DE69209093T2

DE69209093T2 - Modulare wechselstromantriebsteuereinrichtung

Info

Publication number: DE69209093T2
Application number: DE69209093T
Authority: DE
Inventors: David Duff; Nareshroy Patel
Original assignee: Siemens Electric Ltd
Current assignee: Siemens Canada Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-12-23
Also published as: ATE135507T1; US5245527A; EP0619048B1; DE69209093D1; WO1993013587A1; EP0619048A1; AU3155493A; CA2125960A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft Wechselstromantriebssteuereinrichtungen und insbesondere eine modular aufgebaute Wechselstromantriebssteuereinrichtung und modulare Bauteile dafür.

STAND DER TECHNIK

Die Geschwindigkeit eines Wechselstrommotors ist direkt zu der Frequenz der ihm zugeführten Wechselstromenergie proportional. Wenn es daher erforderlich ist, die Geschwindigkeit eines Wechselstrommotors zu ändern, muß die Frequenz des ihm zugeführten Wechselstroms verändert werden.
Typischerweise wird eine solche Veränderung durch eine Antriebssteuereinrichtung bereitgestellt, die drei Hauptbestandteile enthält: eine Stromrichterbaugruppe, um den der Antriebssteuereinrichtung zugeführten Wechselstrom mit fester Frequenz in Gleichstromenergie umzuwandeln; einen Wechselrichter zum Wechselrichten des Gleichstroms vom Stromrichter in mehrphasigen Wechselstrom, der dem Motor zugeführt wird; und eine Steuerbaugruppe, die die Wechseirichterbaugruppe zur Veränderung der Frequenz des vom Wechselrichter zugeführten Wechselstroms und damit der Motorgeschwindigkeit ansteuert.
Es werden Antriebssteuereinrichtungen fortlaufend entwickelt, die Verbesserungen bei der Größe der steuerbaren Motoren, dem Bereich verfügbarer Geschwindigkeiten, der Wirksamkeit der Steuerung usw. bieten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige, modular aufgebaute Wechselstromantriebssteuereinrichtung und modulare Bauteile dafür bereitzustellen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Wechselstromantriebssteuereinrichtung bereitgestellt, die folgendes umfaßt: einen Stromrichter zum Umwandeln von dem Stromrichter zugeführten Wechselstrom in negative und positive Gleichspannungen; eine Mehrzahl von Wechselrichtermodulen, die jeweils elektrisch mit dem besagten Stromrichter verbunden sind, um die besagten positiven und negativen Gleichspannungen zu empfangen, und eine eine Phase einer Mehrphasenversorgung darstellende Ausgangswechselspannung abgeben, wobei jedes Wechselrichtermodul mindestens erste und zweite elektronische Schaltvorrichtungen enthält, wobei die besagte erste elektronische Schaltvorrichtung zwischen die besagte negative Gleichspannung und besagte eine Phase geschaltet ist und die besagte zweite elektronische Schaltvorrichtung zwischen die besagte positive Gleichspannung und besagte eine Phase geschaltet ist, wobei die besagten ersten und zweiten Schaltvorrichtungen auf Steuersignale reagieren, um die besagten negativen und positiven Gleichspannungen abwechselnd der besagten einen Phase zuzuführen; ein herausnehmbar zwischen besagte negative und positive Gleichspannungen geschaltetes Filter für jedes Wechselrichtermodul; elektrische Verbindungsmittel zum auslösbaren Verbinden der besagten Filter mit den besagten Gleichspannungen neben der Stelle, an der die besagten Schaltvorrichtungen mit den besagten Gleichspannungen verbunden sind, um durch die elektrische Verbindung zwischen besagten Filtern und besagten Schaltvorrichtungen eingeführte Streureaktanz zu minimieren; und ein Steuermodul zur Zuführung der besagten Steuersignale zu jedem Wechselrichtermodul.
