DE4110339C3 - Wechselrichter mit plattenförmigen Gleichspannungszuleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Wechselrichter ist aus der DE 89 09 246 U1 bekannt. Hier sind die Verbindungsleitungen und die Gleichspannungszuleitungen plattenförmig ausgebildet, jedoch wird hier bei der Verschaltung von mindestens zwei in Reihe geschalteten Glättungskondensatoren die Anordnung so gewählt, daß eine Mehrfachschicht-Anordnung entsteht, die für die Verschaltung mehr als zwei getrennte Leiterschichten bildet.

Eine induktivitätsarme Schaltung für einen GTO-Thyristor, bei der für zueinander parallel geschaltete Kondensatoren und Dioden plattenförmige Verbindungselemente vorgesehen sind, ist der US-PS 47 85 208 zu entnehmen. Auch hier ist die plattenförmige Verschaltung so, daß eine Schichtstruktur mit vielen Leiterschichten erforderlich ist.

Eine plattenförmige Leiterverbindung mit Isolierschicht ist bekannt als Verbindung der Steuerspannungsquelle mit den parallel geschalteten Steuerstrecken zweier GTO-Thyristoren (JP 61-227 661 A).

Eine weitere plattenförmige Leiterverbindung für Ausgangsleiter eines Gleichspannungswandlers, bei dem zwischen den eng benachbarten Leiterplatten isolierende Kühlkanäle für eine Flüssigkeit vorgesehen sind, ist aus der GB 20 12 125 A bekannt.

Ein Wechselrichter, bei dem die Gleichspannungszuleitungen eng benachbart mit einer Isolierschicht angeordnet sind und mindestens ein Glättungskondensator zwischen den Gleichspannungszuleitungen vorgesehen ist, ist ferner der JP 62-40069 A entnehmbar. Bei diesem Wechselrichter sind die eng benachbarten Gleichspannungszuleitungen schienenförmig ausgebildet, wobei bei dieser Anordnung eine geringe Wärmeableitung erfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einerseits das voranstehend genannte Wärmeproblem zu lösen und andererseits bei einem Wechselrichter, bei dem anstelle eines oder mehrerer parallel geschalteter Glättungskondensatoren mindestens zwei Glättungskondensatoren in Reihe geschaltet sind, eine einfache, induktivitätsarme und gute wärmeableitende Anordnung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Wechselrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend werden zunächst die elektromagnetischen Kopplungen einer typischen Wechselrichtereinheit teilweise unter Bezugnahme auf die bereits angegebene JP 62-40069 A betrachtet.

Fig. 8 zeigt eine Verbindungsstruktur von Elementen in einer denkbaren Wechselrichtereinheit, worin Schalt­ elemente 1 für jede Phase über schmale Stromschienen mit Elektrolytkondensatoren 2 zum Glätten eines Gleichstromes verbunden sind. Eine Schaltelemente verbindende Stromschiene 3 einer ersten Polarität (z. B. positive Polarität) und eine Schaltelemente verbindende Stromschiene 4 einer zweiten Polarität (z. B. negative Polarität) verbinden die Schaltelemente 1 parallel. Eine Stromschiene 5 einer ersten Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren und eine Stromschiene 6 einer zweiten Polarität zum Verbinden von Elektrolyt­ kondensatoren verbinden die Elektrolytkondensatoren 2 parallel. Schließlich verbindet eine Stromschiene 7 mit erster Polarität die Stromschiene 3 mit erster Polarität zum Verbinden von Schaltelementen und die Strom­ schiene 5 erster Polarität zum Verbinden von Elektro­ lytkondensatoren, und eine Stromschiene 8 zweiter Po­ larität verbindet die Stromschiene 4 zweiter Polarität zum Verbinden der Schaltelemente und die Stromschie­ ne 6 zweiter Polarität zum Verbinden von Elektrolyt­ kondensatoren. Dämpfer 9 sind über die Stromschienen 3 und 4 erster und zweiter Polarität zum Verbinden von Schaltelementen geschaltet. Mehrere Schaltelementan­ schlußschrauben 10 verbinden die Schaltelemente 1, die die Schaltelemente verbindenden Stromschienen 3 und 4 und die Dämpfer 9.

Elektrolytkondensatoranschlußschrauben 12 verbinden die Elektrolytkondensatoren 2 und die die Elektrolyt­ kondensatoren verbindenden Stromschienen 5 und 6, und Stromschieneninstallationsschrauben verbinden die Stromschienen 7 und 8.

Drei-Phasen-Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse 13 stellen eine Wechselspannung zur Verfügung, welche durch jedes der Schaltelemente 1 aus einer Gleichspan­ nung umgewandelt wurde.

