CZ283177B6 - Konstrukce střídače, zejména 3-bodového střídače - Google Patents

Abstract

Střídač je konstruován tak, aby se minimalizovaly parazitní indukčnosti. Toho je docíleno u střídače, zejména 3-bodového střídače s polovodičovými ventilovými prvky, uspořádanými na chladicích tělesech, použitím nízkoindukčních vícevrstvých spojovacích přípojnic (51, 53) uspořádaných ve svislé poloze vysoké hrany, s průchozí středovou hlavní přípojnicí (51) mezi dvěma navzájem vedle sebe ležícími chladicími tělesy (50), s více, nejméně třemi v pravém úhlu křižujícími vedlejšími spojovacími přípojnicemi (53). Ty jsou elektricky napojené na hlavní spojovací přípojnici (51) a jsou vytvořeny stejně, takže v elektrickém a mechanickém ohledu jsou dosažitelné přihrádky stejné konstrukce, volně přístupné ve směru na montážní rovinu (M) chladicích těles a sdružující podle fází větvové ventily a jiné obvodové prvky a jsou tam připojeny na příslušné vedlejší spojovací přípojnice (53). ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukce střídače, zejména 3-bodového střídače, s polovodičovými ventilovými prvky, uspořádanými na chladicích tělesech s přívody s malou indukčností pro elektrické připojení a vytvoření vnitřních spojení.

Dosavadní stav techniky

Hnací zařízení s měnírnami s pulzními měniči pro střídavé pohony nacházejí velké použití zejména v průmyslových oblastech a v oblastech dopravy. Ve vzrůstající míře se používají pulzní střídače provedené IGBT-technikou (technikou Insulated Gate Bipolar Tranzistor, tj. bipolámích tranzistorů s izolovaným hradlem).

Při použití IGBT-modulu a s přihlédnutím k přepětím, vyskytujícím se při spínání polovodičových ventilů, je při sítovém napětí nad 500 V nutné sériové řazení polovodičů ve větvích můstků. To je u 2-bodového střídače v důsledku možnosti nesymetricky rozděleného napětí mezi do série řazených ventilů, problematické, zatím co u 3-bodového střídače je vynuceno symetrické rozdělení napětí pomocí obou síťových kondenzátorů.

Další důvod pro rozhodnutí ve prospěch 3-bodového střídače je, že v důsledku velmi příznivých vlastností vyšších harmonických 3-bodového zapojení při dimenzování usměrňovačů ve středním výkonovém rozsahu nejsou nutné kompromisy mezi spínací frekvencí a proudem, obsahujícím vyšší harmonické.

V důsledku rychlého spínání IGBT-polovodičů vyvolají se s rozptylovými indukčnostmi v přívodech k IGBT přepětí. Pro ochranu polovodičů se mohou parazitní indukčností zmenšit krátkým přívodním vedením a vhodnou geometrií přívodu, na příklad plochým pásovým vedením (viz pojednání od R. Bsyerera Modultechni fur hohe Frequenzen in der Leistungselektronik, uveřejněno v ETG-Faohberioht 39 k zasedání 13., 14. května 92 v Bad Nauheim str. 149 a 150).

Další možnost indukčně malé spojovací techniky poskytuje tak zvaná mnohovrstvá technika. Přitom se používají pro spojení konstrukčních prvků vícevrstvé izolovaně desky s plošnými spoji nebo sběrnicemi, které překrývají aktivní nebo pasivní konstrukční prvky, např. IGBT moduly a vhodným způsobem s nimi přicházejí do kontaktu, (viz mezi jiným stať od Salama/Tadrose, str. 285 a 286 IGBT-střídače pro pohony v průmyslu a do pravě). Další konstrukční prvky jako diody, kondenzátory a příp. také další obvodové prvky jsou na mnohovrstvé desce uspořádány a tam jsou spojeny s vodivými vrstvami.

Podobná konstrukce pro IGBT-můstek je uvedena v tiskovině Mitsubishi IGBT-moduly (E-série) z 24.1.92, list C 7901-2A.

