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WO2004112966A1 - Electrostatic filter with over-voltage protection - Google Patents

Electrostatic filter with over-voltage protection Download PDF

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WO2004112966A1
WO2004112966A1 PCT/EP2004/006856 EP2004006856W WO2004112966A1 WO 2004112966 A1 WO2004112966 A1 WO 2004112966A1 EP 2004006856 W EP2004006856 W EP 2004006856W WO 2004112966 A1 WO2004112966 A1 WO 2004112966A1
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WO
WIPO (PCT)
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filter arrangement
diode
voltage
electronic
circuit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2004/006856
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Grass
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to UAA200512355A priority Critical patent/UA78457C2/en
Priority to EP04740269A priority patent/EP1635952A1/en
Publication of WO2004112966A1 publication Critical patent/WO2004112966A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to RSP-2006/0050A priority patent/RS20060050A/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • H03K17/107Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in composite switches
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68Control systems therefor

Definitions

  • Electrostatic filters are used to separate particles from a gas stream on a surface.
  • the gas stream to be filtered is passed through between filter plates, between which there is a strong electric field.
  • a corona discharge is generated on the plates in order to transport charge carriers onto the particles to be separated.
  • the charged particles move towards the plate with the opposite polarity.
  • a high voltage source is connected in parallel to the plates of the filter.
  • the additional voltage pulses are generated with the help of a series resonant circuit that is parallel to the filter.
  • the filter forms a capacitor with approx. 100 nF.
  • the series resonant circuit contains a charging capacitor with approx. 1 ⁇ F, which in turn is assigned a high-voltage charging circuit.
  • the capacitor is charged, it is applied to the filter via the inductance of the series resonant circuit with the aid of a controlled electronic switch.
  • There is a changeover process which charges the filter to a much higher voltage than the rest voltage. This creates the corona discharge mentioned above.
  • the electrical energy returns via freewheeling diodes, which ends when the voltage across the filter is equal to the open circuit voltage.
  • the charging capacitor instructs then a voltage that is slightly lower than the voltage before the start of the reversal process.
  • the electronic switches used to create the circuit for the reversal process have to withstand a very high voltage. If IGBTs are used for this purpose, a large number of IGBTs must be connected in series because each individual does not have a sufficient reverse voltage.
  • the second difficulty is overloading the cascade of electronic switches if one of the switches does not return to the locked state.
  • the total voltage must then be taken up by a smaller number of electronic switches.
  • a voltage source which supplies the basic bias for the plates of the filter.
  • the voltage peaks for charging the particles in the aerosol are generated with the aid of a second voltage source, which works in the manner of a switching power supply.
  • a charging capacitor is first charged from the voltage source, which is connected in parallel to the filter via the chain of electronic switches and an inductance. In this way, a voltage surge is achieved, which leads to a corona discharge. In accordance with the time constant of the parallel resonant circuit formed in this way, the charges then run back into the charging capacitor via free-wheeling diodes which are parallel to the electronic switches.
  • each electronic switch is provided with associated means which, depending on the voltage applied to the main path of the electronic switch, control the respective electronic switch. Under these circumstances, signal transmission errors or the like cannot lead to an electronic component remaining in the blocking state for too long and breaking down due to the blocking voltage being exceeded.
  • these means are formed by components which have Z-diode characteristics.
  • Such components can be zener diodes or avalanche diodes. If higher powers are required, it is possible to form the means for opening the electronic switch by means of a transistor, to which a component with a Z-diode characteristic is connected in parallel between the control electrode and the one main electrode.
  • the second aspect of the invention it is a matter of avoiding voltage overloading of the chain of electronic switches if one of the switches has failed and it remains in the conductive state at all times. This would mean that the total voltage would have to be divided among fewer electronic components. There is a risk that further failures will cause the blocking voltage on individual electronic switches to rise to such an extent that they will also be shot through, with the result of a short circuit in the voltage supply.
  • a very simple circuit arrangement for detecting the switching state consists in monitoring the voltage drop at the respective electronic switch.
  • a diode can be used for this purpose, which is connected in series with an electrical power supply.
  • the current flow through the diode begins as soon as the electronic switch is in the conductive state and stops when the reverse voltage on the transistor has exceeded a predetermined level.
  • the switching threshold is determined by the open circuit voltage of the power supply source.
  • a sensor device is provided to determine the current. This sensor device can detect the terminal voltage at the electrical energy source or the voltage drop at a sensor resistor.
  • the signal is evaluated and reported to the higher-level control circuit via an optical fiber.
  • the signal that is given there is a binary signal.
  • At least one charging diode can be connected in parallel with the series connection of charging capacity and the chain of controllable electronic switches. It ensures that the circuit is closed when charging the charging capacitor.
  • the oscillation of the electrical energy from the filter is preferably done via individual freewheeling diodes, which are each connected in parallel to the electronic switches.
  • the electronic switch can be formed by an IGBT or a GTO.
  • Each electronic switch is expediently assigned a driver circuit which contains its own galvanically isolated power supply.
  • the power supply device can be formed by a switching power supply.
  • FIG 1 shows the basic circuit diagram of the electrostatic filter arrangement.
  • Figure 2 shows the driver circuit for an electronic
  • Figure 3 shows an alternative embodiment for the protective device of the respective electronic switch.
  • the filter arrangement 1 shows an electrostatic filter arrangement 1 in a highly schematic block diagram.
  • the filter arrangement 1 includes a main voltage source 2, an auxiliary voltage source 3, a filter 4, which is shown in the circuit diagram as a capacitor, and a control and monitoring circuit 5th
  • a choke 6 is connected in series with the auxiliary voltage source 3.
  • a chain of electronic switches 7 in the form of IGBTs is connected in parallel with the series connection from the auxiliary voltage source 3 and the choke 6.
  • the number of IGBTs 7 results from the required reverse voltage divided by the maximum permissible reverse voltage for each individual IGBT 7.
  • a free-wheeling diode 8 is connected in parallel to each IGBT 7.
  • a charging capacitor 9 connects the collector of the top one
  • IGBT 7 with the anode of a charging diode 10, the cathode of which is connected to the positive connection of the auxiliary voltage source 3, to which the emitter of the lowest IGBT 7 from the chain of IGBTs is also connected.
  • a choke 11 leads from the anode of the diode 10 to a capacitor 12, which is used for electrical isolation between the main voltage source 2 and the auxiliary voltage source 3.
  • the other end of the separation condenser tors 12 is connected to one terminal of the filter 4, the other terminal of which is connected to the cathode of the charging diode 10.
  • a resistor 13, which is parallel to the filter 4, is intended to symbolize the leakage currents in the filter 4.
  • the central control and monitoring circuit 5 is provided, which is coupled via optical waveguides 15 to driver circuits 16 which control the insulated gate of the IGBTs 7 on the output side.
  • a basic DC voltage of approximately 30 kV is applied to the filter 4.
  • the charging capacitor 9 is charged to the voltage of the auxiliary voltage source 3 via the charging diode 10, that is to say a voltage of approximately 30 kV is applied to it.
  • the two voltage sources 2 and 3 are connected in series, so that a voltage of approx. 30 kV is present across the isolating capacitor.
  • the chain of IGBTs 7 is briefly controlled by the central control and monitoring circuit 5.
  • the IGBTs 7 get into the conductive state at the same time as possible and because of the high voltage potential, they are controlled via the optical waveguides 15.
  • the incoming optical signal is shown in the driver circuits 16 the electrical signal required to drive the IGBTs 7 implemented.
  • the IGBTs 7 In order to avoid voltage overloading of individual IGBTs 7, the IGBTs 7 must simultaneously switch from the blocking state to the conductive state. This prevents an inadmissibly large reverse voltage from being applied to a slowly switching IGBT 7, which would overload the IGBT 7 in terms of voltage. A voltage overload leads to the IGBT 7 being alloyed.
  • the charging capacitor 9 When all IGBTs 7 are switched through, the charging capacitor 9 is connected in parallel with the filter 4 via the storage inductor 11.
  • the end-of-charge voltage at the filter 4 results from the capacitance ratio of the charging capacitor 9 of 1 ⁇ F to the capacitance of the filter of approximately 100 nF.
  • the isolating capacitor 12 is chosen so large that it does not influence the oscillation process.
  • the choke 6 is provided so that the auxiliary voltage source 3 is not short-circuited in the case of controlled IGBTs 7. It should only ensure that the current draw from the auxiliary voltage source 3 is almost constant.
  • a certain switching delay is provided for the IGBTs 7 in order to ensure that no switching peaks occur.
  • the IGBTs 7 differ in their signals coming from the central control and monitoring circuit 7
  • a Zener diode 17 is provided for each IGBT 7, which, as shown, between the collector and the gate of the respective IGBT 7. Its cathode is connected to the collector. Should the voltage between the collector and the gate of an IGBT 7 in question exceed the knee voltage of the Zener diode 17, a current begins to flow into the gate of the IGBT 7 in question and charges the gate capacitance there. The IGBT 7 becomes the leader. As the transistor becomes conductive, the voltage between the collector and emitter decreases, preventing voltage breakdown.
  • individual IGBTs 7 can fail. To the extent that such transistors alloy, they do not participate in the blocking behavior of the entire chain, while the other functional transistors are in the blocking state pass.
  • the alloying of a transistor means that the other properly operating transistors have to cope with a larger reverse voltage.
  • each driver circuit 16 is provided in each driver circuit 16, as can be seen from the block diagram in FIG. 2.
  • Each driver circuit 16 contains its own switching power supply
  • the switching power supply 18 which receives the electrical energy from a looped through power supply conductor 19.
  • the switching power supply 18 with outputs 21 and 22 generates a DC voltage of approximately 10 V from the secondary side thereof.
  • the negative voltage output 21 is connected to the emitter of the IGBT 7.
  • the positive connection 22 is connected via a resistor 23 to the anode of a diode 24, the cathode of which is connected to the collector of the IGBT 7.
  • the switching power supply 18 serves to supply power to a converter circuit 25, which converts the optical signal arriving via the optical waveguide 15 into an electrical signal, which is output at an output 26 to which the gate of the IGBT 7 is connected.
  • the circuit mass corresponds to the emitter of the IGBT 7 of the respective stage.
  • a Schmitt trigger 27 with two inputs 28 and 29 is connected on the one hand to the anode of the diode 24 and on the other hand to the circuit ground. Its output 31 is connected to an input 32 of a converter circuit 33, which converts the electrical signal present at the input 32 into an optical signal that reaches the central control and monitoring circuit via an optical waveguide 34.
  • the inputs 28 and 29 could also be parallel to the resistor 23 in order to measure the voltage drop directly.
  • the power supply to the converter circuit 33 and the Schmitt trigger 27 likewise takes place from the switched-mode power supply 18 via the outputs 21 and 22.
  • the connecting lines for this purpose are not shown for reasons of clarity.
  • the circuit arrangement according to FIG. 2 works as follows:
  • the Schmitt trigger 27 is selected with the switching threshold accordingly, for example the switching threshold is around 7 V, so that the Schmitt trigger 27 generates a binary signal at its output which indicates that the switching threshold of 7 has been exceeded V corresponds. This binary signal is converted into an optical signal by the converter 33 and transmitted to the central control and monitoring circuit 5. This can check whether the locked state occurs at the correct time.
  • the central control and monitoring circuit 5 thus receives information about whether the IGBT 7 is in the blocked or in the conductive state.
  • the signal on the optical waveguide 34 is an indication that the relevant IGBT 7 is chaining through the IGBTs is.
  • either the filter can be switched off completely or a maintenance service can be alerted to replace the faulty IGBT 7 or the group of IGBTs 7, to which the faulty IGBT 7 belongs.
  • FIG. 3 shows an alternative if the Z diode 17 is dimensioned weaker and is possibly overloaded by the charging current for the gate of the IGBT 7. In this case, another IGBT 35 with its collector-emitter path lies between the collector and the gate of the IGBT 7.
  • the gate is connected to the collector of both the IGBT 7 and the IGBT 35 via the aforementioned Z diode 17.
  • a discharge resistor 36 is connected between the gate and the emitter of the IGBT 35.
  • Zener diode 17 acts like a Zener diode with greater power loss.
  • An electrostatic filter arrangement has a type of switching power supply in order to generate the high voltage leading to the corona discharge.
  • a cascade of electronic switches is used in this switching power supply.
  • Each electronic switch has a circuit arrangement which ensures that the switch becomes conductive when the voltage on its main line exceeds a predetermined value.
  • a circuit arrangement which serves to report to a central control and monitoring circuit whether the monitored switching element is in the blocked or conductive state.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