Fig. 9 ist ein Anschlußdiagramm, welches darstellt, daß IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) als Schaltelemente 1 in der in Figur B erläuterten Struktur verwendet werden. In Fig. 9 enthält das Schaltelement 1 zwei Elemente, d. h. einen IGBT 1-a erster Polarität und einen IGBT 1-b zweiter Polarität. V bezeichnet eine Gleichspannung, I_c einen Kollektorstrom des IGBTs (1-a) erster Polarität, und C die Kapazität des Dämpfers 9.

Fig. 10 zeigt eine der drei in Fig. 9 erläuterten Phasen, worin L eine Induktivität der Stromschiene 7, 8 und des Schaltelementes, welches die Stromschienen 3, 4 verbin­ det, bezeichnet. Es sei angenommen, daß aufgrund eines Fehlers der IGBT (1-a) erster Polarität und der IGBT (1-b) zweiter Polarität gleichzeitig eingeschaltet wur­ den, die Gleichstromversorgung unterbrochen worden ist, und der Kollektorstrom (I_c) von dem ersten Pol zum zweiten Pol über den IGBT (1-a) erster Polarität und den IGBT (1-b) zweiter Polarität fließt. Ferner sei ange­ nommen, daß in diesem Zustand der IGBT (1-a) dann abgeschaltet wird. Falls keine Dämpfer 9 vorhanden sind, bewirkt die in der Verdrahtungsinduktivität L an­ gesammelte magnetische Energie die folgende Span­ nung über dem Kollektor und Emitter des IGBTs (1-a) erster Polarität:

Der Dämpfer 9 arbeitet so, daß er die magnetische Energie, die durch die Verdrahtungsinduktivität L er­ zeugt wird, absorbiert, so daß die Spannung über dem Kollektor und Emitter des IGBTs nicht größer werden kann als eine gewünschte Größe.

Um die magnetische Energie E_M zu minimieren, wo­ bei

muß dem folgenden Ausdruck genügt werden, wobei angenommen wird, daß die Kapazität des Dämpfers 9 C ist:

In dem obigen Ausdruck ist V_CEA gleich der veran­ schlagten Spannung über dem Kollektor und dem Emit­ ter des IGBTs, und der Wert der Dämpferkapazität C wird durch den folgenden Ausdruck bestimmt:

Wie durch den Ausdruck (3) angedeutet, kann die Dämpferkapazität C verringert werden durch Ab­ schwächen der Verdrahtungsinduktivität L, welches zu einer Verringerung der Anzahl der Dämpfer führt.

Eine Lösung zu dem obigen Problem wird in der Wechselrichtereinheit gesehen, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 40 069 von 1987 veröffent­ licht wurde. Diese Wechselrichtereinheit ist so konstru­ iert, die Verdrahtungsinduktivität L durch Verwenden eines Verdrahtungsleiters abzuschwächen, der aus einem Paar von Leitern besteht, die einen rechtwinkligen Querschnitt haben und über ein Isoliermaterial aufein­ andergeschichtet sind (im folgenden "Parallelleiterkon­ struktion" genannt). Die Verwendung der Parallelleiter­ konstruktion, wie in der japanischen Patentveröffentli­ chung 40 069 von 1987 offenbart, erlaubt, daß die Ver­ drahtungsinduktivität L 40 reduziert wird. Jedoch be­ faßt sich diese Konstruktion nicht mit der Verbesserung der Wärmeabstrahlung oder der Erleichterung des Zu­ sammenbaus.

Fig. 11 zeigt eine weitere zur Erläuterung der Proble­ matik der Erfindung dienende denkbare Konfiguration eines Hauptschaltkreises einer Wechselrichtereinheit. In der Figur bedeuten P und N schmale Gleichspan­ nungszuleitungen, welche jeweils Induktivitäten l₁ bzw. l₂ haben. R, S und T sind Eingangsanschlüsse, während U, V und W Ausgangsanschlüsse der Einheit sind. Fer­ ner sind D₁ bis D₆ Freilaufdioden (flywheel diodes), D₁₁ bis D₁₆ Gleichrichterdioden, und C₁ und C₂ Glättungs­ kondensatoren, welche über eine Verbindungsleitung M in Serie geschaltet sind. l₀ zeigt eine Induktivität des Leiters M an, und TR₁ bis TR₆ sind Schaltelemente in einem Wechselrichtermodul, welche in diesem Beispiel Transistoren sind. C₀ bedeutet einen Dämpfungskon­ densator zum Unterdrücken von Spannungsspitzen, und IM ist ein Dreiphasenmotor, welcher an die Ausgangs­ anschlüsse U, V und W angeschlossen ist. Die schmalen Gleichspannungszuleitungen P und N sind parallel zu­ einander über einem Isoliermaterial Z angeordnet. Falls eine an die Eingangsanschlüsse R, S und T angelegte Eingangsspannung im Bereich von 400 Volt ist, wird eine Gleichspannung V_DC erzeugt, welche eine Ampli­ tude von näherungsweise 622 V (440 V × √2) hat. Weil die dielektrische Stärke eines üblicherweise als Glättungs­ kondensators verwendeten Elektrolytkondensators nä­ herungsweise 450 V beträgt, werden zwei in Serie ge­ schaltete Glättungskondensatoren verwendet, wie oben beschrieben.

