DE2829300C2

DE2829300C2 - Umkehrstromrichter-Anordnung

Info

Publication number: DE2829300C2
Application number: DE19782829300
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 6802 Ladenburg Kramer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-07-04
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1988-07-28
Also published as: DE2829300A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umkehrstromrichter-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Umkehrstromrichter-Anordnung ist aus »Elektronik«, 1973, Heft 7. Seilen 243 bis 246 bekannt

Der Aufbau von gesteuerten oder ungesteuerten Stromrichterbrückenschaltungen geschieht bei kleineren Leistungen in zunehmendem Maße bekanntlich aus Halbleiterbausteinen bzw. Moduln, die aus zwei oder mehreren einzelnen Halbleiterventilen bestehen. Moduln für diese Anwendung, die wahlweise steuerbare oder nicht steuerbare Halbleiterbauelemente oder beide Arten gemischt, z. B. zwei Thyristoren oder eine Diode und einen Thyristor, in verschiedenen Schaltungsvarianten enthalten, sind z. B. bekannt aus: Prospekt »Power Semiconductors« vom März 1974 von der Firma AEl Semiconductors (Publication 111), Seite 48/49; DE-GM 75 12 573 sowie DE-OS 23 37 694. Diese Moduln sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhr aller im Modul befindlichen Halbleiter

ίο über ein von diesen Halbleitern elektrisch isoliertes Bodenblech aus Kupfer oder Aluminium erfolgt und sämtliche Hauptstromanschlüsse sowie Steueranschlüsse auf einer einzigen Seite aus dem Modulgehäuse herausgeführt sind.

Aus dem Prospekt »Power Semiconductors« der Fa. AEI Semiconductors, März 1974, Seite 48/49 ist auch bereits eine häufig verwendete Modulform bekannt, die zwei in Serie geschaltete steuerbare Halbleiterventile enthält, deren Anschlüsse in einer Reihe der Reihenfolge: Anode, erste Kathode, Verbindungspunkt zwischen beiden steuerbaren Halbleiterventilen, angeordnet sind. Der letztgenannte Anschluß dient beim Aufbau von Siromrichtergeräten als Wechsel- bzw. Drehstromanschluß. Es versteht sich, daß ein solches Stromrichtergerät Stromschienen, eine Kühleinrichtung und weitere übliche Komponenten enthalten muß.

Auf den Aufbau einer Brückenschaltung mit Moduln mit jeweils zwei in Reihe oder antiparallel geschalteten steuerbaren Halbleiterventilen wird in dem DE-GM 75 12 573 hingewiesen.

Der konkrete Aufbau eines Stromrichtergerätes aus mehreren Moduln ist beispielsweise aus der DE-AS 26 11 260 bekannt. Dort wird eine Stromrichterbaueinheit mit mindestens zwei Halbleiterventilen je Wechselstromphase und einem allen Halbleiterventilen gemeinsamen Kühlkörper beschrieben, bei der die Halbleiterventile eine thermisch gut leitende, elektrisch isolierte, der Auflage dienende Schicht aufweisen und die elektrische Anschlüsse der Halbleiterventile dieser Schicht abgewandt sind. Die bolzenförmigen Anschlüsse der Halbleiterventile sind mittels langgestreckter hülsenförmiger Leiterelemente verlängert. Diese Leiterelemente dienen als Träger einer oder mehrerer, zu den Leiterele menten jeweils senkrechter und untereinander paralle len Montageebenen mit weiteren elektrischen Funk tionseinheiten. Zwei Halbleiterventile sind jeweils in Se rie geschaltet und zu einem Modul zusammengefaßt Durch den Aufbau dieser Stromrichterbaueinheit wer den jedoch keine Hinweise gegeben, wie ein Umkehr

so stromrichter in kompakter Weise zu realisieren ist.

Die elektrische Schaltung eines Umkehrstromrichter ist aus der erstgenannten Literaturstelle »Elektronik 1973, Heft 7, Seiten 243 bis 246 bekannt. Der mechan sehe Aufbau dieses Umkehrgleichrichters ist jedoch ke nesfalls kompakt; es werden nämlich zwölf einzeln Thyristor-Kühlkörper-Komponenten verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei ein« Umkehrstromrichter-Anordnung der eingangs genani ten Art die Verbindungen und Anschlüsse zwischen dt einzelnen Thyristoren so zu verbessern, daß die Verbi dungsleiter möglichst kurz sind, d.h. einen möglich geringen elektrischen Widerstand aufweisen, sich leic montieren lassen, daß ferner der Aufbau der gesamt« Anordnung möglichst kompakt ist und daß schließli

6"j eine gute Wärmeableitung der Thyristoren zum Kül körper gegeben ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 geker zeichneten Merkmale gelöst.

Als Vorteil der Erfindung ist die einzige Montageebene auf dem Kühlkörper zu sehen, auf dem die Moduin mit ihren Bodenplatten befestigt werden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Moduln liegen die Anschlüsse dieser Moduln. Somit kann die Verbindung zu einer funktionstüchtigen Stromrichlereinheit mit sehr wenigen geraden, rechteckförmigen Metallschienen ausgeführt werden, die raumsparend alle nahezu in einer Ebene angeordnet sind.