The invention relates to an electrostatic filter arrangement comprising a switched power supply which is used to produce high voltage leading to corona discharge. In said switched power supply, a cascade of electronic switches is used. A circuit arrangement is associated with each electronic switch, ensuring that the switch achieves a conducting state when the voltage on the main line thereof exceeds a predetermined value. The invention also relates to a circuit arrangement which informs a central control and monitoring circuit whether the monitored switch element is in a blocked or conducting state.

Description

Beschreibungdescription

Elektrostatisches Filter mit ÜberspannungsschützElectrostatic filter with surge protector

Elektrostatische Filter werden dazu verwendet, Partikel aus einem Gasstrom auf einer Oberfläche abzuscheiden. Hierzu lässt man den zu filternden Gasstrom zwischen Filterplatten hindurch streichen, zwischen denen ein starkes elektrisches Feld herrscht. Mit Hilfe von überlagerten Spannungsbursts, d.h. einer kurzzeitigen Erhöhung des elektrischen Potentials, wird an den Platten eine Koronaentladung erzeugt, um Ladungsträger auf die abzuscheidenden Partikel zu transportieren. Nach dem Verschwinden des Spannungsimpulses wandern die aufgeladenen Partikel in Richtung auf die Platte mit der umge- kehrten Polarität .Electrostatic filters are used to separate particles from a gas stream on a surface. To do this, the gas stream to be filtered is passed through between filter plates, between which there is a strong electric field. With the help of superimposed voltage bursts, i.e. After a brief increase in the electrical potential, a corona discharge is generated on the plates in order to transport charge carriers onto the particles to be separated. After the disappearance of the voltage pulse, the charged particles move towards the plate with the opposite polarity.

Den Grundaufbau eines solchen elektrostatischen Filters zeigt beispielsweise die EP 1 119 912 Bl .The basic structure of such an electrostatic filter is shown, for example, in EP 1 119 912 B1.

Zu den Platten des Filters ist eine Hochspannungsquelle parallel geschaltet. Die zusätzlichen SpannungsImpulse werden mit Hilfe eines Serienschwingkreises erzeugt, der zu dem Filter parallel liegt. Aus elektrischer Sicht bildet das Filter einen Kondensator mit ca. 100 nF . Der Serienschwingkreis ent- hält einen Ladekondensator mit ca. 1 μF, dem seinerseits eine Hochspannungsladeschaltung zugeordnet ist. Sobald der Kondensator aufgeladen ist, wird er über die Induktivität des Serienschwingkreises mit Hilfe eines gesteuerten elektronischen Schalters an das Filter angelegt . Es findet ein Umschwingvor- gang statt, der das Filter auf eine wesentliche höhere Spannung als die Ruhespannung auflädt . Hierdurch wird die oben erwähnte Koronaentladung erzeugt .A high voltage source is connected in parallel to the plates of the filter. The additional voltage pulses are generated with the help of a series resonant circuit that is parallel to the filter. From an electrical point of view, the filter forms a capacitor with approx. 100 nF. The series resonant circuit contains a charging capacitor with approx. 1 μF, which in turn is assigned a high-voltage charging circuit. As soon as the capacitor is charged, it is applied to the filter via the inductance of the series resonant circuit with the aid of a controlled electronic switch. There is a changeover process, which charges the filter to a much higher voltage than the rest voltage. This creates the corona discharge mentioned above.

