構成要素が配置されていてもよい。
【００２９】
サブシステム１の故障は、電圧検出とそれに続く予め定められた許容変動幅との比較により求められる。更に、例えば電子装置の故障、転流障害のような他の誤りもサブシステムの故障を招く。これらの誤りは制御装置を介して認識され、これらも必然的にサブシステムの短絡をもたらす。ここで変換整流器Ｔ２の斜線を施したサブシステム１０が故障したならば、変換整流器Ｔ３およびＴ４を有する相モジュール１００および変換整流器Ｔ５およびＴ６を有する相モジュール１００の全てのサブシステム１０の最大のエネルギー内容が、変換整流器Ｔ２の斜線を施したサブシステム１０の保護構成要素１２のブレークダウンのための規定の過電圧エネルギーを発生させるために最大限に利用される。このために、これらの正常な相モジュール１００の全ての正常なサブシステム１０がスイッチング状態ＩＩに制御され、故障した相モジュール１００の全ての正常なサブシステム１０がスイッチング状態Ｉに制御される。スイッチング状態ＩＩにおいてはサブシステム１０に生じる端子電圧ＵX21が蓄積コンデンサ９に生じるコンデンサ電圧ＵCに等しい。スイッチング状態Ｉにおいてはサブシステム１０に生じる端子電圧ＵX21が０に等しい。サブシステム１０のこの制御によって、図１において矢印により示された電流ｉK1，ｉK2およびｉK3が流れる。これらの電流ｉK1，ｉK2およびｉK3のピーク値をサブシステム１０の健全なターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７にとって許容し得る値に制限するためには、これらのスイッチング状態ＩＩおよびＩのための時間幅を適切に調整すべきである。この時間幅は、インピーダンスＺが既知である場合には予め決定可能である。サブシステム１０のこの制御によって、故障したサブシステム１０に過電圧が生じ、その過電圧のエネルギーが対応する保護構成要素１２によって吸収される。それによって、この保護構成要素１２が短絡状態に移行する。すなわち、保護構成要素１２がブレークダウンする。
【００３０】
使用可能な最大エネルギーは遥かに十分であることから、この説明した制御方法は一部変更される。一部変更された制御方法の場合には、図１に基づく等価回路図にしたがって両変換整流器Ｔ１およびＴ２を含む故障した相モジュール１００においては、正規動作と違って１つのサブシステム１０だけが付加的にスイッチング状態Ｉにて制御され、そして正常な相モジュール１００においては、１つずつのサブシステム１０だけが付加的にスイッチング状態ＩＩに制御される。それによって、故障したサブシステム１０に生じる電圧は、付属の保護構成要素１２をブレークダウンさせるために十分である。
【００３１】
相モジュール１００ごとの使用されるサブシステム１０の選定およびそれぞれの個数によって、正常な相モジュール１００により、電流ｉK2およびｉK3によって図１に書き込まれた電流方向も、電流ｉK1の反対の電流方向も可能であることが保証されなければならない。
【００３２】
多相電力変換回路の相モジュール１００のサブシステム１０のこの制御によって、直流電圧母線Ｐ0，Ｎ0における直流電圧ならびに負荷接続端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における交流電圧は、僅かしか、かつ前記時間幅しか影響を及ぼされない。
【００３３】
健全なターンオフ制御可能な半導体スイッチにとって許容し得る結果として生じる電流パルスの高さは、既に述べたように予め決定することができる。電流パルスの測定は、分枝電流の測定値検出器が存在する場合には同様に実施することができる。このやり方で、予め定められた最大電流が到達されるように適合化された可変時間幅にて動作させることもできる。
【００３４】
時間幅の上述のスイッチング状態を何度も繰り返して制御することもできる。この場合に、これらの制御する回数およびこれらの繰り返しの間の休止時間は、極端な事例において放電する故障サブシステム１０の蓄積コンデンサ９ができるだけ速やかに再充電されるように選ばれている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路を示す等価回路図
【図２】公知のサブシステムの第１の実施形態を示す等価回路図
【図３】公知のサブシステムの第２の実施形態を示す等価回路図
【図４】公知のサブシステムの第３の実施形態を示す等価回路図
【図５】本発明による保護構成要素の第１の実施形態を示す回路図
【図６】本発明による保護構成要素の第２の実施形態を示す回路図
【図７】本発明による保護構成要素の第３の実施形態を示す回路図
【図８】本発明による保護構成要素の第４の実施形態を示す回路図
【図９】本発明による保護構成要素の第５の実施形態を示す回路図
【図１０】本発明による保護構成要素の第６の実施形態を示す回路図
【符号の説明】
【００３６】
１ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
２ ダイオード
３ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
４ ダイオード
５ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
６ ダイオード
７ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
８ ダイオード
９ 蓄積コンデンサ
１０ サブシステム
１２ 保護構成要素
１４ ダイオード
１６ 接続端子
１８ 接続端子
２０ サイリスタ
２２ 能動クランプ回路
２４ ツェナーダイオード
２６ アノード端子
２８ ゲート抵抗
３０ ゲート端子
４２ ダイオード
３２ 抵抗
３４ カソード端子
３６ ＲＣスナバ回路
３８ コンデンサ