Die Zusammenschaltungen zwischen den Wechselrichtermodulen und den Filtermodulen werden vorzugsweise durch elektrisch leitfähige Klammern ausgeführt, die am Filter befestigt sind und zum herausnehmbaren Eingriff in das Wechselrichtermodul betätigt werden können. Auch wird bevorzugt, daß die Verbindungen zwischen den elektronischen Schaltvorrichtungen und den Gleichspannungen und dem Ausgang elastisch sind, um die elektronischen Schaltvorrichtungen gegen an die Gleichspannungsversorgungen oder den Ausgang angelegte mechanische Kräfte zu isolieren. Auch ist bevorzugt, daß mindestens zwei Klammern zum Anschalten der Filtermodulen an die negativen und positiven Gleichspannungen eingesetzt werden. In einer solchen Wechselstromantriebssteuereinrichtung ist vorzugsweise eine Phasenbaugruppe vorgesehen, die folgendes umfaßt: ein Wechselrichtermodul zum Aufnehmen von positiven und negativen Gleichspannungen und Abgeben einer Ausgangswechselspannung, die eine Phase einer Mehrphasenversorgung darstellt, wobei das besagte Wechselrichtermodul Mittel zum Aufnehmen einer positiven und negativen Gleichspannung und mindestens erste und zweite elektronische Schaltvorrichtungen enthält, wobei die besagte erste elektronische Schaltvorrichtung zwischen die besagte negative Gleichspannung und besagte eine Phase geschaltet ist und besagte zweite elektronische Schaltvorrichtung zwischen besagte positive Gleichspannung und besagte eine Phase geschaltet ist, wobei besagte erste und zweite Schaltvorrichtungen auf Steuersignale reagieren, um besagte negative und positive Gleichspannungen abwechselnd der besagten einen Phase zuzuführen; ein herausnehmbar zwischen besagte negative und positive Gleichspannung geschaltetes Filter; und elektrische Verbindungsmittel zum auslösbaren Verbinden der besagten Filter mit besagten Gleichspannungen neben der Stelle, an der besagte Schaltvorrichtungen mit besagten Gleichspannungen verbunden sind, um durch die elektrische Verbindung zwischen besagten Filtern und besagten Schaltvorrichtungen eingeführte Streureaktanz zu minimieren.
In solch einer Wechselstromantriebssteuereinrichtung ist vorzugsweise ein Filtermodul vorgesehen, das folgendes umfaßt: ein Gehäuse mit mindestens einer Lüftungsöffnung, damit Kühlluft im besagten Gehäuse umlaufen kann; mindestens ein elektrisches Filterelement im besagten Gehäuse; und mindestens zwei elektrisch leitfähige Klammern in elektrischer Verbindung mit besagtem elektrischen Filterelement, wobei jede elektrisch leitfähige Klammer zum Bilden einer herausnehmbaren elektrischen Verbindung zwischen besagtem mindestens einem Filterelement und der besagten Wechselstromantriebssteuereinrichtung betätigt werden kann; wobei das besagte Gehäuse besagte elektrisch leitfähige Klammern trägt und die besagte Lüftungsöffnung besagtes elektrisches Filterelement trägt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im folgenden werden nur beispielhafterweise bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
Figur 1 eine allgemeine perspektivische Ansicht einer teilweise zusammengebauten Wechselstromantriebssteuereinrichtung für einen Mehrphasen-Wechselstrommotor nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Vorderseite eines in der Wechselstomantriebssteuereinrichtung der Figur 1 benutzten Wechselrichtermoduls;
Figur 3 eine Ausschnitts-Vorderansicht eines in der Wechselstromantriebssteuereinrichtung der Figur 1 benutzten Filtermoduls;
Figur 4 eine Seitenansicht des vollständigen Filtermoduls der Figur 3;
Figur 5 eine Seitenansicht eines Zusammenbaus des Filtermoduls der Figur 4 und des Wechselrichtermoduls der Figur 2 zu einer Phasenbaugruppe;
Figur 6 eine Draufsicht eines Teils der Phasenbaugruppe der Figur 5;
Figur 7 einen Teil einer Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wechselrichtermoduls.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Nunmehr bezugnehmend auf Figur 1 ist allgemein bei 20 eine Wechselstromantriebssteuereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung angedeutet. Die Antriebssteuereinrichtung enthält einen Träger 24 mit einer Befestigungsfläche 28 und einem Lüftungsraum 32 für Kühlluft, die von einem nicht gezeigten Umlaufventilator zugeführt wird. Der Träger 24 kann je nach Wunsch freistehend oder an der Wand befestigt sein.