Sobald der Umschwingvorgang abgeschlossen ist, findet über Freilaufdioden ein Rückschwingen der elektrischen Energie statt, das beendet ist, wenn die Spannung an dem Filter gleich der Ruhespannung ist. Der Ladekondensator weist an- schließend eine Spannung auf, die etwas geringer ist als die Spannung vor dem Beginn des Umschwingvorgangs .As soon as the switching process is complete, the electrical energy returns via freewheeling diodes, which ends when the voltage across the filter is equal to the open circuit voltage. The charging capacitor instructs then a voltage that is slightly lower than the voltage before the start of the reversal process.

Die elektronischen Schalter, die dazu verwendet werden um für den Umschwingvorgang den Stromkreis zu schießen, müssen eine sehr hohe Spannung aushalten. Wenn hierzu IGBT's verwendet werden, muss eine Vielzahl von IGBT's in Serie geschaltet sein, weil jeder Einzelne keine ausreichende Sperrspannung aufweist .The electronic switches used to create the circuit for the reversal process have to withstand a very high voltage. If IGBTs are used for this purpose, a large number of IGBTs must be connected in series because each individual does not have a sufficient reverse voltage.

Hieraus folgen zwei Problemstellungen:Two problems arise from this:

Es muss sichergestellt sein, dass alle elektronischen Schalter ungefähr gleichzeitig in den leitenden Zustand überwech- sein. Eilt einer der elektronischen Schalter nach, tritt an diesem möglicherweise eine Spannungsüberlastung ein, mit der Folge des Durchschlags, was das elektronische Bauelement unbrauchbar werden lässt. Man ist zwar bemüht, mit Hilfe von Lichtwellenleitern und entsprechenden Treiberschaltungen die- se Fehler zu vermeiden. Allerdings zeigen die elektronischenIt must be ensured that all electronic switches change to the conductive state at about the same time. If one of the electronic switches lags behind, a voltage overload may occur on it, with the result that the breakdown occurs, which makes the electronic component unusable. Efforts are being made to avoid these errors with the aid of optical fibers and corresponding driver circuits. However, the electronic show

Bauelemente selbst ein gewisses unterschiedliches zeitliches Schaltverhalten .Components themselves a certain different switching behavior over time.

Die zweite Schwierigkeit besteht in der Überlastung der Kas- kade aus elektronischen Schaltern, sollte einer der Schalter nicht mehr in den Sperrzustand zurückkehren. Die GesamtSpannung muss dann von einer geringeren Anzahl von elektronischen Schaltern aufgenommen werden.The second difficulty is overloading the cascade of electronic switches if one of the switches does not return to the locked state. The total voltage must then be taken up by a smaller number of electronic switches.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrostatische Filteranordnung zu schaffen, bei der keine Sperrspannungsüberlastung der einzelnen elektronischen Schalter in Folge zeitlich unterschiedlichen Schaltverhaltens auftritt.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide an electrostatic filter arrangement in which no reverse voltage overload of the individual electronic switches occurs as a result of switching behavior which differs over time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Filteranordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine elektrostatische Filteranordnung zu schaffen, bei der der Ausfall eines elektronischen Schalters rechtzeitig erkannt wird.This object is achieved by the filter arrangement with the features of claim 1. Furthermore, it is an object of the invention to provide an electrostatic filter arrangement in which the failure of an electronic switch is recognized in good time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der elektrostatischen Filteranordnung mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst .This object is achieved with the electrostatic filter arrangement with the features of claim 2.

Bei der neuen elektrostatischen Filteranordnung ist eine Spannungsquelle vorgesehen, die für die Platten des Filters die Grundvorspannung liefert. Die Spannungspeaks zum Aufladen der Partikel im Aerosol werden mit Hilfe einer zweiten Spannungsquelle erzeugt, die nach Art eines Schaltnetzteils arbeitet. Aus der Spannungsquelle wird zunächst ein Ladekondensator aufgeladen, der über die Kette aus elektronischen Schaltern und eine Induktivität zu dem Filter parallel geschaltet wird. Hierdurch wird eine Spannungsüberhöhung erreicht, die zu einer Koronaentladung führt. Entsprechend der Zeitkonstanten des so gebildeten Parallelschwingkreises laufen die Ladungen anschließend über Freilaufdioden, die zu den elektronischen Schaltern parallel liegen, in den Ladekondensator zurück.In the new electrostatic filter arrangement, a voltage source is provided which supplies the basic bias for the plates of the filter. The voltage peaks for charging the particles in the aerosol are generated with the aid of a second voltage source, which works in the manner of a switching power supply. A charging capacitor is first charged from the voltage source, which is connected in parallel to the filter via the chain of electronic switches and an inductance. In this way, a voltage surge is achieved, which leads to a corona discharge. In accordance with the time constant of the parallel resonant circuit formed in this way, the charges then run back into the charging capacitor via free-wheeling diodes which are parallel to the electronic switches.

Um Schaltzeitunterschiede bei den einzelnen elektronischen Schaltern auszugleichen, ist jeder elektronische Schalter mit zugehörigen Mitteln versehen, die abhängig von der Spannung, die an der Hauptstrecke des elektronischen Schalters anliegen, den jeweiligen elektronischen Schalter durchsteuern. Signalübermittlungsfehler oder dergleichen, können unter diesen Umständen nicht dazu führen, dass ein elektronisches Bau- element zu lange im Sperrzustand bleibt und wegen Überschreiten der Sperrspannung durchschlägt .In order to compensate for switching time differences in the individual electronic switches, each electronic switch is provided with associated means which, depending on the voltage applied to the main path of the electronic switch, control the respective electronic switch. Under these circumstances, signal transmission errors or the like cannot lead to an electronic component remaining in the blocking state for too long and breaking down due to the blocking voltage being exceeded.

Diese Mittel sind im einfachsten Falle durch Bauelemente gebildet, die Z-Diodencharakteristik aufweisen. Solche Bauele- mente können Z-Dioden oder Avalanche-Dioden sein. Sollten höhere Leistungen gefordert werden, besteht die Möglichkeit die Mittel zum Aufsteuern der elektronischen Schalters durch einen Transistor zu bilden, dem ein Bauelement mit Z-Diodencharakteristik zwischen der Steuerelektrode und der einen Hauptelektrode parallel geschaltet ist.In the simplest case, these means are formed by components which have Z-diode characteristics. Such components can be zener diodes or avalanche diodes. If higher powers are required, it is possible to form the means for opening the electronic switch by means of a transistor, to which a component with a Z-diode characteristic is connected in parallel between the control electrode and the one main electrode.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung geht es darum, eine spannungsmäßige Überlastung der Kette von elektronischen Schaltern zu vermeiden, falls einer der Schalter versagt hat und er ständig im leitenden Zustand bleibt. Damit würde sich die GesamtSpannung auf weniger elektronische Bauelemente aufteilen müssen. Es besteht die Gefahr, dass weitere Ausfälle die Sperrspannung an einzelnen elektronischen Schaltern soweit ansteigen lässt, dass auch diese durchgeschossen werden, mit der Folge eines Kurzschlusses der Spannungsversorgung.According to the second aspect of the invention, it is a matter of avoiding voltage overloading of the chain of electronic switches if one of the switches has failed and it remains in the conductive state at all times. This would mean that the total voltage would have to be divided among fewer electronic components. There is a risk that further failures will cause the blocking voltage on individual electronic switches to rise to such an extent that they will also be shot through, with the result of a short circuit in the voltage supply.