４０ 抵抗
４２ ダイオード
４４ 逆流防止抵抗
１００ 相モジュール
Ｌ１〜Ｌ３ 負荷接続端子
Ｐ0，Ｎ0 直流母線
Ｔ１〜Ｔ６ 変換整流器
ＵC コンデンサ電圧
ＵX21 端子電圧
Ｘ１，Ｘ２ 接続端子
Ｘ３，Ｘ４
Ｘ１ａ，Ｘ２ａ 端子
Ｚ インピーダンス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部分による電力変換回路に関する。
【０００２】
この種の電力変換回路は独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書から公知であり、この種の電力変換回路の等価回路図が図１に詳細に示されている。この等価回路図によれば、この公知の電力変換回路はそれぞれ１００にて示された３つの相モジュールを有する。これらの相モジュール１００は直流電圧側をそれぞれ正および負の直流電圧母線Ｐ0およびＮ0に導電接続されている。これらの両直流電圧母線Ｐ0およびＮ0の間に詳しくは示されていない直流電圧が存在する。各相モジュール１００は、上側の変換整流器Ｔ１もしくはＴ３もしくはＴ５と下側の変換整流器Ｔ２もしくはＴ４もしくはＴ６とを有する。これらの変換整流器Ｔ１〜Ｔ６のそれぞれは、電気的に直列接続された多数の２極のサブシステム１０を有する。この等価回路図では４つのこれらのサブシステム１０が示されている。相モジュール１００の２つの変換整流器Ｔ１およびＴ２もしくはＴ３およびＴ４もしくはＴ５およびＴ６の各接続点は、これらの相モジュール１００の交流電圧側端子Ｌ１もしくはＬ２もしくはＬ３をなす。この図では電力変換回路は３つの相モジュール１００を有することから、負荷接続端子とも呼ばれる交流電圧側端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３には３相負荷、例えば３相交流電動機を接続することができる。
【０００３】
図２には２極のサブシステム１０の公知の実施形態の等価回路図が詳しく示されている。図３による回路装置は機能的に全く等価な変形であり、これは同様に独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書から公知である。この公知の２極のサブシステム１０は、２つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３と、２つのダイオード２および４と、単極性の蓄積コンデンサ９とを有する。両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３は電気的に直列に接続されていて、この直列接続回路が蓄積コンデンサ９に対して並列に接続されている。各ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３には両ダイオード２および４の１つが次のように電気的に並列に接続されている。すなわち、当該ダイオードが対応するターンオフ制御可能な半導体スイッチ１または３に逆並列に接続されている。サブシステム１０の単極性の蓄積コンデンサ９は、１つのコンデンサから構成されているか、あるいは多数のこのようなコンデンサからなるコンデンサバッテリから構成されていて、結果として生じる静電容量Ｃ0を有する。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１のエミッタとダイオード２のアノードとの接続点は、サブシステム１０の接続端子Ｘ１をなす。両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３と両ダイオード２および４との接続点は、サブシステム１０の第２の接続端子Ｘ２をなす。
【０００４】
図３によるサブシステム１０の実施形態ではこの接続点が接続端子Ｘ１をなす。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１のコレクタとダイオード２のカソードとの接続点がサブシステム１０の接続端子Ｘ２をなす。
【０００５】
サブシステム１０の２つの実施形態の両図において、蓄積コンデンサ９の両接続端子はサブシステム１０から引き出されていて、２つの接続端子Ｘ３およびＸ４をなす。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３としては、図２および図３に示されているように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用される。同様に、ＭＯＳＦＥＴとも呼ばれるＭＯＳ電界効果トランジスタも使用可能である。更に、ＧＴＯサイリスタとも呼ばれるゲートターンオフサイリスタまたは集積ゲート転流サイリスタ（ＩＧＣＴ）が使用可能である。
【０００６】
独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書によれば、図１による電力変換回路の各相モジュール１００のサブシステム１０がスイッチング状態ＩおよびＩＩにおいて制御される。スイッチング状態Ｉにおいてはターンオフ制御可能な半導体スイッチ１がオンされていて、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ３がオフされている。それによって、サブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２に生じる端子電圧ＵX21は０に等しい。スイッチング状態ＩＩにおいてはターンオフ制御可能な半導体スイッチ１がオフされていて、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ３がオンされている。このスイッチング状態ＩＩにおいては、接続端子Ｘ１およびＸ２に生じる端子電圧ＵX21は蓄積コンデンサ９に生じるコンデンサ電圧ＵCに等しい。