Bei der im Anspruch 1 angegebenen Verbindungstechnik ergibt sich für die beiden steuerbaren Ventile eines jeden Moduls eine Verbindung der jeweils ungleichnamigen Hauptelektroden und somit eine Ar.tiparallelschaltung (antiparalleles Ventilpaar). Da immer nur eines der beiden Ventile bzw. eine der beiden Thyristoren stromführend ist, gelangt man zu einer ausgezeichneten Wärmeabfuhr für jeden Thyristor, oder man kann den Kühlkörper von vornherein auf eine geringere aufzunehmende Verlustleistung hin dimensionieren. Wegen der wechselweisen Anordnung der Moduln im antiparallel geschalteten steuerbaren Halbleitervemiien wird das Volumen des Kühlkörpers gleichmäßig erwärmt, so daß sein Wärmeableitvermögen optimal genutzt ist Mit anderen Worten: Geht man von einem vorgegebenen Kühlkörperaufwand pro Modul aus. so verbessert sich mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen die Wärmeabfuhr für jedes Halbleiterventil, was einer besseren Ausnutzung desselben entspricht. Setzt man eine gleiche Ausnutzung des Halbleiterventils im Vergleich zu einer Brückenschaltung voraus, so kann der Kühlkörperaufwand reduziert werden, was zu einem kompakteren Stromrichtergerät führt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den inneren Schaltungsaufbau eines z. B. aus dem vorgenannten AEI-Prospekt bekannten Moduls.

F i g. 2 eine Seitenansicht des Gehäuses eines Moduls,

Fig.3 eine Draufsicht auf die Anschlußseite eines Moduls nach F i g. 2,

Fig.4 das Prinzip-Schaltbild einer Umkehrstromrichtereinrichtung der gattungsgemäßen Art, wobei noch angedeutet ist, daß jeweils zwei antiparallele Thyristoren gemäß dem entsprechenden Merkmal im Kennzeichen des Anspruchs 1 in einem Modul zusammengefaßt ist,

F i g. 5 eine Seitenansicht der Umkehrstromrichteranordnung gemäß der Schaltung nach F i g. 4,

F i g. 6 eine Draufsicht auf die Anschlußseite der Moduln der Anordnung nach F i g. 5.

Ein Modul gemäß F i g. 1 enthält in Reihenschaltung zwei Thyristoren 1 und 2 mit folgenden äußeren Hauptanschlüssen: einen Anodenanschluß A am ersten Thyristor 1, einen Kathodenanschluß Ki am zweiten Thyristor 2, einen vom Verbindungspunkt 3 zwischen beiden Thyristoren 1 und 2 herausgeführten Anschluß AK 2 sowie Steueranschlüsse G 1 und G 2. Die Thyristoren können in einem Kunststoffgehäuse 4 vergossen sein. Sie sind thermisch leitend, elektrisch jedoch isoliert auf einer Bodenplatte 5 (vgl. F i g. 2) montiert Das Gehäuse 4 besitzt zur Montage Anschlußbohrungen 6 (vgl. F i g. 3). Die Hauptanschlüsse A, K ί,ΛΚ 2 liegen in einer Reihe. Die Steueranschlüsse liegen zusammen mit eventuell vorgesehenen Hilfskathodenanschlössen HK1 und HK 2 seitlich des Anodenanschlusses A Der Modul ist insgesamt mit 7 bezeichnet.

F i g. 4 zeigt das Prinzipschaltbild einer aus sechs solcher Moduln 7 aufgebauten Umkehrstromrichterschaltung. Durch Verbindung des Anodenanschlusses A und des Kathodenanschlusses K 1 eines jeden Moduls 7 ergibt sich eine Antiparallelschaltung der beiden Thyristoren 1 und 2 desse =en. Jeweils zwei Moduln 7 sind mit den 7u den Verb^r.dungspunkten 3 führenden Hauptstromanschlüssen AK 2 zusammengeschaltet und liegen hintereinander in Reihe zwischen zwei Gleichstrompolen 8 und 9, wobei der gemeinsame Hauptstromanschluß AK 2 als V·echselstromanschluß dient. Für eine dreiphasige Anordung sind selbstverständlich drei solcher Reihenschaltungen notwendig. Die entsprechenden Drehstromeir.- bzw. -ausgänge sind mit R, S, 7"bezeichnet.

Gemäß F i g. 5 5,nd alle Moduln 7 auf einem für alle als Kühleinrichtung dienenden Kühlkörper 10 mit Kühlkörperfinnen 11 tuf einer Seite 12 desselben in einer Ebene montiert. Wie aus F i g. 6 besser ersichtlich ist, liegen sie mit ihrer. Längsseiten achsparallel zueinander und sind bezüglich der Anschlußreihenfolge ihrer Hauptstromanschiusse A. Ki, AK 2 abwechselnd um 180° gedreht montiert, wobei die beiden Modulgruppen etwa um eine Modulbreite gegeneinander versetzt sind.