Es ist deswegen bei der Schaltung vorgesehen, bei jedem e- lektronischen Schalter den Schaltzustand zu überwachen. In der übergeordneten Steuerschaltung kann sodann synchronisiert werden, ob die Meldung des Leitend- oder Gesperrtzustandes des betreffenden elektronischen Schalters zu dem Signal passt, das die übergeordnete Steuerschaltung beispielsweise über Lichtwellenleiter an den einzelnen elektronischen Schalter übermittelt.It is therefore provided in the circuit to monitor the switching status of each electronic switch. It can then be synchronized in the higher-level control circuit whether the notification of the conducting or blocked state of the electronic switch in question matches the signal which the higher-level control circuit transmits to the individual electronic switch, for example via optical fibers.

Eine sehr einfache Schaltungsanordnung zum Erfassen des Schaltzustandes besteht in der Überwachung des Spannungsabfalls an dem jeweiligen elektronischen Schalter.A very simple circuit arrangement for detecting the switching state consists in monitoring the voltage drop at the respective electronic switch.

Hierzu kann eine Diode verwendet werden, die mit einer elektrischen Stromversorgung in Serie liegt. Der Stromfluss durch die Diode setzt ein, sobald sich der elektronische Schalter im leitenden Zustand befindet, und hört auf, wenn die Sperrspannung an dem Transistor ein vorgegebenes Maß überschritten hat. Die Schaltschwelle wird festgelegt durch die Leerlauf- Spannung der Stromversorgungsquelle. Um den Strom zu ermitteln ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen. Diese Sensoreinrichtung kann die Klemmenspannung an der elektrischen Energiequelle oder den Spannungsabfall an einem Sensorwiderstand erfassen.A diode can be used for this purpose, which is connected in series with an electrical power supply. The current flow through the diode begins as soon as the electronic switch is in the conductive state and stops when the reverse voltage on the transistor has exceeded a predetermined level. The switching threshold is determined by the open circuit voltage of the power supply source. A sensor device is provided to determine the current. This sensor device can detect the terminal voltage at the electrical energy source or the voltage drop at a sensor resistor.

Mit Hilfe eines Schmitt-Triggers wird das Signal ausgewertet und über einen Lichtwellenleiter der übergeordneten Steuerschaltung vermeldet . Das Signal was dort abgegeben wird ist ein binäres Signal .With the help of a Schmitt trigger, the signal is evaluated and reported to the higher-level control circuit via an optical fiber. The signal that is given there is a binary signal.

In allen Fällen kann zu der Serienschaltung aus Ladekapazität und der Kette von steuerbaren elektronischen Schaltern wenigstens eine Ladediode parallel geschaltet sein. Sie sorgt dafür, dass beim Laden des Ladekondensators der Stromkreis geschlossen ist.In all cases, at least one charging diode can be connected in parallel with the series connection of charging capacity and the chain of controllable electronic switches. It ensures that the circuit is closed when charging the charging capacitor.

Das Rückschwingen der elektrischen Energie aus dem Filter geschieht vorzugsweise über einzelne Freilaufdioden, die jeweils den elektronischen Schaltern parallel geschaltet sind.The oscillation of the electrical energy from the filter is preferably done via individual freewheeling diodes, which are each connected in parallel to the electronic switches.

Der elektronische Schalter kann von einem IGBT oder einem GTO gebildet sein.The electronic switch can be formed by an IGBT or a GTO.

Eine besonders schnelle Ansteuerung der einzelnen elektroni- sehen Schalter ist über Lichtwellenleiter möglich.Particularly fast control of the individual electronic switches is possible via optical fibers.

Dabei ist zweckmäßigerweise jedem elektronischem Schalter eine Treiberschaltung zugeordnet, die ihre eigene galvanisch getrennte Stromversorgung enthält. Die Stromversorgungsein- richtung kann durch ein Schaltnetzteil gebildet sein.Each electronic switch is expediently assigned a driver circuit which contains its own galvanically isolated power supply. The power supply device can be formed by a switching power supply.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen. Bei Studium der Ausführungsbeispiele wird dem Fachmann klar, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In addition, further developments of the invention are the subject of dependent claims. When studying the exemplary embodiments, it becomes clear to the person skilled in the art that a number of modifications are possible. Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. Show it:

Figur 1 das Prinzipschaltbild der elektrostatischen Filter- anordnung .1 shows the basic circuit diagram of the electrostatic filter arrangement.

Figur 2 die Treiberschaltung für einen elektronischenFigure 2 shows the driver circuit for an electronic

Schalter in einem vereinfachten Blockschaltbild undSwitches in a simplified block diagram and

Figur 3 eine alternative Ausführungsform für die Schutzeinrichtung des jeweiligen elektronischen Schalters.Figure 3 shows an alternative embodiment for the protective device of the respective electronic switch.

Fig. 1 zeigt in einem stark schematisierten Blockschaltbild eine elektrostatische Filteranordnung 1. Zu der Filteranord- nung 1 gehören eine Hauptspannungsquelle 2, eine Hilfsspan- nungsquelle 3, ein Filter 4, das in dem Schaltbild als Kondensator wiedergegeben ist, sowie eine Steuer- und Uberwachungsschaltung 5.1 shows an electrostatic filter arrangement 1 in a highly schematic block diagram. The filter arrangement 1 includes a main voltage source 2, an auxiliary voltage source 3, a filter 4, which is shown in the circuit diagram as a capacitor, and a control and monitoring circuit 5th

In Serie mit der Hilfsspannungsquelle 3 liegt eine Drossel 6. Zu der Serienschaltung aus der Hilfsspannungsquelle 3 sowie der Drossel 6 ist eine Kette aus elektronischen Schaltern 7 in Gestalt von IGBTs parallel geschaltet. Die Anzahl der IGBTs 7 ergibt sich aus der erforderlichen Sperrspannung di- vidiert durch die maximal zulässige Sperrspannung für jeden einzelnen IGBT 7.A choke 6 is connected in series with the auxiliary voltage source 3. A chain of electronic switches 7 in the form of IGBTs is connected in parallel with the series connection from the auxiliary voltage source 3 and the choke 6. The number of IGBTs 7 results from the required reverse voltage divided by the maximum permissible reverse voltage for each individual IGBT 7.

Zu jedem IGBT 7 liegt eine Freilaufdiode 8 parallel.A free-wheeling diode 8 is connected in parallel to each IGBT 7.

Ein Ladekondensator 9 verbindet den Kollektor des oberstenA charging capacitor 9 connects the collector of the top one

IGBT 7 mit der Anode einer Ladediode 10, deren Katode mit dem positiven Anschluss der Hilfsspannungsquelle 3 verbunden ist, an dem auch der Emitter des untersten IGBT 7 aus der Kette von IGBTs angeschaltet ist. Von der Anode der Diode 10 führt eine Drossel 11 zu einem Kondensator 12, der der galvanischen Trennung zwischen der Hauptspannungsquelle 2 und der Hilfs- spannungsquelle 3 dient. Das andere Ende des Trennkondensa- tors 12 ist mit einem Anschluss des Filters 4 verbunden, dessen anderer Anschluss mit der Katode der Ladediode 10 verbunden ist.IGBT 7 with the anode of a charging diode 10, the cathode of which is connected to the positive connection of the auxiliary voltage source 3, to which the emitter of the lowest IGBT 7 from the chain of IGBTs is also connected. A choke 11 leads from the anode of the diode 10 to a capacitor 12, which is used for electrical isolation between the main voltage source 2 and the auxiliary voltage source 3. The other end of the separation condenser tors 12 is connected to one terminal of the filter 4, the other terminal of which is connected to the cathode of the charging diode 10.

Ein Widerstand 13, der zu dem Filter 4 parallel liegt, soll die Verlustströme in dem Filter 4 symbolisieren.A resistor 13, which is parallel to the filter 4, is intended to symbolize the leakage currents in the filter 4.