【０００７】
図４には、独国特許出願公開第１０２１７８８９号明細書から公知であるサブシステム１０のための他の実施形態の等価回路図が詳細に示されている。サブシステム１０のこの実施形態は電圧形コンバータの完全ブリッジ形式を有するが、ただしここでは単独の２端子回路として使用される。このブリッジ回路は、それぞれ１つのダイオード２，４，６，８を逆並列接続された４つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７からなる。このブリッジ回路の直流電圧側の端子には蓄積コンデンサ９が接続されていて、蓄積コンデンサ９は電圧ＵCに充電される。そのためにターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７はオフされている。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７の開閉により、サブシステムＸ１およびＸ２に生じる端子電圧ＵX21が電流方向に関係なく正、負になり、または０にもなり得るスイッチング状態が生じる。図２または図３による実施形態に比べてこの実施形態の場合には、サブシステム１０の端子電圧ＵX21が蓄積コンデンサ９に生じる負のコンデンサ電圧ＵCに等しい更に別のスイッチング状態ＩＩＩが存在する。この実施形態においても蓄積コンデンサ９の端子が引き出され、Ｘ３およびＸ４の符号が付されている。
【０００８】
図１による電力変換装置が冗長動作をすることができるようにするためには、欠陥のあるサブシステム１０が端子Ｘ１およびＸ２において永続的に短絡されていること、すなわち、故障したサブシステム１０の端子電圧ＵX21が０であることが保証されなければならない。
【０００９】
サブシステム１０内に存在するターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５または７、または付属の制御回路の故障によって、このサブシステム１０は規則にかなった動作を乱される。すなわち、このサブシステム１０は、もはや可能なスイッチング状態の１つＩ，ＩＩまたはＩＩＩに制御することができなくなる。サブシステム１０の端子Ｘ１およびＸ２における短絡によってこのサブシステム１０にエネルギーがもはや供給されない。それによって、コンバータの動作続行時に過熱および火災のような間接的損害が確実に回避される。故障したサブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２間のこの種の短絡による導電接続は、少なくとも、故障したサブシステム１０を含んだ相モジュール１００の変換整流器Ｔ１，…，Ｔ６の動作電流を確実に過熱なしに導かなければならない。
【００１０】
米国特許第５９８６９０９号明細書から、相モジュールごとに少なくとも２つの電気的に直列接続されたサブシステムを有する電力変換回路が公知である。サブシステムとして、この公知の電力変換回路の場合には周波数変換装置が使用され、周波数変換装置はそれぞれ系統電源側に非制御６極のダイオードブリッジ変換器を有し、負荷側に２相の自励パルス制御変換器を有する。直流電圧側ではこれらの両変換器が直流電圧中間回路により互いに導電接続されている。系統電源側ではこれらのサブシステムはそれぞれ系統電源変圧器の１つの２次巻腺に接続されている。負荷側では１つの相モジュールにおけるサブシステムは電気的に直列接続されている。この公知の電力変換回路において故障したサブシステムは短絡される。この場合に電磁開閉器、ばね付勢接触子、逆並列サイリスタ、または逆直列接続されたターンオフ制御可能な半導体スイッチが、各サブシステムの負荷側接続端子のためのバイパス回路として使用される。機械的な短絡器は、それらの機械装置のゆえに頻繁に点検整備されなければならない。電気的な短絡器は、それぞれ高電位にある電源装置および制御装置を必要とし、これらの装置は制御側において変換器制御装置と信号技術的に接続されていなければならない。
【００１１】
独国特許出願公開第１０３２３２２０号明細書から、同様に相モジュールが少なくとも２つの電気的に直列接続されたサブシステムを有する電力変換回路が公知である。この公知の電力変換回路の各サブシステムは電圧形コンバータの完全ブリッジ回路の形を有するが、ただしこれは単独の２端子回路として使用される。このブリッジ回路は逆並列接続ダイオードを備えた４つのターンオフ制御可能な半導体スイッチからなる。直流電圧側端子に蓄積コンデンサが接続されている。故障したサブシステムを短絡可能にするために、サブシステムのそれぞれは蓄積コンデンサに電気的に並列接続されている保護構成要素を有する。保護構成要素として反転ダイオードまたは短絡サイリスタが使用される。蓄積コンデンサに低誘導接続されている短絡サイリスタが使用される場合には、同様にセンサ回路および点弧回路が必要である。
【００１２】
サブシステムのターンオフ制御可能な半導体スイッチの故障時に、半導体モジュールの爆発に至るほどのアークをもたらし得る大きな短絡電流が流れる。この短絡電流によって蓄積コンデンサが放電させられる。蓄積コンデンサに並列に接続された反転ダイオードによって、短絡電流が故障した半導体モジュールからこの反転ダイオードへ転流する。反転ダイオードは、サブシステムの故障時にブレークダウンするように設計されている。短絡サイリスタによる実施形態の場合には直流電圧側の短絡がセンサ回路によって認識され、センサ回路が点弧回路を作動させる。それにより、短絡サイリスタが点弧され、これに転流した短絡電流によってブレークダウンさせられる。この保護回路における欠点は、サブシステムの構造が変更されなければならないことにある。付加的に、僅かなミリ秒にて短絡サイリスタの点弧をひき起こさせるセンサ回路および点弧回路が要求される。
【００１３】