Beim Betrieb des Wechselrichters vom Spannungstyp ist einer der oberen und unteren Arme eines Transistors eingeschaltet und der andere ist ausgeschaltet. Der Vor­ gang des Treibens des Motors IM mittels des Wechsel­ richters wird hier nicht behandelt, weil der Vorgang allgemein bekannt ist, und die vorliegende Erfindung nicht direkt betrifft. Falls über den Anschlüssen U und V zufälligerweise ein Kurzschluß entsteht (wie durch die gestrichelte Linie in der Figur angezeigt), und die Tran­ sistoren TR₁, TR₃ und TR₅ eingeschaltet sind, und die anderen Transistoren abgeschaltet sind, bewirkt die in den Glättungskondensatoren (Elektrolytkondensato­ ren) C₁ und C₂ gespeicherte Energie, daß Kurzschluß­ ströme durch einen Kurzschluß fließen, welcher aus C₁, a₁. dem Leiter P, TR₁, dem Anschluß U, dem Anschluß V, TR₅, dem Leiter N, b₂, C₂, b₁, dem Leiter M und a₂ besteht. Um die Kurzschlußströme zu unterbrechen, müssen die Transistoren TR₁ und TR₅ für weniger als einige 10 µs abgeschaltet werden. Jedoch wird in diesem Fall eine Spannungsspitze von den Induktivitäten l₁ und l₂ der Gleichspannungszuleitungen P und N erzeugt, weil die Transistoren einen Strom abschalten, der um ein Vielfaches, bis zu 10mal, höher als der gewöhnliche Strom ist. Der Dämpferkondensator C₀ zur Unterdrüc­ kung von Spannungsspitzen ist vorgesehen, um die Transistoren vor den Spannungsspitzen zu schützen. Ferner sind die schmalen Gleichspannungszuleitungen P und N parallel und nebeneinander angeordnet, um die Induktivitäten l₁ und l₂ zu reduzieren. Das heißt, weil der Kurzschlußstrom i_s1 der P-Seite und der Kurzschluß­ strom i_s2 der N-Seite von gleicher Größe und entgegen­ gesetzter Richtung sind, löschen sich die von dem Kurz­ schlußstrom erzeugten magnetischen Flüsse, und schwächen somit den Effekt der Induktivitäten l₁ und l₂. Überflüssig zu erwähnen, daß dann, wenn die Induktivi­ täten kleiner gemacht werden, die beim Abschalten der Kurzschlußströme erzeugte Spannungsspitze kleiner wird.

Wenn die Spannung der herkömmlichen Wechsel­ richtereinheit in dem Bereich von 400 V liegt, kann die Induktivität l₀ der Verbindungsleitung M, die die in Se­ rie geschalteten Glättungskondensatoren verkabelt, nicht ignoriert werden. Diese Induktivität verursacht, daß eine übermäßige Spannungsspitze auf die Glät­ tungskondensatoren und die Transistoren gegeben wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich­ nungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung plattenförmiger Zuleitungen der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 2 ein weiteres Konfigurationsdiagramm zur Er­ läuterung plattenförmiger Zuleitungen der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 3 ein Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung von Stromschienen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein weiteres Konfigurationsdiagramm zur Er­ läuterung von Stromschienen der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 5 ein Diagramm zur Beschreibung eines allge­ meinen Elektrolytkondensators;

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Schaltbilder, welche den Be­ trieb eines ersten bis vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 7A eine perspektivische Seitenansicht, welche die Anordnung von Kondensatoren und Zuleitungen zu­ einander beim ersten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung erläutert;

Fig. 7B eine perspektivische Seitenansicht, welche die Anordnung von Kondensatoren und Zuleitungen beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung erläutert;

Fig. 8 ein Konfigurationsdiagramm, welches eine Verbindungsstruktur von Elementen in einer herkömm­ lichen Wechselrichtereinheit erläutert;

Fig. 9 ein Schaltbild einer herkömmlichen Wechsel­ richtereinheit;

Fig. 10 ein Schaltbild, welches nur eine Phase der in Fig. 9 gezeigten Schaltung erläutert, und verwendet wird, den Effekt eines Dämpfers zu beschreiben; und

Fig. 11 eine Konfiguration zur Erläuterung der Pro­ blematik, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt.