Zu dem Filter 4 liegt schließlich die Parallelschaltung aus der Hauptspannungsquelle 2 und einer Drossel 14 parallel .Finally, the parallel connection of the main voltage source 2 and a choke 14 is parallel to the filter 4.

Um impulsweise eine höhere Spannung an dem Filter 4 zu erzeugen ist die zentrale Steuer- und ÜberwachungsSchaltung 5 vorgesehen, die über Lichtwellenleiter 15 mit Treiberschaltungen 16 gekoppelt ist, die ausgangsseitig das isolierte Gate der IGBTs 7 ansteuern.In order to generate a higher voltage on the filter 4, the central control and monitoring circuit 5 is provided, which is coupled via optical waveguides 15 to driver circuits 16 which control the insulated gate of the IGBTs 7 on the output side.

Die insoweit beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt :The circuit described so far works as follows:

Mit Hilfe der Hauptspannungsquelle 2 wird an das Filter 4 ei- ne Grundgleichspannung von etwa 30 kV angelegt.With the help of the main voltage source 2, a basic DC voltage of approximately 30 kV is applied to the filter 4.

Solange die IGBTs 7 im Sperrzustand bleiben, wird über die Ladediode 10 der Ladekondensator 9 auf die Spannung der Hilfsspannungsquelle 3 aufgeladen, das heißt an ihm liegt ei- ne Spannung von ca. 30 kV an. Die beiden Spannungsquellen 2 und 3 sind, wie das Schaltbild erkennen lässt in Serie geschaltet, so dass über den Trennkondensator eine Spannung von ca. 30 kV ansteht.As long as the IGBTs 7 remain in the blocking state, the charging capacitor 9 is charged to the voltage of the auxiliary voltage source 3 via the charging diode 10, that is to say a voltage of approximately 30 kV is applied to it. As can be seen from the circuit diagram, the two voltage sources 2 and 3 are connected in series, so that a voltage of approx. 30 kV is present across the isolating capacitor.

Um in dem Filter 4 die erforderliche Koronaentladung zu erzeugen wird von der zentralen Steuer- und Uberwachungsschaltung 5 die Kette aus IGBTs 7 kurzzeitig leitend gesteuert. Damit die IGBTs 7 möglichst gleichzeitig in den leitenden Zustand gelangen und wegen des hohen Spannungspotentials, er- folgt die Ansteuerung über die Lichtwellenleiter 15. In den Treiberschaltungen 16 wird das ankommende optische Signal in das erforderliche elektrische Signal zum Ansteuern der IGBTs 7 umgesetzt.In order to generate the required corona discharge in the filter 4, the chain of IGBTs 7 is briefly controlled by the central control and monitoring circuit 5. In order that the IGBTs 7 get into the conductive state at the same time as possible and because of the high voltage potential, they are controlled via the optical waveguides 15. The incoming optical signal is shown in the driver circuits 16 the electrical signal required to drive the IGBTs 7 implemented.

Um eine Spannungsüberlastung von einzelnen IGBTs 7 zu vermei- den, müssen die IGBTs 7 gleichzeitig vom Sperrzustand in den leitenden Zustand umschalten. Hierdurch wird vermieden, dass an einem langsamer umschaltenden IGBT 7 eine unzulässig große Sperrspannung ansteht, die den IGBT 7 spannungsmäßig überlasten würde. Eine Spannungsüberlastung führt unmittelbar zum durchlegieren des IGBT 7.In order to avoid voltage overloading of individual IGBTs 7, the IGBTs 7 must simultaneously switch from the blocking state to the conductive state. This prevents an inadmissibly large reverse voltage from being applied to a slowly switching IGBT 7, which would overload the IGBT 7 in terms of voltage. A voltage overload leads to the IGBT 7 being alloyed.

Wenn sämtliche IGBTs 7 durchgeschaltet sind, wird der Ladekondensator 9 über die Speicherdrossel 11 zu dem Filter 4 parallel geschaltet. Die auf dem Kondensator 9, der eine Kapa- zität von ca. 1 μF aufweist, gespeicherte elektrische Energie schwingt über den nunmehr gebildeten Schwingkreis zu dem Filter 4 und lädt das Filter 4 auf eine Spannung von größer 30 KV auf. Die Ladeschlussspannung an dem Filter 4 ergibt sich aus dem Kapazitätsverhältnis des Ladekondensators 9 von 1 μF zu der Kapazität des Filters von ca 100 nF. Der Trennkondensator 12 ist so groß gewählt, dass er den Schwingvorgang nicht beinflusst.When all IGBTs 7 are switched through, the charging capacitor 9 is connected in parallel with the filter 4 via the storage inductor 11. The electrical energy stored on the capacitor 9, which has a capacitance of approximately 1 μF, oscillates to the filter 4 via the resonant circuit now formed and charges the filter 4 to a voltage of greater than 30 KV. The end-of-charge voltage at the filter 4 results from the capacitance ratio of the charging capacitor 9 of 1 μF to the capacitance of the filter of approximately 100 nF. The isolating capacitor 12 is chosen so large that it does not influence the oscillation process.

Damit bei durchgesteuerten IGBTs 7 die Hilfsspannungsquelle 3 nicht kurzgeschlossen ist, ist die Drossel 6 vorgesehen. Sie soll lediglich dafür sorgen, dass die Stromentnahme aus der Hilfsspannungsquelle 3 nahezu konstant ist. Sinngemäß das gleiche gilt für die Drossel 14, die mit der Hauptspannungsquelle 2 in Serie liegt . Auch sie hat für den Schwingvorgang zur Spannungserhöhung an dem Filter 4 keine Wirkung.The choke 6 is provided so that the auxiliary voltage source 3 is not short-circuited in the case of controlled IGBTs 7. It should only ensure that the current draw from the auxiliary voltage source 3 is almost constant. The same applies analogously to the choke 14, which is in series with the main voltage source 2. It also has no effect on the oscillation process for increasing the voltage on the filter 4.

Sobald die Ladung von dem Ladekondensator 9 vollständig auf das Filter 4 übertragen ist, beginnt ein Rückschwingvorgang. Dieser Rückschwingvorgang führt zu einem Stromfluss durch die Freilaufdioden 8 und endet, sobald der Ladekondensator 9 wieder auf den Ursprungswert zu Beginn des Durchschaltens der IGBTs 7 abzüglich dem Verlust in dem Filter 4 aufgeladen ist. In der Nähe des Stromnulldurchgangs nach der Stromleitung durch die IGBTs 7 werden diese von der zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung wieder in dem gesperrten Zustand umge- schaltet, so dass der rücklaufende Strom, der aus dem Filter 4 in den Ladekondensator 3 fliest, über die Freilaufdioden 8 fließen kann.As soon as the charge from the charging capacitor 9 has been completely transferred to the filter 4, a reverberation process begins. This reverberation process leads to a current flow through the freewheeling diodes 8 and ends as soon as the charging capacitor 9 is charged again to the original value at the beginning of the switching on of the IGBTs 7 minus the loss in the filter 4. In the vicinity of the zero current passage after the power line through the IGBTs 7, these are switched over again by the central control and monitoring circuit in the blocked state, so that the return current that flows from the filter 4 into the charging capacitor 3 via the freewheeling diodes 8 can flow.

Für die IGBTs 7 ist eine gewisse Schaltverzögerung vorgese- hen, um sicher zu stellen, dass keine Schaltspitzen auftreten.A certain switching delay is provided for the IGBTs 7 in order to ensure that no switching peaks occur.

Obwohl die Signale, die von der zentralen Steuer- und Uberwachungsschaltung 7 kommen, innerhalb sehr kleiner Toleranzen gleichzeitig sind, unterscheiden sich die IGBTs 7 in ihremAlthough the signals coming from the central control and monitoring circuit 7 are simultaneously within very small tolerances, the IGBTs 7 differ in their

Schaltverhalten. Außerdem sind unter Umständen unterschiedliche elektrische Laufzeiten in den Treiberschaltungen 16 zu beobachten.Switching behavior. In addition, different electrical transit times can be observed in the driver circuits 16 under certain circumstances.

