用于到电路的连接的电路布置以及电路的制作方法
【专利摘要】描述一种电路(10)，电路(10)包括具有连接到电力网(17)的一次绕组(13)以及连接到具有电容器(20)的功率变换器(19)的二次绕组(14)的变压器(12)。它包括连接到电路(10)的电路布置(25)。电路布置(25)具有耦合到与开关装置(28)连接的辅助绕组(27)的一次绕组(13)。
【专利说明】用于到电路的连接的电路布置以及电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于到电路的连接的电路布置以及电路。
【背景技术】
[0002]例如，按照DE 101 46 868，已知一种意图对连接到电容器的变换器进行充电的电路布置。已知电路布置包括与相相关电流变换器阀之一串联连接的各变换器相的一个半导体开关20。
[0003]例如，按照DE 10 2007 042 246 Al，已知一种电路布置，该电路布置连接到电子能量变换器，并且意图防止电子能量变换器过载。已知电路布置包括所谓的短路器28，该短路器28是通过晶闸管可激活和不可激活的，并且能够用于影响功率变换器的电压。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是改进已知电路布置。
[0005]本发明通过如权利要求1所述的电路布置以及如权利要求2所述的电路来实现这个目的。
[0006]在本发明中，该电路包括具有连接到电力网的一次绕组以及连接到具有电容器的功率变换器的二次绕组的变压器。连接到电路的电路布置具有辅助绕组，该辅助绕组与一次绕组耦合，并且连接到开关装置。
[0007]与关于上述现有技术的现有公布相对照，按照本发明，存在耦合到变压器的一次绕组的辅助绕组。但是，按照本发明的电路布置经由辅助绕组连接到电路。按照本发明，上述公布中所述的现有半导体开关或晶闸管则连接到这个辅助绕组。
[0008]按照本发明的电路布置的显著优点是它在执行所需功能方面的高灵活性。这归因于经由辅助绕组的开关装置的连接。到电路的这个连接使得有可能以简单方式将按照本发明的电路布置用于一个单一特定功能或者用于若干不同功能。
[0009]按照本发明的电路布置的另一优点在于，由于辅助绕组，开关装置能够工作在比没有辅助绕组的情况下要低的电压电平。因此，按照本发明的开关装置的电气组件要求较低介电强度，并因而能够更简单地并且以较低成本来配置。
[0010]在本发明的一个设计中，开关装置按照使得它能够使辅助绕组的相短路的这样的方式来构成。这样，能够对于按照本发明的开关装置来实现所谓的短路功能。
[0011]在本发明的另一个实施例中，开关装置按照使得它能够对电容器进行充电的这样的方式来设计。这样，能够对于按照本发明的开关装置来实现所谓的预充电和充电功能。
[0012]在本发明的另一个实施例中，开关装置按照使得它能够使辅助绕组的相短路或者对电容器进行充电的这样的方式来设计。在这种情况下，因此能够对于按照本发明的开关装置来实现功率变换器的短路功能或者电容器的预充电功能。因此，两种功能能够以有利方式采用同一个开关装置来实现。这产生电气组件的大量节省。
[0013]优选地，开关装置应当具有至少两个反并联连接晶闸管。因此，能够以低成本来实现按照本发明的开关装置。
[0014]如果电路布置具有按照使得其被停用时使辅助绕组的两相短路的这样的方式连接到开关装置的至少一个开关，则也是有利的。这是实现短路功能的特别简单方式。
[0015]当这个开关被激活时，辅助绕组则能够连接到辅助电源。这样，能够有利地实现预充电功能。
[0016]在附图示出的本发明的应用示例的以下描述中提供本发明的其它特性、可能的应用和优点。由此全部所述或所示特征单独地或者按照任何需要组合地形成本发明的目的，而与它们在专利权利要求书中的组成或者它们的追溯应用无关以及与它们在描述或附图中的阐述或叙述无关。