Fig. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches plat­ tenförmige Zuleitungen oder Stromschienen bei der vorliegenden Erfindung erläutert, worin ein Halbleiter­ schalter 1 für jede Phase mit Glättungskondensatoren (Elektrolytkondensatoren) 2 zum Glätten eines Gleich­ stromes verbunden ist. Eine einstückige, plattenförmige Stromschiene 7a erster Polarität verbindet einen oder mehrere erste Pole (z. B. positive Pole) der Halbleiter­ schalter 1 und einen oder mehrere Pole der Glättungs­ kondensatoren 2. Eine plattenförmige, einstückige Stromschiene 8a zweiter Polarität verbindet einen oder mehrere zweite Pole (z. B. negative Pole) der Halblei­ terschalter 1 und einen oder mehrere zweite Pole der Glättungskondensatoren 2. Beide Stromschienen 7a und 8a sind aus einem leitenden Material, wie etwa Metall, hergestellt. Ein Dämpfer 9 ist über die ersten und zweiten Pole eines jeden der Halbleiterschalter 1 mittels Schaltelementanschlußschrauben 10 geschaltet, die auch die Stromschienen 7a, 8a mit den Halbleiterschal­ tern 1 verbinden. Kondensatoranschlußschrauben 11 verbinden die Stromschienen 7a und 8a mit den Glät­ tungskondensatoren 2, und ein Dreiphasen-Wechsel­ strom-Ausgang 13 liefert eine aus einer Gleichspannung mittels der Halbleiterschalter 1 umgewandelte Wechsel­ spannung. Eine Isolierzwischenschicht 14 ist zwischen den Stromschienen 7a erster Polarität und 8a zweiter Polarität angeordnet, um die ersten und zweiten Pole zu isolieren, und wird von Isolierplatten-Installations­ schrauben 15 gehalten, die in Schraubenlöcher einge­ schraubt sind, die in der Stromleiterplatte 8a vorgese­ hen sind und durch in der Isolierzwischenschicht 14 vor­ gesehene runde Löcher hindurchgehen. Die Strom­ schienen 7a, 8a erster und zweiter Polarität und die Isolierzwischenschicht 14 umfassen einen parallelen Leiter. Schlitze 7b sind in der Stromschiene 7a vorgese­ hen, um zu ermöglichen, daß Installationsschrauben 15 eingesetzt werden.

Die Stromschienen 7a und 8a erster bzw. zweiter Po­ larität bestehen jeweils aus einem Stück Metall und ha­ ben eine große Oberfläche; es ist also eine Vielzahl von Halbleiterschaltern 1 hintereinander in einer Reihe und eine Vielzahl von Glättungskondensatoren 2 hinterein­ ander in einer Reihe angeordnet, und die Reihen sind einander gegenüber parallel angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Die aus Metall bestehenden Stromschienen 7a und 8a haben jeweils eine Oberfläche, welche groß ge­ nug ist, die gesamte oder beinahe die gesamte Oberflä­ che der Halbleiterschalterreihe und der Anschlußzone der Reihe von Glättungskondensatoren abzudecken, einschließlich des Zwischenraumes, und um Wärme von den Stromschienen 7a und 8a abzustrahlen. In dieser Anordnung sind die Glättungskondensatoren 2 parallel angeordnet, d. h. in einer Linie, und auch die Halbleiter­ schalter sind parallel angeordnet. Die Reihe von Glät­ tungskondensatoren und die Reihe von Halbleiterschal­ tern kann parallel zueinander angeordnet werden.

Während viele Stromschienen kombiniert werden, um die Gleichstromversorgung von den Glättungskon­ densatoren 2 zu den Halbleiterschaltern 1 bei dem in Fig. 8 gezeigten Aufbau zu verkabeln, und ein Paar me­ tallischer, plattenförmiger Stromschienen 7a und 8a mit einer großen Oberfläche in dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel verwendet wird, ist der Schaltplan dersel­ be und die Betriebsweise die gleiche. Jedoch wurde durch Anordnen dieser zwei Stromschienen für die er­ sten und zweiten Pole mit einer großen Oberfläche ge­ genüber die Induktivität L reduziert. Deshalb kann durch die verringerte Induktivität L die Dämpfungska­ pazität C verkleinert werden, wie dies der Ausdruck (3) andeutet.

