[发明专利]脉冲电阻器

说明书

本申请是申请日为2006年7月28日、申请号为200680031290.X、发明名称为“用于高压和大功率范围的频率换流器的脉冲电阻器（断路电阻器）”的申请之分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于适度高压和大功率范围的换流器的脉冲电阻器。

背景技术

带有直流电压输入的换流器越来越多地使用在适度高压范围内的受控电力驱动装置和供电设备中。这种类型的换流器也称为“电压源逆变器”（U-Umrichter）。如2.3kV、3.3kV、4.16kV和6.9kV等的标准中压在此归为所述的适度高压。

图1显示的是现有技术中的已知电压源逆变器的等效电路图，为清晰起见，图1仅对这个电压源逆变器的负载侧三相换流器2进行了图示。由于涉及的是高压范围，因此，这个负载侧三相换流器2的换流阀T1-T6分别具有多个串联的可断半导体开关4，这些半导体开关分别与一个二极管6反向并联。由于每个换流阀T1-T6均具有三个可断半导体开关4，因此，这种换流器拓扑结构也称为“串联数为三的开关换流器”。每两个换流阀T1和T2、T3和T4、T5和T6构成一个桥接旁路8，桥接旁路8构成开关换流器2的相位模块。每两个换流阀T1和T2、T3和T4、T5和T6之间的连接点10分别构成三相负载（例如三相电动机）的接点L1、L2或L3。三相换流器2的三个相位模块8通过两根母线P₀和N₀形成并联。这两根母线P₀和N₀之间连接有直流电压中间电路电容器C_ZW，其由一个电容器或多个串联和/或并联电容器构成。这个直流电压中间电路电容器C_ZW上存在有一个直流电压U_d。在串联数为三的开关换流器的这个等效电路图中，可断半导体开关4用的是绝缘栅双极晶体管（IGBT）。串联数与直流电压中间电路电容器C_ZW上的直流电压U_d以及可以购得的IGBT的阻断能力有关。

将能量暂时回收到直流电压中间电路电容器C_ZW中时，直流电压中间电路电容器C_ZW上的直流电压U_d有可能会上升到超过允许的最大值。这种情况主要出现在连接在接点L1、L2和L3上的三相电动机的制动过程中。其他在一般情况下持续时间较短的原因（例如电网电压的迅速波动或负荷波动）也会引起这种过压情况。可以解决这一问题的已知措施有：

—   连接一个能量回收换流器，这个能量回收换流器与直流电压中间电路电容器C_ZW并联。借此可将直流电压中间电路电容器C_ZW中的过剩能量输送回可以接收能量的电网中。

—   在直流电压中间电路的母线P₀、N₀上连接脉冲控制电阻器，以便将直流电压中间电路电容器C_ZW的剩余能量转化成热量。

图2显示的是一个脉冲控制电阻器（也称为“脉冲电阻器”）的等效电路图。这种已知的脉冲电阻器由执行元件12和电阻元件14构成。执行元件12用的是相位模块8，其中，无需使用下部换流阀T8的可断半导体开关4。这个相位模块8的上部换流阀T7的实现方式与图1所示的负载侧三相换流器2的换流阀T1、T3、T5的实现方式相同。为清晰起见，等效电路图中并未详细显示脉冲电阻器的执行元件12的下部换流阀T8的可断半导体开关4。但这些可断半导体开关4有可能存在于相位模块8中，只是在执行“制动”功能时未受到控制。电阻元件14与串联数为三的下部换流阀T8并联。这个电阻元件14具有一个电阻部分16和一个电感部分18。电感部分18显示的是其寄生电感。对于高压范围而言，这种脉冲电阻器的缺点在于以下几点：

a)脉冲电阻器的馈线20和22中的电流i_P和i_N具有很高的电流上升率di/dt，从而引起电磁干扰辐射。

b)为了对出现在可断半导体开关4上的电压进行限制，须将馈线20和22实施为较短的低电感导线。

c)这种脉冲电阻器具有开关作用，在周期性脉冲模式下会使馈线20和22中的电流i_P和i_N具有较高的交流分量。

d)这种脉冲电阻器需要在尽可能近的位置上布置直流电压电容器C_ZW才能正常工作。也就是说，这种脉冲电阻器必须布置在直流电压中间电路电容器C_ZW的附近。