本発明の課題は、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路を、既述の欠点がもはや発生しないように発展させることにある。
【００１４】
この課題は本発明によれば請求項１の特徴事項により解決される。
【００１５】
各サブシステムの接続端子に対して電気的に並列に保護構成要素が接続されていることによって、このサブシステムを故障時に短絡することができる。この保護構成要素はサブシステムの接続端子に接続されることから、サブシステムの構造は触れられていないままである。それによって、まだ保護構成要素を持たないサブシステムに、後からこのような保護構成要素を備えさせることができる。保護構成要素は、ある一定の過電圧エネルギーの吸収後に短絡状態に移行する性質を持つ。すなわち、この保護構成要素は当該サブシステムの故障時にブレークダウンし、それによってこの保護システムが短絡状態になる。
【００１６】
故障したサブシステムの保護構成要素がブレークダウンすることができるようにするためには、先ず電力変換回路の相モジュール内に存在するサブシステムのうちどれが故障しているかを検出しなければならない。故障したサブシステムが局限化されるや否や、故障していない１つまたは複数のサブシステムの狙いを定めた制御によって、規定の過電圧エネルギーが故障したサブシステムに与えられる。このために、電力変換回路において故障したサブシステムが配置されている相モジュールの少なくとも１つが予め定められた時間幅だけスイッチング状態Ｉに制御することができる。更に、電力変換回路の故障のない相モジュールにおいてそれぞれ少なくとも付加的に１つのサブシステムが予め定められた時間幅だけスイッチング状態ＩＩに制御される。
【００１７】
故障した相モジュールにおける付加的なサブシステムのスイッチング状態Ｉへの制御ならびにそれぞれ故障していない相モジュールにおける付加的なサブシステムのスイッチング状態ＩＩへの制御の代わりに、故障していない相モジュールにおける全てのサブシステムをそれぞれスイッチング状態ＩＩへ制御し、かつ故障した相モジュールにおける故障していないサブシステムの全てをスイッチング状態Ｉに制御してもよい。それによって調整可能な最大の過電圧が故障したサブシステムに印加されるので、過電圧は入力側の保護構成要素を通して、この保護構成要素がブレークダウンすることをもたらす電流を強制的に流し込む。
【００１８】
保護構成要素を通して流れる電流のピーク値を無傷のターンオフ制御可能な半導体スイッチにとって許容可能な値に制限するために、スイッチング時間幅が適切に調整される。付加的にスイッチング状態ＩおよびＩＩに制御されるサブシステムの個数により、故障したサブシステムに生じる過電圧が段階的に調整可能である。
【００１９】
本発明の更なる説明のために、本発明による保護構成要素の多数の実施形態が概略的に示されている図面を参照する。
【００２０】
図１は分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路の等価回路図を示し、図２には公知のサブシステムの第１の実施形態の等価回路図が示され、図３は公知のサブシステムの第２の実施形態の等価回路図を示し、図４は公知のサブシステムの第３の実施形態の等価回路図を示し、図５乃至１０には本発明による保護構成要素の異なる実施形態が詳しく示されている。
【００２１】
図５には図２または図３によるサブシステム１０のための第１の保護構成要素１２が示されている。保護構成要素１２としてダイオード１４が設けられている。この１つのダイオードの代わりに多数のダイオードの直列回路が設けられてもよい。保護構成要素１２の接続端子１６および１８は、図２または図３によるサブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２、特に端子Ｘ１ａおよびＸ２ａに接続される。
【００２２】
図６には本発明による保護構成要素１２の第２の実施形態が示されている。保護構成要素１２として、ここでは、いわゆる能動クランプ回路２２を有するサイリスタ２０が設けられている。この能動クランプ回路２２は少なくとも１つのツェナーダイオード２４を有し、ツェナーダイオード２４は、カソード側をサイリスタ２０のアノード端子２６に接続され、アノード側をゲート抵抗２８を介してサイリスタ２０のゲート端子３０に接続されている。ツェナーダイオード２４のアノード側は同様に抵抗３２によりサイリスタ２０のカソード端子３４に接続されている。サイリスタ２０のアノード２６に生じる電圧がツェナーダイオード２４のツェナー値を上回るや否や、ツェナーダイオード２４が導通してサイリスタ２０をターンオンさせる。今やサイリスタ２０を通って流れる電流がサイリスタ２０の確実なブレークダウンをひき起こさせる。サイリスタ２０は、この電流がブレークダウンをもたらすように設計されている。
【００２３】
図７による保護構成要素１２の実施形態は図６による実施形態に大体対応している。相違は図７による実施形態が付加的にＲＣスナバ回路３６を有することにある。ＲＣスナバ回路３６は、このサイリスタ２０のアノード・カソード間に電気的に並列接続されている。このＲＣスナバ回路３６は電気的に直列接続されたコンデンサ３８および抵抗４０を有する。このＲＣスナバ回路３６によって、付属のサブシステム１０のターンオフ制御可能な半導体スイッチ１および３のスイッチング過程のスイッチング勾配が抑制される。それによって保護構成要素１２がサブシステム１０のスイッチング勾配によって制御不可になることが防止される。
【００２４】
