用於到電路的連接的電路布置以及電路的製作方法

2023-05-01 00:26:26

用於到電路的連接的電路布置以及電路的製作方法
【專利摘要】描述一種電路(10)，電路(10)包括具有連接到電力網(17)的一次繞組(13)以及連接到具有電容器(20)的功率變換器(19)的二次繞組(14)的變壓器(12)。它包括連接到電路(10)的電路布置(25)。電路布置(25)具有耦合到與開關裝置(28)連接的輔助繞組(27)的一次繞組(13)。
【專利說明】用於到電路的連接的電路布置以及電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於到電路的連接的電路布置以及電路。
【背景技術】
[0002]例如，按照DE 101 46 868，已知一種意圖對連接到電容器的變換器進行充電的電路布置。已知電路布置包括與相相關電流變換器閥之一串聯連接的各變換器相的一個半導體開關20。
[0003]例如，按照DE 10 2007 042 246 Al，已知一種電路布置，該電路布置連接到電子能量變換器，並且意圖防止電子能量變換器過載。已知電路布置包括所謂的短路器28，該短路器28是通過晶閘管可激活和不可激活的，並且能夠用於影響功率變換器的電壓。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是改進已知電路布置。
[0005]本發明通過如權利要求1所述的電路布置以及如權利要求2所述的電路來實現這個目的。
[0006]在本發明中，該電路包括具有連接到電力網的一次繞組以及連接到具有電容器的功率變換器的二次繞組的變壓器。連接到電路的電路布置具有輔助繞組，該輔助繞組與一次繞組耦合，並且連接到開關裝置。
[0007]與關於上述現有技術的現有公布相對照，按照本發明，存在耦合到變壓器的一次繞組的輔助繞組。但是，按照本發明的電路布置經由輔助繞組連接到電路。按照本發明，上述公布中所述的現有半導體開關或晶閘管則連接到這個輔助繞組。
[0008]按照本發明的電路布置的顯著優點是它在執行所需功能方面的高靈活性。這歸因於經由輔助繞組的開關裝置的連接。到電路的這個連接使得有可能以簡單方式將按照本發明的電路布置用於一個單一特定功能或者用於若干不同功能。
[0009]按照本發明的電路布置的另一優點在於，由於輔助繞組，開關裝置能夠工作在比沒有輔助繞組的情況下要低的電壓電平。因此，按照本發明的開關裝置的電氣組件要求較低介電強度，並因而能夠更簡單地並且以較低成本來配置。
[0010]在本發明的一個設計中，開關裝置按照使得它能夠使輔助繞組的相短路的這樣的方式來構成。這樣，能夠對於按照本發明的開關裝置來實現所謂的短路功能。
[0011]在本發明的另一個實施例中，開關裝置按照使得它能夠對電容器進行充電的這樣的方式來設計。這樣，能夠對於按照本發明的開關裝置來實現所謂的預充電和充電功能。
[0012]在本發明的另一個實施例中，開關裝置按照使得它能夠使輔助繞組的相短路或者對電容器進行充電的這樣的方式來設計。在這種情況下，因此能夠對於按照本發明的開關裝置來實現功率變換器的短路功能或者電容器的預充電功能。因此，兩種功能能夠以有利方式採用同一個開關裝置來實現。這產生電氣組件的大量節省。
[0013]優選地，開關裝置應當具有至少兩個反並聯連接晶閘管。因此，能夠以低成本來實現按照本發明的開關裝置。
[0014]如果電路布置具有按照使得其被停用時使輔助繞組的兩相短路的這樣的方式連接到開關裝置的至少一個開關，則也是有利的。這是實現短路功能的特別簡單方式。
[0015]當這個開關被激活時，輔助繞組則能夠連接到輔助電源。這樣，能夠有利地實現預充電功能。
[0016]在附圖示出的本發明的應用示例的以下描述中提供本發明的其它特性、可能的應用和優點。由此全部所述或所示特徵單獨地或者按照任何需要組合地形成本發明的目的，而與它們在專利權利要求書中的組成或者它們的追溯應用無關以及與它們在描述或附圖中的闡述或敘述無關。