[0017]根据本公开的一方面，一种用于到电路(10)的连接的电路布置(25)，由此所述电路(10)包括其一次绕组(13)连接到电力网(17)并且其二次绕组(14)连接到具有电容器(20)的功率变换器(19)的变压器(12)，其特征在于所述电路布置(25)具有耦合到与开关装置(28)连接的辅助绕组(27)的一次绕组(13)的事实。
[0018]根据本公开的另一方面，一种具有变压器(12)的电路(10)，所述变压器(12)的一次绕组(13)连接到电力网(17)并且所述变压器(12)的二次绕组(14)连接到具有电容器(20)的功率变换器(19)，并且其中电路布置(25)连接到所述电路(10)，其特征在于所述电路布置(25)具有与连接到开关装置(28)的辅助绕组(27)耦合的一次绕组(13)的事实。
[0019]优选地，由此所述开关装置(28)按照使得它能够使所述辅助绕组(27)的相短路的这样的方式来设计。
[0020]优选地，由此所述开关装置(28)按照使得它能够对所述电容器(20)进行充电的这样的方式来设计。
[0021]优选地，由此所述开关装置(28)按照使得它能够使所述辅助绕组(27)的相短路或者它能够对所述电容器(20)进行充电的这样的方式来设计。
[0022]优选地，由此所述开关装置(28)包括至少两个反并联连接晶闸管(35)。
[0023]优选地，由此所述电路布置(25)包括至少一个开关(39)，所述至少一个开关(39)按照使得在其闭合状态中所述相的其中之一所述相中的另一个与所述辅助绕组(27)的其它相的其中之一短路的这样的方式来连接到所述开关装置(28)。
[0024]优选地，由此所述开关装置(28)连接到辅助电源(29)。
[0025]优选地，由此当所述开关(39)断开时，所述辅助绕组(27)连接到所述辅助电源
(29)。
[0026]优选地，由此所述辅助电源(29)连接到附加变压器(37)，以及具体来说经由所述附加变压器(37)连接到所述电力网(17)。
[0027]优选地，由此所述功率变换器(19)和/或所述电容器(20)是电能变换器的组成部分。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1示出按照本发明的电路的应用示例的系统框图，以及图2示出图1的电路的部分的应用示例的系统框图。【具体实施方式】
[0029]图1示出包括具有至少一个一次绕组13以及至少一个磁耦合二次绕组14的变压器12的电路10。一次绕组13使用开关16连接到电力网17。二次绕组14的每个连接到具有直流环节(link)的至少一个电容器20的至少一个伴随功率变换器19。分配给功率变换器19的电容器20串联连接，并且形成直流环节的正和负端子。
[0030]提供功率变换器19的每个以用于将施加到关联电容器20的直流转换为施加到伴随二次绕组14的交流电压，反过来也是一样。具有伴随电容器20的功率变换器19的每个例如能够是用于将电能馈入电力网的电变换器的组成部分。具体来说，变压器12能够与一个或多个功率变换器19和一个或多个电容器20配合用作用于耦合交流电压网络的并向流(co-current flow)系统的组成部分。变换器例如能够是多级的所谓NSP (中性点箝位)变换器。
[0031]但是，明确指出，变换器并且因此还有一个或多个功率变换器19和/或一个或多个电容器20也能够按照备选方式来设计和连接。具体来说，直流环节也能够集成到功率变换器19中，并且因此不是作为如图1所示的电容器20下游的功率变换器19可用的。
[0032]为了简洁起见，下面将仅参照一个单一功率变换器19和一个单一电容器20。
[0033]电路布置25连接到电路10，如上所述。
[0034]电路布置25包括至少一个辅助绕组27，辅助绕组27磁耦合到变压器12的一次绕组13。此外，电路布置25包括连接到辅助绕组27的至少一个开关装置28。开关装置28可由一个或多个电气开关组成。本质上，电路布置25必须包括辅助绕组27和开关装置28，并且还能够包含其它电气组件，但是不一定要求这些。