Um mit Sicherheit auszuschließen, dass ein IGBT 7 spannungsmäßig überlastet wird, weil andere IGBTs bereits geschaltet haben und hinreichend in dem leitenden Zustand sind, ist für jeden IGBT 7 eine Z-Diode 17 vorgesehen, die, wie gezeigt, zwischen dem Kollektor und dem Gate des jeweiligen IGBT 7 liegt. Deren Katode ist an den Kollektor angeschlossen. Sollte die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Gate eines betreffenden IGBT 7 die Kniespannung der Z-Diode 17 übersteigen, beginnt ein Strom in das Gate des betreffenden IGBT 7 zu fließen und lädt dort die Gatekapazität auf. Der IGBT 7 wird leitend. In dem Maße indem der Transistor leitend wird, verringert sich die Spannung zwischen Kollektor und Emitter, was einen Spannungsdurchbruch verhindert .In order to rule out with certainty that an IGBT 7 is overloaded because other IGBTs have already switched and are sufficiently in the conductive state, a Zener diode 17 is provided for each IGBT 7, which, as shown, between the collector and the gate of the respective IGBT 7. Its cathode is connected to the collector. Should the voltage between the collector and the gate of an IGBT 7 in question exceed the knee voltage of the Zener diode 17, a current begins to flow into the gate of the IGBT 7 in question and charges the gate capacitance there. The IGBT 7 becomes the leader. As the transistor becomes conductive, the voltage between the collector and emitter decreases, preventing voltage breakdown.

Dennoch kann es geschehen, dass einzelne IGBTs 7 versagen. In dem Maße, in dem solche Transistoren durchlegieren, nehmen sie am Sperrverhalten der gesamten Kette nicht teil, während die anderen funktionsfähigen Transistoren in den Sperrzustand übergehen. Das Durchlegieren eines Transistors führt dazu, dass die übrigen ordnungsgemäß arbeitenden Transistoren eine größere Sperrspannung verkraften müssen.Nevertheless, individual IGBTs 7 can fail. To the extent that such transistors alloy, they do not participate in the blocking behavior of the entire chain, while the other functional transistors are in the blocking state pass. The alloying of a transistor means that the other properly operating transistors have to cope with a larger reverse voltage.

Um zu erkennen, ob ein IGBT 7 durchlegiert ist oder nicht, ist eine zusätzliche Beschaltung in jeder Treiberschaltung 16 vorgesehen, wie sie aus dem Blockschaltbild nach Figur 2 hervorgeht .In order to recognize whether an IGBT 7 is alloyed or not, an additional circuit is provided in each driver circuit 16, as can be seen from the block diagram in FIG. 2.

Jede Treiberschaltung 16 enthält ihr eigenes SchaltnetzteilEach driver circuit 16 contains its own switching power supply

18, das galvanisch getrennt die elektrische Energie aus einem durchgeschleiften Stromversorgungsleiter 19 erhält. Das Schaltnetzteil 18 mit Ausgängen 21 und 22 erzeugt daraus se- kundärseitig eine Gleichspannung von ca. 10 V. Der negative Spannungsausgang 21 ist mit dem Emitter des IGBT 7 verbunden. Der positive Anschluss 22 liegt über einem Widerstand 23 an der Anode einer Diode 24, deren Katode mit dem Kollektor des IGBT 7 verbunden ist. Außerdem dient das Schaltnetzteil 18 zur Stromversorgung einer Wandlerschaltung 25, die das über den Lichtwellenleiter 15 ankommende optische Signal in ein elektrisches Signal wandelt, das an einem Ausgang 26 abgegeben wird, an den das Gate des IGBT 7 angeschlossen ist.18, which receives the electrical energy from a looped through power supply conductor 19. The switching power supply 18 with outputs 21 and 22 generates a DC voltage of approximately 10 V from the secondary side thereof. The negative voltage output 21 is connected to the emitter of the IGBT 7. The positive connection 22 is connected via a resistor 23 to the anode of a diode 24, the cathode of which is connected to the collector of the IGBT 7. In addition, the switching power supply 18 serves to supply power to a converter circuit 25, which converts the optical signal arriving via the optical waveguide 15 into an electrical signal, which is output at an output 26 to which the gate of the IGBT 7 is connected.

Von der Stromversorgung ist lediglich eine Leitung versinn- bildlicht, die die Wandlerschaltung 25 mit der Schaltungsmas- se verbindet; das heiße Ende ist nicht gezeigt. Die Schal- tungsmasse entspricht dem Emitter des IGBT 7 der jeweiligen Stufe.Only one line of the power supply is shown, which connects the converter circuit 25 to the circuit ground; the hot end is not shown. The circuit mass corresponds to the emitter of the IGBT 7 of the respective stage.

Ein Schmitt-Trigger 27 mit zwei Eingängen 28 und 29 ist einerseits mit der Anode der Diode 24 und andererseits mit der Schaltungsmasse verbunden. Sein Ausgang 31 liegt an einem Eingang 32 einer Wandlerschaltung 33, die das an dem Eingang 32 anstehende elektrische Signal in ein optisches Signal um- setzt, dass über einen Lichtwellenleiter 34 zu der zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung gelangt. Die Eingänge 28 und 29 könnten auch zu dem Widerstand 23 paarallel liegen um den Spannungsabfall direkt zu messen.A Schmitt trigger 27 with two inputs 28 and 29 is connected on the one hand to the anode of the diode 24 and on the other hand to the circuit ground. Its output 31 is connected to an input 32 of a converter circuit 33, which converts the electrical signal present at the input 32 into an optical signal that reaches the central control and monitoring circuit via an optical waveguide 34. The inputs 28 and 29 could also be parallel to the resistor 23 in order to measure the voltage drop directly.

Die Stomversorgung der Wandlerschaltung 33 und des Schmitt- Triggers 27 erfolgt ebenfalls aus dem Schaltnetzteil 18 über die Ausgänge 21 und 22. Die Verbindungsleitungen hierzu sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.The power supply to the converter circuit 33 and the Schmitt trigger 27 likewise takes place from the switched-mode power supply 18 via the outputs 21 and 22. The connecting lines for this purpose are not shown for reasons of clarity.

Die Schaltungsanordnung nach Figur 2 arbeitet wie folgt :The circuit arrangement according to FIG. 2 works as follows:

Wenn sich der IGBT 7 im Sperrzustand befindet, liegt an ihm eine hohe Spannung an, die die Diode 24 in Sperrrichtung vorspannt. Es kann über die Diode 24 kein Strom fließen. Die Spannung zwischen der Schaltungsmasse und der Anode der Diode 24 entspricht in diesem Schaltzustand im Wesentlichen derWhen the IGBT 7 is in the blocking state, a high voltage is applied to it, which biases the diode 24 in the blocking direction. No current can flow through the diode 24. The voltage between the circuit ground and the anode of the diode 24 essentially corresponds to that in this switching state

AusgangsSpannung des Schaltnetzteils 18. Der Schmitt-Trigger 27 ist mit der Schaltschwelle entsprechend gewählt, beispielsweise liegt die Schaltschwelle um die 7 V, so dass der Schmitt-Trigger 27 ein binäres Signal an seinem Ausgang er- zeugt, das dem Überschreiten der Schaltschwelle von 7 V entspricht. Dieses binäre Signal wird durch den Wandler 33 in ein optisches Signal umgewandelt und an die zentrale Steuer- und Überwachungsschaltung 5 übermittelt . Diese kann überprüfen, ob der Sperrzustand an der zeitlich richtigen Stelle auftritt.Output voltage of the switching power supply 18. The Schmitt trigger 27 is selected with the switching threshold accordingly, for example the switching threshold is around 7 V, so that the Schmitt trigger 27 generates a binary signal at its output which indicates that the switching threshold of 7 has been exceeded V corresponds. This binary signal is converted into an optical signal by the converter 33 and transmitted to the central control and monitoring circuit 5. This can check whether the locked state occurs at the correct time.