[0017]根據本公開的一方面，一種用於到電路(10)的連接的電路布置(25)，由此所述電路(10)包括其一次繞組(13)連接到電力網(17)並且其二次繞組(14)連接到具有電容器(20)的功率變換器(19)的變壓器(12)，其特徵在於所述電路布置(25)具有耦合到與開關裝置(28)連接的輔助繞組(27)的一次繞組(13)的事實。
[0018]根據本公開的另一方面，一種具有變壓器(12)的電路(10)，所述變壓器(12)的一次繞組(13)連接到電力網(17)並且所述變壓器(12)的二次繞組(14)連接到具有電容器(20)的功率變換器(19)，並且其中電路布置(25)連接到所述電路(10)，其特徵在於所述電路布置(25)具有與連接到開關裝置(28)的輔助繞組(27)耦合的一次繞組(13)的事實。
[0019]優選地，由此所述開關裝置(28)按照使得它能夠使所述輔助繞組(27)的相短路的這樣的方式來設計。
[0020]優選地，由此所述開關裝置(28)按照使得它能夠對所述電容器(20)進行充電的這樣的方式來設計。
[0021]優選地，由此所述開關裝置(28)按照使得它能夠使所述輔助繞組(27)的相短路或者它能夠對所述電容器(20)進行充電的這樣的方式來設計。
[0022]優選地，由此所述開關裝置(28)包括至少兩個反並聯連接晶閘管(35)。
[0023]優選地，由此所述電路布置(25)包括至少一個開關(39)，所述至少一個開關(39)按照使得在其閉合狀態中所述相的其中之一所述相中的另一個與所述輔助繞組(27)的其它相的其中之一短路的這樣的方式來連接到所述開關裝置(28)。
[0024]優選地，由此所述開關裝置(28)連接到輔助電源(29)。
[0025]優選地，由此當所述開關(39)斷開時，所述輔助繞組(27)連接到所述輔助電源
(29)。
[0026]優選地，由此所述輔助電源(29)連接到附加變壓器(37)，以及具體來說經由所述附加變壓器(37)連接到所述電力網(17)。
[0027]優選地，由此所述功率變換器(19)和/或所述電容器(20)是電能變換器的組成部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1示出按照本發明的電路的應用示例的系統框圖，以及圖2示出圖1的電路的部分的應用示例的系統框圖。【具體實施方式】
[0029]圖1示出包括具有至少一個一次繞組13以及至少一個磁耦合二次繞組14的變壓器12的電路10。一次繞組13使用開關16連接到電力網17。二次繞組14的每個連接到具有直流環節(link)的至少一個電容器20的至少一個伴隨功率變換器19。分配給功率變換器19的電容器20串聯連接，並且形成直流環節的正和負端子。
[0030]提供功率變換器19的每個以用於將施加到關聯電容器20的直流轉換為施加到伴隨二次繞組14的交流電壓，反過來也是一樣。具有伴隨電容器20的功率變換器19的每個例如能夠是用於將電能饋入電力網的電變換器的組成部分。具體來說，變壓器12能夠與一個或多個功率變換器19和一個或多個電容器20配合用作用於耦合交流電壓網絡的並向流(co-current flow)系統的組成部分。變換器例如能夠是多級的所謂NSP (中性點箝位)變換器。
[0031]但是，明確指出，變換器並且因此還有一個或多個功率變換器19和/或一個或多個電容器20也能夠按照備選方式來設計和連接。具體來說，直流環節也能夠集成到功率變換器19中，並且因此不是作為如圖1所示的電容器20下遊的功率變換器19可用的。
[0032]為了簡潔起見，下面將僅參照一個單一功率變換器19和一個單一電容器20。
[0033]電路布置25連接到電路10，如上所述。
[0034]電路布置25包括至少一個輔助繞組27，輔助繞組27磁耦合到變壓器12的一次繞組13。此外，電路布置25包括連接到輔助繞組27的至少一個開關裝置28。開關裝置28可由一個或多個電氣開關組成。本質上，電路布置25必須包括輔助繞組27和開關裝置28，並且還能夠包含其它電氣組件，但是不一定要求這些。