An einem Ende der Befestigungsfläche 28 sind ein Stromrichtermodul 36 und seine zugehörige Drossel 40 befestigt. Es wird vom Fachmann verstanden werden, daß das Stromrichtermodul 36 an eine typischerweise dreiphasige Wechselstromquelle angeschaltet ist und diesen Wechselstrom in gleich große negative und positive Gleichspannungen umwandelt. Die Drossel 40 wird zum Filtern der vom Stromrichtermodul 36 erzeugten Gleichspannungen benutzt, um Nichtgleichstromkomponenten zu reduzieren.
Es werden drei Phasenbaugruppen 30 gezeigt, die jeweils ein Wechselrichtermodul 44 und ein Filtermodul 106 umfassen. Die Wechselrichtermodulen 44 sind als auf der Befestigungsfläche 28 in seitlich beabstandeter Anordnung fluchtend mit dem Stromrichtermodul 36 befestigt dargestellt. Es wird vom Fachmann verstanden, daß jede Phasenbaugruppe 30 einen Ausgangswechselstrom bereitstellt, der eine Phase einer mehrphasigen Wechselstromversorgung für einen Wechselstrommotor darstellt. Die Figur 2 zeigt die Vorderseite eines Wechselrichtermoduls 44. Jedes Wechselrichtermodul 44 enthält eine steife Rückwand 50 mit einem Paar senkrechter, seitlich beabstandeter Stromschienen 52, 56 über isolierte Abstandhalter 68. Zwischen den Stromschienen 52, 56 befindet sich eine Ausgangswechselstromschiene 90, die ebenfalls mit dem Isolierblock 92 an der Rückwand 50 befestigt ist. Hinter der Ausgangsschiene 90 ist an der Rückwand 50 eine Steuerelektrodentreiberschaltung 76 angebracht. Die am deutlichsten in der Figur 1 gezeigte gegenüberliegende Seite der Rückwand 50 enthält mehrere Kühlrippen 33, über die Kühlluft vom Lüftungsraum 32 fließen kann.
Zum Verbinden der Stromschienen 52, 56 mit den entsprechenden, vom Stromrichtermodul 36 zugeführten positiven und negativen Gleichspannungen sind geeignete Verbindungsmittel wie Anschlußfahnen 72 vorgesehen. Diese negativen und positiven Gleichspannungen werden über elektrische negative und positive Gleichspannungsschienen 160 bzw. 164, die entlang der Befestigungsfläche 28 neben der Vorderplatte 34 laufen, an jedes Wechselrichtermodul 44 verteilt. Die beiden Gleichstromschienen sind durch einen Isolierstreifen 161 voneinander getrennt.
Jedes Wechselrichtermodul 44 enthält auch elektronische Schaltvorrichtungen 60, 64, die so an der Rückwand 50 befestigt sind, daß sie guten Wärmekontakt zwischen den elektronischen Schaltvorrichtungen 60, 64 und der Rückwand 50 bieten. Auf diese Weise werden die elektronischen Schaltvorrichtungen 60, 64 gekühlt, indem Luft über die Rippen geführt wird, um sie in ihrem gewünschten Betriebstemperaturbereich zu halten. In der bevorzugten Ausführungsform sind diese elektronischen Schaltvorrichtungen Bipolartransistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBT - Insulted Gate Bipolar Transistors), jedoch ist zu verstehen, daß eine beliebige geeignete elektronische Schaltvorrichtung eingesetzt werden kann.
Wie am deutlichsten aus der Figur 2 ersichtlich ist, ist der Emitter des IGBT 60 durch einen Verbinder 86 an die Gleichstromschiene 52 angeschaltet. Die Gleichstromschiene 52 ist wiederum an die negative Gleichstromschiene vom Stromrichtermodul 36 angeschaltet. Der Verbinder 86 weist die Form eines elastischen, relativ dünnen und breiten Kupferbandes auf und wirkt zum Isolieren des IGBT 60 gegen an die Schiene 52 angelegte mechanische Kräfte, wie noch beschrieben wird. Der Kollektor des IGBT 60 ist mit einem weiteren elastischen Verbinder 94 ähnlich dem Verbinder 86 an die Ausgangswechselstromschiene 90 angeschaltet, wobei dieser Verbinder zum Isolieren des IGBT 60 gegen an die Ausgangswechselstromschiene 90 angelegte mechanische Kräfte wirkt. Die Steuerelektrode (Basis) des IGBT 60 ist mit der Leitung 80 an die Steuerelektrodentreiberschaltung 76 angeschaltet.