Wenn der IGBT 7 durchgesteuert ist, verschwindet die negative Vorspannung für die Diode 24. Das kalte Ende des Widerstands 23 liegt über die Diode 24 und den durchgeschalteten IGBT 7 auf der Schaltungsmasse. Die Spannung an der Diode 24 ist entsprechend klein und liegt beispielsweise unter den zuvor erwähnten 7 V der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers 27, der daraufhin in den anderen binären Zustand wechselt. Er liefert an seinem Ausgang 31 ein elektrisches Signal entsprechend dem Unterschreiten der Schaltschwelle an den beiden Eingängen 28 und 29. Dieses Signal wird über den Wandler 33 wiederum in das optische Signal für den Lichtwellenleiter 34 konvertiert. Somit erhält die zentrale Steuer- und Überwachungsschaltung 5 eine Information darüber, ob sich der IGBT 7 in gesperrten oder im leitenden Zustand befindet. Wenn der IGBT 7 im leitenden Zustand bleibt, obwohl das Signal auf dem Lichtwellenleiter 15 verschwindet, das den IGBT 7 in den leitenden Zustand schalten soll, ist das Signal auf dem Lichtwellenleiter 34 ein Anzeichen dafür, dass der betreffende IGBT 7 der kette von IGBTs durchlegiert ist.When the IGBT 7 is turned on, the negative bias for the diode 24 disappears. The cold end of the resistor 23 is connected to the circuit ground via the diode 24 and the switched-through IGBT 7. The voltage at the diode 24 is correspondingly low and is, for example, below the aforementioned 7 V of the switching threshold of the Schmitt trigger 27, which then changes to the other binary state. At its output 31 it delivers an electrical signal corresponding to the falling below the switching threshold at the two inputs 28 and 29. This signal is in turn converted via the converter 33 into the optical signal for the optical waveguide 34. The central control and monitoring circuit 5 thus receives information about whether the IGBT 7 is in the blocked or in the conductive state. If the IGBT 7 remains in the conductive state even though the signal on the optical waveguide 15 which is intended to switch the IGBT 7 into the conductive state disappears, the signal on the optical waveguide 34 is an indication that the relevant IGBT 7 is chaining through the IGBTs is.

Über die zentrale Steuer- und Überwachungsschaltung 5 kann entweder das Filter vollständig abgeschaltet werden, oder eine Wartungsdienst alamiert werden, um den fehlerhaften IGBT 7 oder die Gruppe von IGBTs 7 auszuwechseln, zu denen der feh- lerhafte IGBT 7 gehört.Via the central control and monitoring circuit 5, either the filter can be switched off completely or a maintenance service can be alerted to replace the faulty IGBT 7 or the group of IGBTs 7, to which the faulty IGBT 7 belongs.

Wenn eine ausreichende Anzahl von IGBT 7 vorhanden ist, kann mit dem restlichen Transistoren der Betrieb der Filteranordnung aufrecht erhalten werden, bis der nächste Zustand auf- tritt, an dem ohne Beeinträchtigung des Betriebs eine Wartung möglich ist. Figur 3 zeigt schließlich noch eine Alternative, falls die Z-Diode 17 schwächer dimensioniert ist und möglicherweise durch den Ladestrom für das Gate des IGBT 7 überlastet wird. In diesem Falle liegt zwischen dem Kollektor und dem Gate des IGBT 7 eine weiterer IGBT 35 mit seiner Kollektor-Emitterstrecke .If there is a sufficient number of IGBTs 7, the operation of the filter arrangement can be maintained with the remaining transistors until the next state occurs, in which maintenance can be carried out without affecting the operation. Finally, FIG. 3 shows an alternative if the Z diode 17 is dimensioned weaker and is possibly overloaded by the charging current for the gate of the IGBT 7. In this case, another IGBT 35 with its collector-emitter path lies between the collector and the gate of the IGBT 7.

Das Gate liegt über die bereits zuvor erwähnte ZDiode 17 an dem Kollektor sowohl des IGBT 7 als auch des IGBT 35. Ein Entladewiderstand 36 ist zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 35 geschaltet.The gate is connected to the collector of both the IGBT 7 and the IGBT 35 via the aforementioned Z diode 17. A discharge resistor 36 is connected between the gate and the emitter of the IGBT 35.

Die Zusammenschaltung aus der Z-Diode 17 und dem IGBT 35 wirkt wie eine Z-Diode mit größerer Verlustleistung.The interconnection of the Zener diode 17 and the IGBT 35 acts like a Zener diode with greater power loss.

Die Erfindung ist vorstehend in Verbindung mit IGBTs erläutert worden. Es ist für den Fachmann auch ohne weiteres er- kennbar, dass sowohl die Überwachung als auch die zwangsweise Triggerung des elektronischen Schalters nicht auf diese Form von elektronische Bauelemente beschränkt ist. Vielmehr sind die IGBTs 7 nur exemplarisch gezeigt . An ihrer Stelle können auch GTOs oder andere geeignete elektronische Bauelemente eingesetzt werden.The invention has been explained above in connection with IGBTs. It is also easy for the person skilled in the art recognizable that both the monitoring and the forced triggering of the electronic switch is not limited to this form of electronic components. Rather, the IGBTs 7 are only shown as examples. GTOs or other suitable electronic components can also be used in their place.

Eine elektrostatische Filteranordnung weist eine Art Schalt- netzteil auf, um die zur Koronaentladung führende Hochspan- nung zu erzeugen. In diesem Schaltnetzteil wird eine Kaskade von elektronischen Schaltern verwendet. Zu jedem elektronischen Schalter gehört eine Schaltungsanordnung, die dafür sorgt, dass der Schalter in den leitenden Zustand gelangt, wenn die an seiner Hauptstrecke anstehende Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet.An electrostatic filter arrangement has a type of switching power supply in order to generate the high voltage leading to the corona discharge. A cascade of electronic switches is used in this switching power supply. Each electronic switch has a circuit arrangement which ensures that the switch becomes conductive when the voltage on its main line exceeds a predetermined value.

Ferner ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die dazu dient einer zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung zu melden, ob sich das überwachte Schaltelement im gesperrten oder leitenden Zustand befindet. Furthermore, a circuit arrangement is provided which serves to report to a central control and monitoring circuit whether the monitored switching element is in the blocked or conductive state.