[0035]在第一種情況中，電路布置25的開關裝置28僅連接到輔助繞組27。此外，開關裝置28按照使得它能夠僅使輔助繞組27的相短路的這樣的方式來設計。術語「僅」簡單地表示，以下所述的第二種情況中的預計功能在第一種情況中不可用。但是，要理解，除了這個第一種情況中的功能之外，其它功能也可以是可用的，使得術語「僅」並不局限於這個範圍。
[0036]上述短路例如能夠藉助於反並聯定位在輔助繞組27的相之間的晶閘管對來實現。這樣，通過開關裝置27，能夠對功率變換器19實現所謂的短路功能。如果晶閘管被觸發，則這將引起輔助繞組17的相之間的短路。這樣，在故障情況下能夠保護功率變換器19。
[0037]在第二種情況中，電路布置25的開關裝置28連接到輔助繞組27和輔助電源29。此外，開關裝置28按照使得它能夠僅將輔助繞組27的相與輔助電壓29的關聯相相連接的這樣的方式來形成。術語「僅」簡單地表示，以上所述的第一種情況中的預計功能在第二種情況中不可用。但是，要理解，除了這個第二種情況中的功能之外，其它功能也可以是可用的，使得術語「僅」並不局限於這個範圍。
[0038]相的上述連接例如能夠藉助於相互並聯連接的反並聯開關晶閘管對來實現。這樣，能夠採用開關裝置28來實現對電容器20的所謂的預充電和充電功能。如果晶閘管被觸發，則電容器20將由變壓器12和功率變換器19來充電。因此，電容器20的預充電在操作功率變換器19時是特別可能的。
[0039]在第三種情況中，電路布置25的開關裝置28連接到輔助繞組27和輔助電源29。與第二種情況相對照，開關裝置28在第三種情況中按照使得它能夠不僅執行預充電功能而且還執行第一種情況的閉路功能的這樣的方式來設計。這能夠藉助於晶閘管對和附加電氣開關來實現。
[0040]下面基於圖2更詳細描述上述第三種情況。圖2示出這個第三種情況的電路布置
25。與第一和第二種情況相對照，第三種情況中的電路布置25不僅包括輔助繞組27和開關裝置28，而且還包括其它電氣組件。但是，明確指出，圖2僅示出關於在這個第三種情況中能夠如何實現電路布置25的一種示範可能性。
[0041]在圖2的電路布置25中，輔助繞組27示為三相設計，並且能夠是星形、三角形或Z形繞組。輔助繞組27的三相連接到開關裝置28，各具有兩個反並聯連接晶閘管35。開關裝置28中的三對反並聯連接晶閘管35各經由可控開關36與輔助電源29直接連接或者在適用時與附加變壓器37連接。
[0042]如果變壓器37是可用的，如圖2作為示例所示，則變壓器37具體能夠在開關36的相對側上連接到電力網，使得輔助電源29在這種情況下處於與開關36相對的變壓器37的側上，並且能夠藉助於變壓器37來設置成任何預期值。變壓器37能夠設計為星形、三角形或Z形繞組。
[0043]在適當的情況下，能夠省略開關36。但是，在這種情況下，下遊電氣組件(即具體來說是變壓器37)需要能夠沒有損壞地耐受相的短路。
[0044]三個可控開關39也是可用的。第一開關39在一方面連接到圖2的上相的晶閘管對和開關36的連接點，以及在另一方面連接到圖2的中間相的晶閘管對和輔助繞組27的連接點。第二開關39按照對應方式連接在圖2的中間相與下相之間，以及第三開關39連接在圖2的下相與上相之間。因此，開關39的每個連接成使得它們在其閉合、即這樣導通狀態中將晶閘管對與相的另一個連接。還參照如圖2所示的電路。
[0045]為了實現短路功能，開關36斷開，即切換到非導通狀態，以及開關39關閉，即切換到導通狀態。開關16閉合，即導通。沒有觸發晶閘管35。
[0046]因此，變壓器37和輔助電源29因斷開開關36而與變壓器12分尚。由於閉合開關39，三對晶閘管35的每個在輔助繞組17的兩個不同相之間切換。如所述，沒有觸發開關裝置28的晶閘管35。
[0047]在這種狀態中，電路10能夠按預計正常操作。具體來說，功率變換器19能夠經由變壓器12的一次和二次繞組13、14來將所傳遞交流轉換為提供給電容器20的直流，反過來也是一樣。