[0035]在第一种情况中，电路布置25的开关装置28仅连接到辅助绕组27。此外，开关装置28按照使得它能够仅使辅助绕组27的相短路的这样的方式来设计。术语“仅”简单地表示，以下所述的第二种情况中的预计功能在第一种情况中不可用。但是，要理解，除了这个第一种情况中的功能之外，其它功能也可以是可用的，使得术语“仅”并不局限于这个范围。
[0036]上述短路例如能够借助于反并联定位在辅助绕组27的相之间的晶闸管对来实现。这样，通过开关装置27，能够对功率变换器19实现所谓的短路功能。如果晶闸管被触发，则这将引起辅助绕组17的相之间的短路。这样，在故障情况下能够保护功率变换器19。
[0037]在第二种情况中，电路布置25的开关装置28连接到辅助绕组27和辅助电源29。此外，开关装置28按照使得它能够仅将辅助绕组27的相与辅助电压29的关联相相连接的这样的方式来形成。术语“仅”简单地表示，以上所述的第一种情况中的预计功能在第二种情况中不可用。但是，要理解，除了这个第二种情况中的功能之外，其它功能也可以是可用的，使得术语“仅”并不局限于这个范围。
[0038]相的上述连接例如能够借助于相互并联连接的反并联开关晶闸管对来实现。这样，能够采用开关装置28来实现对电容器20的所谓的预充电和充电功能。如果晶闸管被触发，则电容器20将由变压器12和功率变换器19来充电。因此，电容器20的预充电在操作功率变换器19时是特别可能的。
[0039]在第三种情况中，电路布置25的开关装置28连接到辅助绕组27和辅助电源29。与第二种情况相对照，开关装置28在第三种情况中按照使得它能够不仅执行预充电功能而且还执行第一种情况的闭路功能的这样的方式来设计。这能够借助于晶闸管对和附加电气开关来实现。
[0040]下面基于图2更详细描述上述第三种情况。图2示出这个第三种情况的电路布置
25。与第一和第二种情况相对照，第三种情况中的电路布置25不仅包括辅助绕组27和开关装置28，而且还包括其它电气组件。但是，明确指出，图2仅示出关于在这个第三种情况中能够如何实现电路布置25的一种示范可能性。
[0041]在图2的电路布置25中，辅助绕组27示为三相设计，并且能够是星形、三角形或Z形绕组。辅助绕组27的三相连接到开关装置28，各具有两个反并联连接晶闸管35。开关装置28中的三对反并联连接晶闸管35各经由可控开关36与辅助电源29直接连接或者在适用时与附加变压器37连接。
[0042]如果变压器37是可用的，如图2作为示例所示，则变压器37具体能够在开关36的相对侧上连接到电力网，使得辅助电源29在这种情况下处于与开关36相对的变压器37的侧上，并且能够借助于变压器37来设置成任何预期值。变压器37能够设计为星形、三角形或Z形绕组。
[0043]在适当的情况下，能够省略开关36。但是，在这种情况下，下游电气组件(即具体来说是变压器37)需要能够没有损坏地耐受相的短路。
[0044]三个可控开关39也是可用的。第一开关39在一方面连接到图2的上相的晶闸管对和开关36的连接点，以及在另一方面连接到图2的中间相的晶闸管对和辅助绕组27的连接点。第二开关39按照对应方式连接在图2的中间相与下相之间，以及第三开关39连接在图2的下相与上相之间。因此，开关39的每个连接成使得它们在其闭合、即这样导通状态中将晶闸管对与相的另一个连接。还参照如图2所示的电路。
[0045]为了实现短路功能，开关36断开，即切换到非导通状态，以及开关39关闭，即切换到导通状态。开关16闭合，即导通。没有触发晶闸管35。
[0046]因此，变压器37和辅助电源29因断开开关36而与变压器12分尚。由于闭合开关39，三对晶闸管35的每个在辅助绕组17的两个不同相之间切换。如所述，没有触发开关装置28的晶闸管35。
[0047]在这种状态中，电路10能够按预计正常操作。具体来说，功率变换器19能够经由变压器12的一次和二次绕组13、14来将所传递交流转换为提供给电容器20的直流，反过来也是一样。