図８には保護構成要素１２の他の実施形態が更に詳しく示されている。この保護構成要素１２は、電気的に逆直列に接続された２つのダイオード１４および４２を有する。この構成によってこの保護構成要素１２は正および負の電圧を受け入れることができる。すなわち、サブシステムの正常時にサブシステムの入力側が短絡されていないようにするものである。それゆえ保護構成要素１２は、サブシステムの正常時において発生する端子電圧ＵX21を確実に受け入れることができなければならない。図４によるサブシステム１０の実施形態の場合には、図２または図３によるサブシステム１０の端子電圧ＵX21と違って、端子電圧ＵX21が負もあり得るので、両方向において電圧を受け入れることができる保護構成要素１２が要求される。この場合に、それぞれ１つのダイオード１４もしくは４２の代わりに多数のダイオードを使用してもよい。
【００２５】
図９による保護構成要素１２の実施形態は図６による実施形態に大体対応する。相違は、アノード側のツェナーダイオード２４とゲート抵抗２８との間に少なくとも１つの逆流防止ダイオード４４が接続されていることにある。このために逆流防止ダイオード４４は、カソード側をゲート抵抗２８に、アノード側をツェナーダイオード２４のアノードに導電接続されている。この付加的な逆流防止ダイオード４４によって、この保護構成要素１２は両方向において電圧を受け入れることができる。それによって、この保護構成要素１２の接続端子１６および１８を図４によるサブシステム１０の接続端子Ｘ１およびＸ２、特にＸ１ａおよびＸ２ａに対して電気的に並列に接続することができる。
【００２６】
図１０に基づく保護構成要素１２の実施形態は図９の実施形態に対応し、付加的にＲＣスナバ回路３６がサイリスタ２０のアノード・カソード間に電気的に並列接続されている。
【００２７】
図１による等価回路図に基づいて本発明による制御方法を更に詳しく説明する。
【００２８】
図１による等価回路図において変換整流器Ｔ２が故障している。これは斜線にて明示されている。図１によるこの３相電力変換回路の相モジュールには、付加的にインピーダンスＺが挿入されている。インピーダンスＺは、概略的にブリッジ半分において存在するインダクタンス（漏れインダクタンス）およびオーム抵抗を代表する。この代表的なインピーダンスに加えて相モジュール１００内に個別の構成要素が配置されていてもよい。
【００２９】
サブシステム１の故障は、電圧検出とそれに続く予め定められた許容変動幅との比較により求められる。更に、例えば電子装置の故障、転流障害のような他の誤りもサブシステムの故障を招く。これらの誤りは制御装置を介して認識され、これらも必然的にサブシステムの短絡をもたらす。ここで変換整流器Ｔ２の斜線を施したサブシステム１０が故障したならば、変換整流器Ｔ３およびＴ４を有する相モジュール１００および変換整流器Ｔ５およびＴ６を有する相モジュール１００の全てのサブシステム１０の最大のエネルギー内容が、変換整流器Ｔ２の斜線を施したサブシステム１０の保護構成要素１２のブレークダウンのための規定の過電圧エネルギーを発生させるために最大限に利用される。このために、これらの正常な相モジュール１００の全ての正常なサブシステム１０がスイッチング状態ＩＩに制御され、故障した相モジュール１００の全ての正常なサブシステム１０がスイッチング状態Ｉに制御される。スイッチング状態ＩＩにおいてはサブシステム１０に生じる端子電圧ＵX21が蓄積コンデンサ９に生じるコンデンサ電圧ＵCに等しい。スイッチング状態Ｉにおいてはサブシステム１０に生じる端子電圧ＵX21が０に等しい。サブシステム１０のこの制御によって、図１において矢印により示された電流ｉK1，ｉK2およびｉK3が流れる。これらの電流ｉK1，ｉK2およびｉK3のピーク値をサブシステム１０の健全なターンオフ制御可能な半導体スイッチ１，３，５，７にとって許容し得る値に制限するためには、これらのスイッチング状態ＩＩおよびＩのための時間幅を適切に調整すべきである。この時間幅は、インピーダンスＺが既知である場合には予め決定可能である。サブシステム１０のこの制御によって、故障したサブシステム１０に過電圧が生じ、その過電圧のエネルギーが対応する保護構成要素１２によって吸収される。それによって、この保護構成要素１２が短絡状態に移行する。すなわち、保護構成要素１２がブレークダウンする。
【００３０】
使用可能な最大エネルギーは遥かに十分であることから、この説明した制御方法は一部変更される。一部変更された制御方法の場合には、図１に基づく等価回路図にしたがって両変換整流器Ｔ１およびＴ２を含む故障した相モジュール１００においては、正規動作と違って１つのサブシステム１０だけが付加的にスイッチング状態Ｉにて制御され、そして正常な相モジュール１００においては、１つずつのサブシステム１０だけが付加的にスイッチング状態ＩＩに制御される。それによって、故障したサブシステム１０に生じる電圧は、付属の保護構成要素１２をブレークダウンさせるために十分である。
【００３１】
相モジュール１００ごとの使用されるサブシステム１０の選定およびそれぞれの個数によって、正常な相モジュール１００により、電流ｉK2およびｉK3によって図１に書き込まれた電流方向も、電流ｉK1の反対の電流方向も可能であることが保証されなければならない。
【００３２】
多相電力変換回路の相モジュール１００のサブシステム１０のこの制御によって、直流電圧母線Ｐ0，Ｎ0における直流電圧ならびに負荷接続端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における交流電圧は、僅かしか、かつ前記時間幅しか影響を及ぼされない。
【００３３】
健全なターンオフ制御可能な半導体スイッチにとって許容し得る結果として生じる電流パルスの高さは、既に述べたように予め決定することができる。電流パルスの測定は、分枝電流の測定値検出器が存在する場合には同様に実施することができる。このやり方で、予め定められた最大電流が到達されるように適合化された可変時間幅にて動作させることもできる。
【００３４】