[0048]如果故障在這時發生，例如如果短路由於任何原因而在直流環節的正與負端子之間發生，則開關裝置28的晶閘管35例如在已經超過所建立電流極限值之後將被觸發，以便降低功率變換器19中包含的功率半導體組件上的負擔。觸發晶閘管35引起變壓器12的輔助繞組27的相相互短路。作為另一結果，電力網17的相也將經由變壓器12的一次繞組13來短路。這能夠避免或降低從電力網17對電容器20的任何進一步充電，並且因此避免或降低對功率變換器的功率半導體組件的壓力。這表示用於功率變換器19和/或電容器20的保護功能。
[0049]為了執行預充電功能，開關36關閉，即切換到導通狀態，以及開關39斷開，即切換到非導通狀態。開關16斷開，S卩非導通。觸發晶閘管35。
[0050]在這種狀態中，電路10能夠執行預充電或充電功能。具體來說，電容器20能夠經由變壓器12的輔助、一次和二次繞組27、13、14並且經由功率變換器19從輔助電源29來充電。
[0051]如果在電容器中已經取得預期電壓，則預充電功能能夠完成，並且電路布置25能夠改變成上述設置以供正常操作。
[0052]要理解，短路功能和預充電功能不能同時、只能備選地執行。
【權利要求】
1.一種用於到電路(10)的連接的電路布置(25)，由此所述電路(10)包括其一次繞組(13)連接到電力網(17)並且其二次繞組(14)連接到具有電容器(20)的功率變換器(19)的變壓器(12)，其特徵在於所述電路布置(25)具有耦合到與開關裝置(28)連接的輔助繞組(27)的一次繞組(13)的事實。
2.一種具有變壓器(12)的電路(10)，所述變壓器(12)的一次繞組(13)連接到電力網(17)並且所述變壓器(12)的二次繞組(14)連接到具有電容器(20)的功率變換器(19)，並且其中電路布置(25)連接到所述電路(10)，其特徵在於所述電路布置(25)具有與連接到開關裝置(28)的輔助繞組(27)耦合的一次繞組(13)的事實。
3.如權利要求1所述的電路布置(25)或者如權利要求2所述的電路(10)，由此所述開關裝置(28)按照使得它能夠使所述輔助繞組(27)的相短路的這樣的方式來設計。
4.如權利要求1所述的電路布置(25)或者如權利要求2所述的電路(10)，由此所述開關裝置(28)按照使得它能夠對所述電容器(20)進行充電的這樣的方式來設計。
5.如權利要求1所述的電路布置(25)或者如權利要求2所述的電路(10)，由此所述開關裝置(28)按照使得它能夠使所述輔助繞組(27)的相短路或者它能夠對所述電容器(20)進行充電的這樣的方式來設計。
6.如以上權利要求中的任一項所述的電路布置(25)或電路(10)，由此所述開關裝置(28)包括至少兩個反並聯連接晶閘管(35)。
7.如以上權利要求中的任一項所述的電路布置(25)或電路(10)，由此所述電路布置(25)包括至少一個開關(39)，所述至少一個開關(39)按照使得在其閉合狀態中所述相的其中之一所述相中的另一個與所述輔助繞組(27)的其它相的其中之一短路的這樣的方式來連接到所述開關裝置(28)。
8.如以上權利要求中的任一項所述的電路布置(25)或電路(10)，由此所述開關裝置(28)連接到輔助電源(29)。
9.如權利要求6和7所述的電路布置(25)或電路(10)，由此當所述開關(39)斷開時，所述輔助繞組(27)連接到所述輔助電源(29)。
10.如權利要求7或8中的任一項所述的電路布置(25)或電路(10)，由此所述輔助電源(29)連接到附加變壓器(37)，以及具體來說經由所述附加變壓器(37)連接到所述電力網(17)。
【文檔編號】H02H7/10GK103683205SQ201310417029
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2012年9月14日
【發明者】M.格斯克, R.雅各布 申請人:通用電氣能源電力轉換有限責任公司