Ein bedeutendes Merkmal der Konfiguration von Fig. 1 besteht darin, daß von den Halbleiterschaltern 1, den Glättungskondensatoren 2 und dem Dämpfer 9 während des Betriebes der Wechselrichtereinheit er­ zeugte Hitze an die plattenförmigen Stromschienen 7a und 8a des ersten Pols und des zweiten Pols übertragen wird, und dann wirksam abgestrahlt wird. Die metalli­ schen Stromschienen 7a und 8a haben so eine große Oberfläche, daß die Hitze schnell über diese Fläche ver­ teilt wird, was in einem wesentlichen Wärmeabstrah­ lungseffekt resultiert. Als Ergebnis kann ein Tempera­ turanstieg der Halbleiterschalter 1, der Glättungskon­ densatoren 2 und der Dämpfer 9 unterdrückt werden.

Zusätzlich wird der Platz in der Ebene wirksamer genutzt, die Verdrahtung ist gut symmetrisch auf eine gleiche Distanz, der Zusammenbau wird vereinfacht und die strukturelle Stabilität ist verbessert. Zum Bei­ spiel führt die Art der Befestigung der Isolierzwischen­ schicht dazu, daß der Isoliervorgang einfacher ist als das Verfahren, die ersten Pole, die Isolierzwischenschicht und die zweiten Pole zusammenzuschrauben, wodurch die Anzahl an Teilen verringert wird und die Herstell­ barkeit verbessert wird.

Um dieselben Effekte zu erzielen, können die im obi­ gen Ausführungsbeispiel als Halbleiterschalter 1 ver­ wendeten IGBTs durch bipolare Transistoren, MOS- Transistoren oder ähnliches ersetzt werden. Dieses gilt auch für das erste, zweite, dritte und vierte Ausfüh­ rungsbeispiel, welche später beschrieben werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Konfiguration, welche einen Stromdetektor einschließt, um den in der Gleichstrom- Stromschienenverdrahtung fließenden Strom, d. h. ei­ nen Kollektorstrom Ic, der IGBTs zu ermitteln. In Fig. 2 sind drei Halbleiterschalter 1, einer für jede der drei Phasen, mit Glättungskondensatoren 2 verbunden. Eine metallische, plattenförmige Stromschiene 3a erster Po­ larität verbindet die Halbleiterschalter 1 parallel, eine metallische, plattenförmige Stromschiene 5a erster Po­ larität verbindet die Glättungskondensatoren 2 parallel, und eine Stromschiene 7c erster Polarität verbindet die Stromschiene 3a erster Polarität und die Stromschiene 5a erster Polarität. Eine plattenförmige Stromschiene 8a zweiter Polarität verbindet zweite Pole der Halbleiter­ schalter 1 und zweite Pole der Glättungskondensatoren 2. Ein Dämpfer 9 ist über die ersten und zweiten Pole der Halbleiterschalter 1 geschaltet, wobei Halbleiter­ schalteranschlußschrauben 10 verwendet werden, die in die Stromschienen 3a, 8a eingeschraubt sind. Glättungs­ kondensator-Anschlußschrauben 11 verbinden die Stromschienen 5a und 8a mit den Glättungskondensato­ ren 2, und Stromschienen-Installationsschrauben 12a befestigen die Stromschiene 7c erster Polarität an den Stromschienen 3a und 5a. Ein Dreiphasenwechselstrom­ ausgang 13 liefert eine Wechselspannung, die durch die Halbleiterschalter 1 aus einer Gleichspannung gebildet wurde. Eine Isolierzwischenschicht 14 ist zwischen den Stromschienen 3a, 5a erster Polarität und der Strom­ schiene 8a zweiter Polarität angeordnet, um die ersten und zweiten Pole zu isolieren, und wird durch Installa­ tionsschrauben 15 gehalten, die in in der Stromschiene 8a zweiter Polarität vorgesehene Gewinde einge­ schraubt sind, durch in der Isolierzwischenschicht 14 vorgesehene runde Löcher. Ein Stromdetektor 16 ist über der Stromschiene 7c erster Polarität installiert, um den in der Schiene fließenden Strom zu ermitteln, d. h. den Kollektorstrom I_c der IGBTs. Eine Stromdetektor­ installationsschraube 17 ist in ein in dem Stromdetektor 16 vorgesehenes Installationsloch geschraubt, und in ein Schraubenloch, welches in der Stromschiene 7c erster Polarität zum Befestigen des Stromdetektors 16 an der Stromschiene 7c erster Polarität vorgesehen ist. Die Stromschiene 8a zweiter Polarität ist mit einem Schlitz 8a1 ausgestattet, der Raum gibt zum Installieren des Stromdetektors 16, und die Isolierzwischenschicht 14 ist mit einem ähnlichen Schlitz 141 versehen. Eine isolie­ rende Distanz zwischen den ersten und zweiten Polen ist durch eine Kriechdistanz d zwischen dem Ende des Schlitzes 8a1 der Stromschiene 8a und dem Ende des Schlitzes 141 in der Isolierzwischenschicht 14 sicherge­ stellt.