Die Anschlüsse AK 2 zu den Verbindungspunkten 3 der Thyristoren 1 und 2 liegen nahezu oder genau auf einer Geraden. Jeweils zwei benachbarte Anschlüsse AK 2 zu den Verbindungspunkten 3 der beiden Thyristoren 1 und 2 der Moduln 7 sind über eine erste Verbindungsschiene 13 und die übrigen Hauptanschlüsse A, Ki jeder gleichsinnig orientiert montierten Gruppe von Moduln 7 über eine zweite bzw. dritte Verbindungsschiene 14 bzw. 15 miteinander verbunden. Alle Verbindungsschienen 13 bis 15 der Moduln 7 sind als gerade, rechieckförmige Metallplatten ausgebildet und liegen etwa in einer gemeinsamen Ebene. Senkrecht zu der Längsseite jeder Verbindungsschiene 13 bis 15 ist eine Anschlußschiene 16 bis 20 aufgeschraubt. Die Anschlußschienen 16, 18 und 20 zu den ersten Verbindungsschienen 13 sind etwa mittig derselben aufgeschraubt, die Anschlußschienen 17 und 19 in der Ansicht nach F i g. 6 nach rechts bzw. nach links bezüglich der zweiten bzw. dritten Verbindungsschiene 14 bzw. 15 versetzt, weil diese Anschlußschienen 17 und 19 wie alle Anschlußschienen achsparallel zu den Längsseiten der Moduln 7 ausgerichtet sind und zwischen den gegeneinander versetzten Moduln unterschiedlicher Gruppenzugehörigkeit verlaufen. Alle Anschlußschienen 16 bis 20 sind zu einer einzigen Geräteseite hin aus dem Gerät herausgeführt. Ihre zu isolierenden Kreuzungsstellen mit den Verbindungsschienen 13 und 15 werden vorzugsweise durch aufgezogene Schrumpfschläuche isoliert (doppelt schraffiert in F i g. 6).

In das Stromnchter-Gerät sind Impulsübertrager 21 und Stromwandler 22 installiert. In diesem Fall sind am Kühlkörper 10. der als tragendes Konstruktionsteil für die Moduln 7 und die Verschienung dient, außerdem zwei Montage»inkel 23 angeschraubt, die ihrerseits über weitere Verbindungselemente die Impulsübertrager 21 und die Siromwandler 22 tragen.

Das Stromrichter-Gerät enthält also in äußerst kompakter Form die wichtigsten Komponenten eines Stromrichtersatzes, der wiederum als Baustein für ein Stromrichterregelgerät, z. B. in der Antriebstechnik, verwendet werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Umkehrstromrichter-Anordnung mit einem Satz aus jeweils zwei antiparallel geschalteten Thyristoren und mindestens einem Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei der in der Anordnung antiparallel geschalteten Thyristoren (1,2) in gleichartigen Modulen (7) mit länglichen Modulgehäusen (4) zusammengefaßt sind, deren drei Hauptstromanschlüsse (A, K I, AK 2), einschließlich des als Wechsel- bzw. Drehstromanschluß bestimmten Hauptstromanschlusses (AK 2) für den Schaltungspunkt (3), an welchem innerhalb des jeweiligen Moduls die Anode des einen Thyristors (2) mit der Kathode des anderen Thyristors (1) elektrisch miteinander verbunden sind, jeweils nach einer einzigen Seite aus dem Modulgehäuse (4) herausgeführt sind, daß die Modulgehäuse (4) jeweils eine thermisch leitfähige, elektrisch isolierende Bodenplatte (5) aufweisen und auf einer Seite einer ebenen Anschlagsfläche eines gemeinsamen Kühlkörpers (10) montiert sind, wobei die Module (7) mit ihren Längsachsen parallel zueinander liegen, die Module (7) bezüglich ihrer Anschlußreihenfolge ihrer Hauptstromanschlüsse (A, Ki, AKH) abwechselnd um t80° gedreht montiert sowie alternierend in Richtung ihrer Längsachse gegeneinander versetzt sind, derart, daß jeweils zwei benachbarte Anschlüsse (AK 2) der Thyristoren (I₁3) mittels gerader Verbindungsschienen (13) elektrisch leitend verbunden sind und daß die übrigen Hauptanschlüsse (A, K1) der jeweils gleichsinnig bezüglich der Anschlußreihenfolge orientierten und montierten Gruppe von Modulen (7) über eine zweite bzw. dritte gerade Verbindungsschiene (14, 15) elektrisch miteinander verbunden sind

2. Umkehrstromrichter-Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbindungsschienen (13 bis 15) der Moduln (7) Metallbänder sind, welche flach etwa in einer gemeinsamen Ebene liegen.

3. Umkehrstromrichter-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu den Verbindungsschienen (13 bis 15) Anschlußschienen (16 bis 20) aufgeschraubt sind, welche zum äußeren elektrischen Anschluß der Umkehrstromrichter-Anordnung dienen, wobei alle Anschlußschienen (16 bis 20) zu einer Seite hin aus der Anordnung herausgeführt und die. Kreuzungsstellen von Anschluß- (16 bis 20) und Verbindungsschienen (13 bis 15) durch Schrumpfschläuche isoliert sind.