Těmto konstrukcím je společné to, že neexistuje volný přístup alespoň k výkonovým polovodičům a pro určité práce se musí teprve pracně uvolnit a odstranit vícevrstvá deska s plošnými spoji.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je navrhnout konstrukci pro hnací zařízení s měnírnami, zejména s 3-bodovými střídači, u kterých odpadá použití jednotlivých IGBT-modulů. Požadavek na minimalizaci

- 1 CZ 283177 B6 indukčností v komutačních obvodech se splní stejným vytvořením přívodů k ventilovým prvkům ve fázích. Současně se dosáhne kompaktní konstrukce, nepatrných montážních nákladů a jednoduchého přístupu ke složkám usměrňovače.

Tento úkol se podle vynálezu splní tím, že vícevrstvé spojovací přípojnice jsou uspořádány ve svislé poloze vysoké hrany, přičemž průchozí středová hlavní spojovací přípojnice je uložena mezi dvěma navzájem vedle sebe ležícími chladicími tělesy a převyšuje montážní rovinu chladicích těles, že s hlavní spojovací přípojnicí jsou elektricky spojeny nejméně tři stejně vytvořené vedlejší spojovací přípojnice, které ji křižují v pravém úhlu a tvoří sní stejné přihrádky, přičemž v těchto přihrádkách jsou podle jednotlivých fází uspořádány ventily a obvodové prvky střídače, které jsou připojeny k příslušné vedlejší spojovací přípojnici.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude v dalším textu blíže vysvětlen na příkladech provedení, znázorněných schematicky na připojených výkresech.

Na obr. 1 je znázorněna principielní mechanická konstrukce střídače.

Na obr. 2 je znázorněna principielní konstrukce s více podrobnostmi k vícevrstvovým spojovacím přípojnicím a k elektrickému spojení konstrukčních prvků.

Na obr. 3 je znázorněno zásadní schéma zapojení usměrňovače pro pohon s připojeným brzdovým stavěčem.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 3 ukazuje známé zapojení pro usměrňovač pro hnací vozidla, vybavený 3-bodovým střídačem a připojeným brzdovým stavěčem. Zapojení obsahuje dva, sériově zapojené napětí vedoucí síťové kondenzátory 1 a 2. Ve skutečnosti, viz obr. 1 a 2, sestávají vždy ze skupin jednotlivých kondenzátorů ajsou připojeny na zdroj stejnosměrného napětí (+, -). Na bodu O děliče napětí se odebírá nulový potenciál. Na tyto tři potenciály jsou připojeny větvové dvojice 11, 21, 31, střídače a brzdový stavěč 41. Větvové dvojice střídače mají v sérii zapojené IGBTmoduly 5, 6 a 7, 8, jakož i diody 3, 4 středového bodu. Uspořádání větvových dvojic 21 a 31 je stejné a tudíž není blíže znázorněno. Výstupy zátěže jsou označeny R, S, T,

Obr. 1 a 2 ukazují schematicky prostorovou konstrukci pro zapojení podle obr. 3.

Síťové kondenzátory 1, 2 jsou zde uspořádány do skupin Γ a T jednotlivých kondenzátorů pod více chladicími tělesy 50, a tam jsou elektricky spojeny s nízkoindukční vícevrstvovou hlavní spojovací přípojnicí 51, která je uspořádaná mezi chladicími tělesy 50. Na této hlavní spojovací přípojnici je připojen zdroj stejnosměrného napětí s potenciály ± a- a potenciál O. Hlavní spojovací přípojnice 51 je uspořádaná v poloze se svislou vysokou hranou a přečnívá IGBTmoduly, uspořádané v horní montážní rovině M, z nichž v obr. 2 je naznačen jen IGBT-modul 52. V pravém úhlu k hlavní spojovací přípojnici 51 a na tuto elektricky napojené probíhají vícevrstvové spojovací přípojnice, vytvořené odpovídajícím způsobem, které jsou označeny jako vedlejší spojovací přípojnice 53. Tyto slouží k elektrickému připojení modulů IGBT, jakož i dalších potřebných konstrukčních prvků, jako např. diod 3, 4, 56, odporů a kondenzátorů ve střídači. Elektrické připojení se provádí šroubováním prostřednictvím příložek 54, 55. Další takovéto vedlejší spojovací přípojnice jsou naznačeny vobr. 1. Vlastní elektrické připojení vedlejších spojovacích přípojnic se provádí prostřednictvím zahnutých přípojných příložek na přípojných místech A, B, C podle obr. 2. Oblasti, ve kterých vedlejší spojovací přípojnice 53 křižují hlavní spojovací přípojnici 51, jsou uvolněny pomocí vybráních 53.