Die Schlitze 141 und 8a1, die in der Isolierzwischen­ schicht 14 bzw. in der Stromleiterplatte 8 zweiter Polarität in Fig. 2 vorgesehen sind, werden nicht benötigt, wenn der Stromdetektor 16 modifiziert wird, eine hori­ zontale Gestalt zu haben, oder wenn die Stromschiene 7c erster Polarität stufig ist, so daß der Stromdetektor 16 oberhalb der plattenförmigen Stromschiene 3a erster Polarität und der plattenförmigen Stromschiene 5a er­ ster Polarität untergebracht ist.

Weil bei der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration Strom­ schienenplatten 3a, 5a erster Polarität und eine Strom­ schienenplatte 8a zweiter Polarität vorgesehen sind, die jeweils aus Metall hergestellt sind und eine große Ober­ fläche aufweisen, wird wie bei der Konfiguration von Fig. 1 ein großer Wärmeabstrahlungseffekt erzielt. Fer­ ner wird der ebene Raum effizient genutzt, die Verdrah­ tung ist gut symmetrisch auf gleicher Distanz und der Zusammenbau kann leichter durchgeführt werden.

Fig. 3 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches bei der vorliegenden Erfindung verwendbare Stromschie­ nen erläutert. Gleiche oder entsprechende Teile zu je­ nen in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden hier nicht beschrieben.

Bezugnehmend nun auf Fig. 3, wird ein Schaltungs­ element 111 verwendet, welches einen Halbleiterschal­ ter für jede der Phasen umfaßt, d. h., drei Halbleiter­ schalter 1 für den in Fig. 1 gezeigten Dreiphasenschalt­ kreis, zusammen in einem Gehäuse eingeschlossen. Die Glättungskondensatoren 2 haben positive Pole 21, ne­ gative Pole 22 und Polaritätskennzeichen 23. Schlitze 24 sind in der parallelen Zuleitung vorgesehen, um Be­ zeichnungen des Glättungskondensators 2, d. h. die Po­ laritätskennzeichen zu prüfen. Die Schlitze 24 reichen durch die Stromschienen oder Zuleitungen 7a, 8a und die Isolierzwischenschicht 14.

Ein Aussparungsloch 27 für den negativen Pol ist in der plattenförmigen Stromschiene 7a positiver Polarität vorgesehen, um zu verhindern, daß die Anschlüsse nega­ tiver Polarität der Glättungskondensatoren und das Schaltelement 111 in Kontakt kommen mit der Strom­ schiene 7a positiver Polarität. Aussparungslöcher 28 für den positiven Pol sind in der Stromschiene 8a negativer Polarität vorgesehen, um zu verhindern, daß die An­ schlüsse positiver Polarität der Elektrolytkondensato­ ren 2 und das Schaltelement in Kontakt kommen mit der Stromschiene 8a negativer Polarität. Die Anschlüsse der Glättungskondensatoren 2 und des Schaltelementes 111 sind mittels herkömmlicher Techniken, wie etwa Löten oder Schrauben, mit den Stromschienen 7a, 8a verbun­ den.

Die parallele Zuleitung, welche aus den Stromschie­ nen 7a, 8a negativer und positiver Polarität, und der Isolierzwischenschicht 14 besteht, wird auch mittels ei­ ner herkömmlichen Technik (nicht gezeigt), wie etwa Schrauben, zusammengebaut.

Infolge der Schlitze 24 wird ermöglicht, daß über die Polaritätskennzeichen Gewißheit erlangt wird, selbst nachdem die Stromschienen 7a und 8a installiert wor­ den sind. Deshalb kann, nachdem die parallele Zuleitung zusammengebaut wurde, die Polarität der Glättungs­ kondensatoren mit Leichtigkeit bestimmt werden, und eine versehentliche Explosion aufgrund eines falschen Anschlusses kann verhindert werden.

Weil irgendwelche Polaritätskennzeichen 23, anders als die in Fig. 3 angedeuteten, verwendet werden kön­ nen, können die Positionen und die Größe der Schlitze 24 entsprechend den verwendeten Glättungskondensa­ toren 2 bestimmt werden. Die Schlitze 24 können in den Stromschienen 7a, 8a und der Isolierzwischenschicht 14 vorgesehene durchgehende Löcher sein, wenn sie nicht auf der Kante vorgesehen sein sollen, was eine Anzahl verschiedener Gründe haben kann, wie etwa Abmes­ sungen.

Auch diese Konfiguration erzeugt einen großen Wär­ meabstrahlungseffekt und stellt leichten Zusammenbau sicher, wie bei der ersten Konfiguration, weil die Ver­ bindungen durch Verwendung der Stromschienenplat­ ten 7a und 8a hergestellt wurden, die große Oberflächen haben.