時間幅の上述のスイッチング状態を何度も繰り返して制御することもできる。この場合に、これらの制御する回数およびこれらの繰り返しの間の休止時間は、極端な事例において放電する故障サブシステム１０の蓄積コンデンサ９ができるだけ速やかに再充電されるように選ばれている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路を示す等価回路図
【図２】公知のサブシステムの第１の実施形態を示す等価回路図
【図３】公知のサブシステムの第２の実施形態を示す等価回路図
【図４】公知のサブシステムの第３の実施形態を示す等価回路図
【図５】本発明による保護構成要素の第１の実施形態を示す回路図
【図６】本発明による保護構成要素の第２の実施形態を示す回路図
【図７】本発明による保護構成要素の第３の実施形態を示す回路図
【図８】本発明による保護構成要素の第４の実施形態を示す回路図
【図９】本発明による保護構成要素の第５の実施形態を示す回路図
【図１０】本発明による保護構成要素の第６の実施形態を示す回路図
【符号の説明】
【００３６】
１ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
２ ダイオード
３ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
４ ダイオード
５ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
６ ダイオード
７ ターンオフ制御可能な半導体スイッチ
８ ダイオード
９ 蓄積コンデンサ
１０ サブシステム
１２ 保護構成要素
１４ ダイオード
１６ 接続端子
１８ 接続端子
２０ サイリスタ
２２ 能動クランプ回路
２４ ツェナーダイオード
２６ アノード端子
２８ ゲート抵抗
３０ ゲート端子
４２ ダイオード
３２ 抵抗
３４ カソード端子
３６ ＲＣスナバ回路
３８ コンデンサ
４０ 抵抗
４２ ダイオード
４４ 逆流防止抵抗
１００ 相モジュール
Ｌ１〜Ｌ３ 負荷接続端子
Ｐ0，Ｎ0 直流母線
Ｔ１〜Ｔ６ 変換整流器
ＵC コンデンサ電圧
ＵX21 端子電圧
Ｘ１，Ｘ２ 接続端子
Ｘ３，Ｘ４
Ｘ１ａ，Ｘ２ａ 端子
Ｚ インピーダンス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側および下側の変換整流器（Ｔ１，…，Ｔ６）を有する少なくとも１つの相モジュール（１００）を備えた電力変換回路であって、相モジュール（１００）の直流電圧側が正および負の直流電圧母線（Ｐ0，Ｎ0）に導電接続され、各変換整流器（Ｔ１，…，Ｔ６）が電気的に直列に接続された少なくとも２つの２極のサブシステム（１０）を有するような電力変換回路において、
各サブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）に対して電気的に並列に保護構成要素（１２）が接続されていることを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
各２極のサブシステム（１０）が、２つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）と、２つのダイオード（２，４）と、単極性の蓄積コンデンサ（９）とを有し、両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１,３）が電気的に直列に接続されて単極性の蓄積コンデンサ（９）に対して電気的に並列に接続されていて、各ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）にダイオード（２，４）が逆並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換回路。
【請求項３】
各サブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）が、電気的に直列に接続されたターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）のうち下側のターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１）の端子に導電接続されていることを特徴とする請求項２記載の電力変換回路。
【請求項４】
各サブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）が、電気的に直列に接続されたターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）のうち上側のターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１）の端子に導電接続されていることを特徴とする請求項２記載の電力変換回路。
【請求項５】
２極のサブシステム（１０）が、逆並列ダイオード（２，４，６，８）を備えた４つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）と蓄積コンデンサ（９）とを有し、これらのターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）がブリッジ回路をなし、ブリッジ回路の直流側端子に蓄積コンデンサ（９）が接続されていて、ブリッジ回路の交流側端子がサブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）をなすことを特徴とする請求項１記載の電力変換回路。
【請求項６】
保護構成要素（１２）としてダイオード（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電力変換回路。
【請求項７】