-2CZ 283177 B6

Z obr. 1 lze seznat čtyři takovéto vedlejší spojovací přípojnice 53. Tři jsou pro tři fáze střídače a zbývající pro připojení dříve uvedeného brzdového stavěče. Všude se může použít stejný typ spojovacích přípojnic. Uvedené vícevrstvové přípojnice realizují všechna elektrická spojení mezi aktivními a pasivními konstrukčními prvky. Konstrukce podle vynálezu a zejména svislé uspořádání vícevrstvových přípojnic dovoluje snadnou přístupnost pro bezproblémovou výměnu IGBT-modulů a diod středního bodu přímo ze shora, aniž by se musely předem uvolňovat další konstrukční prvky. Další přednosti spočívají vtom, že navzdory relativně vysokému počtu polovodičů v usměrňovače je konstrukce velmi kompaktní se stejnými konstrukčními prvky a může se provésti příznivé nízkoindukční připojení a propojení, čímž se dostane nepatrně zatížení přepětím a dalekosáhlé úspory obvodových prvků a vyššího využití výkonových polovodičů. Dopadají práce spojené s vytvářením drátových spojů uvnitř jednotlivých větvových dvojic střídače resp. v brzdovém stavěči.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Konstrukce střídače, zejména 3-bodového střídače, s polovodičovými ventilovými prvky, uspořádanými na chladicích tělesech s nízkoinduktivním vedením pro elektrické připojení a vytvoření vnitřních spojení, vyznačující se tím, že vícevrstvé spojovací přípojnice (51, 53) jsou uspořádány ve svislé poloze vysoké hrany, přičemž průchozí středová hlavní spojovací přípojnice (51) je uložena mezi dvěma navzájem vedle sebe ležícími chladicími tělesy (50) a převyšuje montážní rovinu chladicích těles (50), že s hlavní spojovací přípojnicí (51) jsou elektricky spojeny nejméně tři stejně vytvořené vedlejší spojovací přípojnice (53), které ji křižují v pravém úhlu a tvoří sní stejné přihrádky, přičemž v těchto přihrádkách jsou podle jednotlivých fází uspořádány ventily a obvodové prvky střídače, které jsou připojeny k příslušné vedlejší spojovací přípojnici (53).
2. 2. Konstrukce podle nároku 1, vyznačující se t í m , že vždy dvě po obou stranách hlavní spojovací přípojnice (51) hraničící přihrádky tvoří dvojici, ve které jsou umístěny a napojeny ventily a jiné obvodové prvky vždy jedné fáze.
3. 3. Konstrukce podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ventily a obvodové prvky jsou upevněny na montážní rovině (M) chladicích těles (5) a prostřednictvím nad nimi se nacházejících příložek (54, 55) jsou elektricky napojeny na přiřazenou vedlejší spojovací přípojnici (53).
4. 4. Konstrukce podle nároků laž3, vyznačující se tím, že vodiče vedlejších spojovacích přípojnic (53) jsou prostřednictvím zahnutých přípojných příložek sešroubovány na přípojných místech (A, B, C) s přiřazenými vodiči hlavní spojovací přípojnice (51).
5. 5. Konstrukce podle nároků laž4, vyznačující se tím, že síťový kondenzátor sestává ze dvou skupin (Γ, 2') jednotlivých kondenzátorů (1, 2), které jsou umístěny na straně chladicích žeber chladicích těles (50), kde jsou, navzájem k sobě přivrácené, spojeny prostřednictvím přípojných příložek se středovou procházející hlavní spojovací přípojnicí (51).
6. 6. Konstrukce podle některého z předcházejících nároků laž5, vyznačující se t í m , že chladicí tělesa (50) tvoří krycí desku krytu, ve kterém jsou umístěna chladicí žebra chladicích těles (50) chladicího kanálu pro chladicí médium.