Fig. 4 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches Aus­ gestaltungen von Stromschienen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche oder entspre­ chende Teile wie jene in Fig. 1 und 3 sind durch identi­ sche Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht beschrieben.

In Fig. 4 sind explosionssichere Ventile 29 und Löcher 30 zum Prüfen der explosionssicheren Ventile 29 durch die plattenförmigen Stromschienen 7a, 8a und die Iso­ lierzwischenschicht 14 hindurch vorgesehen. Diese Konfiguration erlaubt, daß die explosionssicheren Ven­ tile 29 geprüft werden, selbst nachdem die Stromschie­ nen 7a und 8a, die eine große Fläche haben, installiert worden sind. Weil die Position des explosionssicheren Ventils 29 von der des Glättungskondensators 2 ab­ hängt, kann durch Prüfen des explosionssicheren Ventils 29 bestimmt werden, ob die Polarität des Glättungskon­ densators 2 korrekt ist oder nicht. Somit stellt diese Konfiguration sicher, daß die Bestimmung der Polarität der Glättungskondensatoren während einer Inspektion nach dem Zusammenbau mit Leichtigkeit vorgenom­ men werden kann, um einen Explosionsunfall aufgrund eines Fehlanschlusses zu verhindern. Ferner baucht das explosionssichere Ventil 29 aus, falls die verwendete Spannung eine Sicherheitsschwellspannung des Glät­ tungskondensators 2 überschreitet. Somit kann der Be­ triebstatus (wie etwa die Spannung) der Wechselrichte­ reinheit während einer Wartung, etc. der Wechselrichte­ reinheit geprüft werden. Zusätzlich können Effekte be­ wirkt werden, die zu jenen bei der Konfiguration von Fig. 3 identisch sind, zum Beispiel hohe Wärmeabstrah­ lung und leichter Zusammenbau.

Fig. 5 erläutert das Polaritätskennzeichen 23 eines allgemeinen Elektrolytkondensators 2 und das explo­ sionssichere Ventil 29.

Ein erstes und zweites Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf Fig. 6A bzw. 6B beschrieben, welche das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutern. In Fig. 6A sind Zulei­ tungen M und P eines Glättungskondensators C₁ be­ nachbart und parallel zueinander angeordnet, und weil ein Kurzschlußstrom i_s0, der in dem Leiter M fließt, und ein Kurzschlußstrom i_s2, der in dem Leiter N fließt, glei­ che Größe haben und in entgegengesetzter Richtung fließen, löschen sich die von den Kurzschlußströmen erzeugten magnetischen Flüsse aus, um die Induktivität zwischen den Zuleitungen M und N zu reduzieren. An­ stelle der Zuleitungen M und N in Fig. 6 können die Zuleitungen M und P benachbart und parallel zueinan­ der angeordnet sein.

In Fig. 6B ist ein Teil der Verbindungsleitung M be­ nachbart und parallel zur Gleichspannungszuleitung P angeordnet und der andere Teil der Verbindungsleitung M ist benachbart und parallel zur Gleichspannungszu­ leitung N, um die Induktivität zu verringern. Dieses Ver­ fahren erlaubt, daß die Gleichspannungsleitungen P und N von dem Zentrum der Glättungskondensatoren C₁ und C₂ abgenommen werden.

Fig. 7A erläutert eine Realisierung des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 6A. In Fig. 7A ist ein Anschluß a₁ des Glättungskondensators (Elektrolytkondensators) C₁ mit der Gleichspannungszuleitung P verbunden, und ein Anschluß a₂ des Glättungskondensators C₁ und ein Anschluß b₁ des Glättungskondensators C₂ sind durch die Verbindungsleitung M verbunden. Ein Isoliermateri­ al Z (nicht gezeigt) ist zwischen der Gleichspannungszu­ leitung N und den Leitungen P und M angeordnet.

Fig. 7B erläutert das zweite Ausführungsbeispiel, welches die in Fig. 6B gezeigte Idee verwirklicht, worin die Verbindungsleitung M mit dem Anschluß a₂ des Glättungskondensators C₁ und dem Anschluß b₁ des Glättungskondensators C₂ verbunden ist. Die Gleich­ spannungszuleitung P ist mit dem Anschluß a₁ des Glät­ tungskondensators C₁ und die Gleichspannungszulei­ tung N mit dem Anschluß b₂ des Glättungskondensa­ tors C₂ verbunden. Um die Leitungen M und P benach­ bart und parallel zueinander in Fig. 7A anzuordnen, an­ stelle der Leitungen M und N, kann die Gleichspan­ nungszuleitung P durch die Gleichspannungszuleitung N ersetzt werden, oder umgekehrt N durch P, und die Anschlüsse a₁ und a₂ durch die Anschlüsse b₁ und b₂.