[0048]如果故障在这时发生，例如如果短路由于任何原因而在直流环节的正与负端子之间发生，则开关装置28的晶闸管35例如在已经超过所建立电流极限值之后将被触发，以便降低功率变换器19中包含的功率半导体组件上的负担。触发晶闸管35引起变压器12的辅助绕组27的相相互短路。作为另一结果，电力网17的相也将经由变压器12的一次绕组13来短路。这能够避免或降低从电力网17对电容器20的任何进一步充电，并且因此避免或降低对功率变换器的功率半导体组件的压力。这表示用于功率变换器19和/或电容器20的保护功能。
[0049]为了执行预充电功能，开关36关闭，即切换到导通状态，以及开关39断开，即切换到非导通状态。开关16断开，S卩非导通。触发晶闸管35。
[0050]在这种状态中，电路10能够执行预充电或充电功能。具体来说，电容器20能够经由变压器12的辅助、一次和二次绕组27、13、14并且经由功率变换器19从辅助电源29来充电。
[0051]如果在电容器中已经取得预期电压，则预充电功能能够完成，并且电路布置25能够改变成上述设置以供正常操作。
[0052]要理解，短路功能和预充电功能不能同时、只能备选地执行。
【权利要求】
1.一种用于到电路(10)的连接的电路布置(25)，由此所述电路(10)包括其一次绕组(13)连接到电力网(17)并且其二次绕组(14)连接到具有电容器(20)的功率变换器(19)的变压器(12)，其特征在于所述电路布置(25)具有耦合到与开关装置(28)连接的辅助绕组(27)的一次绕组(13)的事实。
2.一种具有变压器(12)的电路(10)，所述变压器(12)的一次绕组(13)连接到电力网(17)并且所述变压器(12)的二次绕组(14)连接到具有电容器(20)的功率变换器(19)，并且其中电路布置(25)连接到所述电路(10)，其特征在于所述电路布置(25)具有与连接到开关装置(28)的辅助绕组(27)耦合的一次绕组(13)的事实。
3.如权利要求1所述的电路布置(25)或者如权利要求2所述的电路(10)，由此所述开关装置(28)按照使得它能够使所述辅助绕组(27)的相短路的这样的方式来设计。
4.如权利要求1所述的电路布置(25)或者如权利要求2所述的电路(10)，由此所述开关装置(28)按照使得它能够对所述电容器(20)进行充电的这样的方式来设计。
5.如权利要求1所述的电路布置(25)或者如权利要求2所述的电路(10)，由此所述开关装置(28)按照使得它能够使所述辅助绕组(27)的相短路或者它能够对所述电容器(20)进行充电的这样的方式来设计。
6.如以上权利要求中的任一项所述的电路布置(25)或电路(10)，由此所述开关装置(28)包括至少两个反并联连接晶闸管(35)。
7.如以上权利要求中的任一项所述的电路布置(25)或电路(10)，由此所述电路布置(25)包括至少一个开关(39)，所述至少一个开关(39)按照使得在其闭合状态中所述相的其中之一所述相中的另一个与所述辅助绕组(27)的其它相的其中之一短路的这样的方式来连接到所述开关装置(28)。
8.如以上权利要求中的任一项所述的电路布置(25)或电路(10)，由此所述开关装置(28)连接到辅助电源(29)。
9.如权利要求6和7所述的电路布置(25)或电路(10)，由此当所述开关(39)断开时，所述辅助绕组(27)连接到所述辅助电源(29)。
10.如权利要求7或8中的任一项所述的电路布置(25)或电路(10)，由此所述辅助电源(29)连接到附加变压器(37)，以及具体来说经由所述附加变压器(37)连接到所述电力网(17)。
【文档编号】H02H7/10GK103683205SQ201310417029
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】M.格斯克, R.雅各布 申请人:通用电气能源电力转换有限责任公司