保護構成要素（１２）としてサイリスタ（２０）が設けられていて、サイリスタ（２０）のアノード（２６）が能動クランプ回路（２２）によりサイリスタ（２０）のゲート（３０）に結合されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電力変換回路。
【請求項８】
保護構成要素（１２）として、逆直列接続された２つのダイオード（１４，４２）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の電力変換回路。
【請求項９】
保護構成要素（１２）としてサイリスタ（２０）が設けられていて、サイリスタ（２０）のアノード（２６）がツェナーダイオード（２４）および逆流防止ダイオード（４４）によりサイリスタ（２０）のゲート（３０）に結合されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１０】
サイリスタ（２０）のゲート（３０）がゲート抵抗（２８）を備えていることを特徴とする請求項７又は９記載の電力変換回路。
【請求項１１】
サイリスタ（２０）のアノード・カソード間に並列にＲＣスナバ回路（３６）が接続されていることを特徴とする請求項７又は９記載の電力変換回路。
【請求項１２】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）として絶縁ゲートバイポーラトランジスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１３】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）としてＭＯＳ電界効果トランジスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１４】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）としてゲートターンオフサイリスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１５】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）として集積ゲート転流サイリスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１６】
次の方法ステップ、
ａ）相モジュール（１００）内において故障したサブシステム（１０）を求める方法ステップ、
ｂ）相モジュール（１００）において１つのサブシステム（１０）が故障した場合に、この故障した相モジュール（１００）の少なくとも付加的に１つのサブシステム（１０）が予め定められた時間幅だけスイッチング状態Ｉに制御され、故障していない相モジュール（１００）においてそれぞれ少なくとも付加的に１つのサブシステム（１）が予め定められた時間幅だけスイッチング状態ＩＩに制御される方法ステップ
を有する請求項１記載の電力変換回路のための制御方法。
【請求項１７】
方法ステップｂ）が複数回繰り返され、これらの繰り返しの間に予め定められた休止時間が守られることを特徴とする請求項１６記載の制御方法。
【請求項１８】
各サブシステム（１０）の蓄積コンデンサ（９）に生じる電圧（ＵC）が求められ、この求められた電圧（ＵC）が予め定められた許容変動幅と比較され、その電圧（ＵC）が予め定められた許容変動幅を外れるや否やサブシステム（１０）が故障したとして検出されることを特徴とする請求項１６又は１７記載の制御方法。
【請求項１】
上側および下側の変換整流器（Ｔ１，…，Ｔ６）を有する少なくとも１つの相モジュール（１００）を備えた電力変換回路であって、相モジュール（１００）の直流電圧側が正および負の直流電圧母線（Ｐ0，Ｎ0）に導電接続され、各変換整流器（Ｔ１，…，Ｔ６）が電気的に直列に接続された少なくとも２つの２極のサブシステム（１０）を有するような電力変換回路において、
各サブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）に対して電気的に並列に保護構成要素（１２）が接続されていることを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
各２極のサブシステム（１０）が、２つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）と、２つのダイオード（２，４）と、単極性の蓄積コンデンサ（９）とを有し、両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１,３）が電気的に直列に接続されて単極性の蓄積コンデンサ（９）に対して電気的に並列に接続されていて、各ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）にダイオード（２，４）が逆並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換回路。
【請求項３】
各サブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）が、電気的に直列に接続されたターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）のうち下側のターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１）の端子に導電接続されていることを特徴とする請求項２記載の電力変換回路。
【請求項４】
各サブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）が、電気的に直列に接続されたターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３）のうち上側のターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１）の端子に導電接続されていることを特徴とする請求項２記載の電力変換回路。
【請求項５】
２極のサブシステム（１０）が、逆並列ダイオード（２，４，６，８）を備えた４つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）と蓄積コンデンサ（９）とを有し、これらのターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）がブリッジ回路をなし、ブリッジ回路の直流側端子に蓄積コンデンサ（９）が接続されていて、ブリッジ回路の交流側端子がサブシステム（１０）の接続端子（Ｘ１，Ｘ２）をなすことを特徴とする請求項１記載の電力変換回路。
【請求項６】
保護構成要素（１２）としてダイオード（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電力変換回路。
【請求項７】
保護構成要素（１２）としてサイリスタ（２０）が設けられていて、サイリスタ（２０）のアノード（２６）が能動クランプ回路（２２）によりサイリスタ（２０）のゲート（３０）に結合されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電力変換回路。
【請求項８】
保護構成要素（１２）として、逆直列接続された２つのダイオード（１４，４２）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の電力変換回路。
【請求項９】
保護構成要素（１２）としてサイリスタ（２０）が設けられていて、サイリスタ（２０）のアノード（２６）がツェナーダイオード（２４）および逆流防止ダイオード（４４）によりサイリスタ（２０）のゲート（３０）に結合されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１０】
サイリスタ（２０）のゲート（３０）がゲート抵抗（２８）を備えていることを特徴とする請求項７又は９記載の電力変換回路。
【請求項１１】
サイリスタ（２０）のアノード・カソード間に並列にＲＣスナバ回路（３６）が接続されていることを特徴とする請求項７又は９記載の電力変換回路。
【請求項１２】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）として絶縁ゲートバイポーラトランジスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１３】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）としてＭＯＳ電界効果トランジスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１４】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）としてゲートターンオフサイリスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１５】
ターンオフ制御可能な半導体スイッチ（１，３，５，７）として集積ゲート転流サイリスタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の電力変換回路。
【請求項１６】
次の方法ステップ、
ａ）相モジュール（１００）内において故障したサブシステム（１０）を求める方法ステップ、
ｂ）相モジュール（１００）において１つのサブシステム（１０）が故障した場合に、この故障した相モジュール（１００）の少なくとも付加的に１つのサブシステム（１０）が予め定められた時間幅だけスイッチング状態Ｉに制御され、故障していない相モジュール（１００）においてそれぞれ少なくとも付加的に１つのサブシステム（１）が予め定められた時間幅だけスイッチング状態ＩＩに制御される方法ステップ
を有する請求項１記載の電力変換回路のための制御方法。
【請求項１７】
方法ステップｂ）が複数回繰り返され、これらの繰り返しの間に予め定められた休止時間が守られることを特徴とする請求項１６記載の制御方法。
【請求項１８】
各サブシステム（１０）の蓄積コンデンサ（９）に生じる電圧（ＵC）が求められ、この求められた電圧（ＵC）が予め定められた許容変動幅と比較され、その電圧（ＵC）が予め定められた許容変動幅を外れるや否やサブシステム（１０）が故障したとして検出されることを特徴とする請求項１６又は１７記載の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００９−５０６７３６（Ｐ２００９−５０６７３６Ａ）
【公表日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２７４２３（Ｐ２００８−５２７４２３）
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６４８２８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２３０６４
【国際公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６４８２８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２３０６４
【国際公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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