Claims

Patentansprüche claims 1. Elektrostatische Filteranordnung (1), mit einem einen Kondensator bildenden elektrostatischen Fil- ter (4) , mit einer ersten Spannungsquelle (2) , die zu dem elektrostatischen Filter (4) parallel geschaltet ist, mit einem Serienschwingkreis aus wenigstens einer Ladekapazität (9) und wenigstens einer Induktivität (11) , mit einer Kette von steuerbaren elektronischen Schaltern (7) , die mit dem Serienschwingkreis (9,11) eine Serienschaltung bildet, die zu dem elektrostatischen Filter (4) parallel geschaltet ist, mit einer zweiten Spannungsquelle (3) , die zu der Kette aus elektronischen Schaltern (7) parallel liegt, mit einer Steuerschaltung (5) , die dazu eingerichtet ist periodisch die elektronischen Schalter (7) in den leitenden und den gesperrten Zustand zu steuern, und mit Mitteln (17,35), die dazu eingerichtet sind einen jewei- ligen elektronischen Schalter (7) unabhängig von einem Signal der Steuerschaltung (5) in den leitenden Zustand zu bringen, wenn der Spannungsabfall an dem jeweiligen elektronischen Schalter (7) einen vorbestimmten Wert übersteigt.1. Electrostatic filter arrangement (1), with an electrostatic filter (4) forming a capacitor, with a first voltage source (2) which is connected in parallel with the electrostatic filter (4), with a series resonant circuit with at least one charging capacity (9 ) and at least one inductor (11), with a chain of controllable electronic switches (7), which forms a series circuit with the series resonant circuit (9, 11), which is connected in parallel with the electrostatic filter (4), with a second voltage source ( 3), which is parallel to the chain of electronic switches (7), with a control circuit (5) which is set up to periodically control the electronic switches (7) in the conducting and the blocked state, and by means (17, 35) which are set up to bring a respective electronic switch (7) into the conductive state independently of a signal from the control circuit (5) when the voltage drop a n the respective electronic switch (7) exceeds a predetermined value. 2. Elektrostatische Filteranordnung (1), mit einem einen Kondensator bildenden elektrostatischen Filter (4) , mit einer ersten Spannungsquelle (2) , die zu dem elektrostatischen Filter (4) parallel geschaltet ist, mit einem Serienschwingkreis aus wenigstens einer Ladekapazität (9) und wenigstens einer Induktivität (11) , mit einer Kette von steuerbaren elektronischen Schaltern (7) , die mit dem Serienschwingkreis (9,11) eine Serienschaltung bildet, die zu dem elektrostatischen Filter (4) parallel ge- schaltet ist, mit einer zweiten Spannungsquelle (3) , die zu der Kette aus elektronischen Schaltern (7) parallel liegt, mit einer Steuerschaltung (5) , die dazu eingerichtet ist periodisch die elektronischen Schalter (7) in den leitenden und den gesperrten Zustand zu steuern, und mit Mitteln (23,24,27,33), die dazu eingerichtet sind den Schaltzustand eines jeweiligen elektronischen Schalter (7) zu ermitteln und an die Steuerschaltung (5) zu melden.2. Electrostatic filter arrangement (1), with an electrostatic filter (4) forming a capacitor, with a first voltage source (2) which is connected in parallel with the electrostatic filter (4), with a series resonant circuit comprising at least one charging capacity (9) and at least one inductor (11), with a chain of controllable electronic switches (7), which forms a series circuit with the series resonant circuit (9, 11), which is connected in parallel with the electrostatic filter (4), with a second voltage source ( 3), which is parallel to the chain of electronic switches (7), with a control circuit (5), which is set up to periodically control the electronic switches (7) in the conductive and the blocked state, and with means (23, 24, 27, 33) that are set up to switch the switching state of a respective electronic Determine switch (7) and report it to the control circuit (5). 3. Filteranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der e- lektronische Schalter (7) ein solches Bauelement ist, das in den Durchlasszustand gesteuert wird, in dem an die Steuerstrecke eine Spannung mit einer Polarität angelegt wird, die dasselbe Vorzeichen aufweist wie die Polarität in Durchlassrichtung.3. Filter arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic switch (7) is such a component that is controlled in the on state in which a voltage with a polarity is applied to the control path, which has the same sign as the polarity in the forward direction. 4. Filteranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel (17) zum unabhängigen Überführen des elektronischen Schalters (7) in den leitenden Zustand von einem elektroni- sehen Bauteil gebildet sind, dass Z-Diodencharakteristik aufweist .4. Filter arrangement according to claim 1, so that the means (17) for independently converting the electronic switch (7) into the conductive state are formed by an electronic component that has Z-diode characteristics. 5. Filteranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mit- tel (17,35) zum Überführen des elektronischen Schalters (7) in den leitenden Zustand einen Transistor (35) aufweist, dem ein elektronisches Bauelement (17) mit Z-Diodencharakteristik zugeordnet ist, das zwischen dem Steueranschluss und dem Kollektor liegt.5. Filter arrangement according to claim 1, characterized in that the means (17.35) for converting the electronic switch (7) into the conductive state has a transistor (35) which is associated with an electronic component (17) with a Z-diode characteristic that is between the control connection and the collector. 6. Filteranordnung nach Ansprüchen 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bauelement (17) mit Z-Diodencharakteristik von einer Z-Diode o- der einer Avalanche-Diode gebildet ist.6. Filter arrangement according to claims 4 or 5, so that the component (17) with a Z-diode characteristic is formed by a Z-diode or an avalanche diode. 7. Filteranordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mit- tel (23,24,27,33) zum Überwachen des Schaltzustandes des e- lektronischen Schalters (7) die Serienschaltung aus einer e- lektrischen Energiequelle (18,23) und einer Diode (24) umfassen, die zu dem elektronischen Schalter (7) parallel liegt derart, dass durch die Diode (24) ein Strom fließt, wenn sich der elektronische Schalter (7) in dem leitenden Zustand befindet .7. Filter arrangement according to claim 2, characterized in that the Mit- tel (23, 24, 27, 33) for monitoring the switching state of the electronic switch (7) comprise the series circuit comprising an electrical energy source (18, 23) and a diode (24) which lead to the electronic switch (7 ) is in parallel such that a current flows through the diode (24) when the electronic switch (7) is in the conductive state. 8. Filteranordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Sensormittel (27) vorgesehen sind, um den Diodenstrom zu erfassen.8. The filter arrangement as claimed in claim 7, so that sensor means (27) are provided in order to detect the diode current. 9. Filteranordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sen- sormittel (27) die Klemmenspannung der elektrischen Energiequelle (18,23) überwachen.9. The filter arrangement as claimed in claim 8, so that the sensor means (27) monitor the terminal voltage of the electrical energy source (18, 23). 10. Filteranordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sen- sormittel (17) den Spannungsabfall an einem Sensorwiderstand (23) erfassen, der mit der Diode in Serie geschaltet ist.10. The filter arrangement as claimed in claim 8, so that the sensor means (17) detect the voltage drop across a sensor resistor (23) which is connected in series with the diode. 11. Filteranordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sen- sormittel (27) einen Schmitttrigger umfassen.11. The filter arrangement as claimed in claim 8, so that the sensor means (27) comprise a Schmitt trigger. 12. Filteranordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensormittel (27) abhängig von dem Strom, durch die Diode (24) ein binäres Signal erzeugen, dass über ein Lichtwellenleiter (33) der Steuerschaltung (5) übermittelt wird.12. The filter arrangement as claimed in claim 8, so that the sensor means (27), depending on the current, generate a binary signal through the diode (24) that is transmitted to the control circuit (5) via an optical waveguide (33). 13. Filteranordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zu der Serienschaltung aus der Ladekapazität (9) und der Kette von steuerbaren elektronischen Schaltern (7) wenigstens eine Ladediode (10) parallel geschaltet ist. 13. Filter arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that at least one charging diode (10) is connected in parallel to the series circuit comprising the charging capacity (9) and the chain of controllable electronic switches (7). 14. Filteranordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeder elektronische Schalter (7) durch eine Freilaufdiode (8) über- brückt ist .14. Filter arrangement according to claims 1 or 2, so that each electronic switch (7) is bridged by a free-wheeling diode (8). 15. Filteranordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der e- lektronische Schalter (7) von einem IGBT oder einem GTO ge- bildet ist.15. Filter arrangement according to claims 1 or 2, so that the electronic switch (7) is formed by an IGBT or a GTO. 16. Filteranordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansteuerung der elektronischen Schalter (7) über Lichtwellen- leiter (15) erfolgt.16. Filter arrangement according to claims 1 or 2, so that the electronic switches (7) are actuated via optical waveguides (15). 17. Filteranordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedem elektronischen Schalter (7) eine Treiberschaltung (16) zuge- ordnet ist, die ihre eigene galvanisch getrennte Stromversorgungseinrichtung (18) enthält.17. Filter arrangement according to claims 1 or 2, so that each electronic switch (7) is assigned a driver circuit (16) which contains its own galvanically isolated power supply device (18). 18. Elektrostatische Filteranordnung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stromversorgungseinrichtung (18) ein Schaltnetzteil enthält. 18. Electrostatic filter arrangement according to claim 17, so that the power supply device (18) contains a switching power supply.
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