Durch Anordnen der Leitungen, wie in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel der Fig. 6C bzw. 6D gezeigt, können die Induktivitäten der mit den Glät­ tungskondensatoren verbundenen Leitungen reduziert werden, wenn drei Glättungskondensatoren in Serie ge­ schaltet werden. In Fig. 6C, bedeutet C₃ einen dritten Glättungskondensator, und seine Anschlüsse sind e₁ und e₂. In Fig. 6D sind mit den Glättungskondensatoren ver­ bundene Verbindungsleitungen M₁ und M₂ parallel und benachbart zu der Gleichspannungszuleitung P ange­ ordnet. In Fig. 6D ist die Verbindungsleitung M₁ be­ nachbart und parallel zu der Gleichspannungszuleitung P und die Verbindungsleitung M₂ benachbart und paral­ lel zu der Gleichspannungszuleitung N angeordnet. In Fig. 6D können die Leitungen P und N von dem Zen­ trum der Glättungskondensatoranordnung genommen werden. Es wird Beachtung gefunden haben, daß der gleiche Effekt hervorgerufen werden kann dadurch, daß die als Schaltelemente des Wechselrichtermoduls im Ausführungsbeispiel verwendeten Transistoren durch MOSFETs oder IGBTs ersetzt werden.

Es ist offensichtlich, daß bei den Ausführungsbeispie­ len der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, nicht nur die Induktivität der Verdrahtung verringert ist, sondern auch eine Wärme-Abstrahlung von den paralle­ len Leitung erfolgt, und der Wärmeabstrahlungseffekt verbessert ist, weil die Oberfläche der parallelen Leitun­ gen zum Verbinden der Glättungskondensatoren zum Glätten des Gleichstromes und der Halbleiterschalter zum Wechselrichten des Gleichstromes in einen Wech­ selstrom groß genug ist, um die Oberflächen der Glät­ tungskondensatoren und der Halbleiterschalter abzu­ decken.

Es ist offensichtlich, daß die Erfindung gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel erlaubt, daß die Induktivitäten der Serienverbindungen einer Vielzahl von Glättungskondensatoren, die in Serie geschaltet sind, verringert werden, und erlaubt, daß eine durch Abschalten eines Kurzschlußstromes beim Auftritt ei­ nes versehentlichen Kurzschlusses verursachte Span­ nungsspitze dadurch reduziert wird, daß eine Leitung, welche Glättungskondensatoren verbindet, benachbart und parallel zu mit Halbleiterschaltern verbundenen Leitungen angeordnet wird.

Claims (3)

1. Wechselrichter mit steuerbaren Halbleiterschaltern (TR₁ bis TR₆, Fig. 11) in Brückenschaltung, wobei zwischen den Gleichspannungszuleitungen ( P, N, Fig. 11) mindestens zwei in Reihe geschaltete Glättungskondensatoren (C₁, C₂ in Fig. 11, 6A, 6B, 7A, 7B; C₁, C₂, C₃, in Fig. 6C, 6D) vorgesehen sind, wobei die mindestens eine Verbindungsleitung (M; M₁, M₂) der Glättungskondensatoren und die Gleichspannungszuleitungen plattenförmig ausgebildet sind und die Gleichspannungszuleitungen (P, N, Fig. 11) nur durch eine Isolierzwischenschicht voneinander getrennt eng benachbart angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsleitung (M; M₁, M₂) zusammen mit einer (Fig. 6A, C, D; 7A) oder beiden (Fig. 6B, 7B) Gleichspannungszuleitungen (P, N, Fig. 11) stets eine eng benachbarte Anordnung von nur zwei durch eine Isolierzwischenschicht getrennten Leiterschichten bildet.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die eine Gleichspannungszulei­ tung aus zwei Platten (3a, 5a) besteht die durch eine Stromschiene (7c) miteinander verbunden sind, die Bestandteil eines Stromdetektors (16) ist und daß die andere plattenförmige Gleichspan­ nungszuleitung (8a) und die Isolierzwischenschicht (14) entsprechende Schlitze (8a1, 141) aufweisen (Fig. 2).

3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der plattenförmi­ gen Gleichspannungszuleitungen (P, N) größer als die Summe der Flächen der Glättungskondensato­ ren (2 in Fig. 1, 2; C₁, C₂ in Fig. 7A, 7B) und der steuerbaren Halbleiterschalter (1 in Fig. 1, 2; TR₁ bis TR₆ in Fig. 11) ist, mit denen die Glättungskon­ densatoren und die steuerbaren Halbleiterschalter mit den Gleichspannungszuleitungen elektrisch und wärmeleitend verbunden sind.