Auf ähnliche Weise ist der Emitter des IGBT 64 über den elastischen Verbinder 98 an die Ausgangswechsel stromschiene 90 angeschaltet und der Kollektor des IGBT 64 ist über den elastischen Verbinder 102 an die Gleichstromschiene 56 angeschaltet. Die Gleichstromschiene 56 ist wiederum an die positive Gleichstromschiene vom Stromrichtermodul 36 angeschaltet. Verbinder 98 und 102 dienen zur Isolierung des IGBT 64 gegen entweder an die Ausgangswechselstromschiene 90 oder die Gleichstromschiene 56 angelegte mechanische Kräfte. Die Steuerelektrode des IGBT 64 ist über Leitung 82 an die Steuerelektrodentreiberschaltung 76 angeschaltet.
An jedes Wechselrichtermodul 44 ist herausnehmbar ein entsprechendes Filtermodul 106 angeschaltet. Wie am besten aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, enthält jedes Filtermodul 106 ein Gehäuse 108 und eine Mehrzahl von Kondensatoren 110. Jeder Kondensator 110 ist über einen Verbinder 114 in Reihe zu einem weiteren Kondensator 110 geschaltet. Jedes dieser Reihenpaare von Kondensatoren 110 wird im Gehäuse 108 durch ein Paar von in gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses 108 gebildeten Lüftungsrippen 118 getragen. Abgesehen davon, daß sie die Paare von Kondensatoren 110 tragen, ermöglichen die Lüftungsrippen 118 auch den Umlauf von Kühlluft im Gehäuse 108, ob diese nun aktiv vom Lüftungsraum 32 zugeführt ist oder nur passiv umläuft.
Vier dieser Reihenpaare von Kondensatoren 110 sind parallel zwischen ein Paar Filterschienen 122, 126 geschaltet, die sich an der Vorderseite des Filtermoduls 106 befinden. Der Fachmann wird verstehen, daß die Anzahl und die Parallel/Reihenanordnung der Kondensatoren 110 nach Wunsch geändert werden kann, um die notwendige Filterkapazität und Belastbarkeit bereitzustellen. Auch ist zu verstehen, daß gegebenenfalls zwischen Schienen 122 und 126 auch induktive oder ohmsche Glieder eingeschaltet werden können.
An die Filterschiene 126 ist ein Paar Druckverbinder 128 angeschaltet, die für den Eingriff in eine Gleichstromschiene 52 eines Wechselrichtermoduls 44 dimensioniert sind. Auf ähnliche Weise enthält die Filterschiene 122 ein Paar Druckverbinder 132, die für den Eingriff in die Gleichstromschiene 56 eines Wechselrichtermoduls 44 dimensioniert sind.
Wiederum bezugnehmend auf Figur 1 sind die Filtermodule 106 in einer seitlich beabstandeten Anord nung gegenüber den Wechselrichtermodulen 44 und fluchtend mit der Drossel 40 befestigt. Jedes Filtermodul 106 weist eine entsprechende Befestigungsplatte 150 auf. Diese Befestigungsplatten sind an der Befestigungsfläche 28 angebracht und jede Befestigungsplatte enthält eine Drehpunktschiene 130, die parallel zu den Wechselrichtermodulen 44 angeordnet ist. Jede Befestigungsplatte 150 ist so an der Befestigungsfläche 28 angebracht, daß ein Maß Toleranz zur Verfügung steht, um die Endausrichtung jedes bestimmten Wechselrichtermoduls 44 zu jedem be stimmten Filtermodul 106 zu ermöglichen. Auf diese Weise sind die Zusammenbautoleranzen für die Wechselrichtermodulen 44 und Filtermodulen 106 etwas großzügig.
Nach Figuren 1 und 4 enthält jedes Filtermodul 106 ein Paar Fixierschlitze 134 in jedem eines Paars von abhängigen Tragflanschen 138. Diese Fixierschlitze 134 sind für den Eingriff in die Drehpunktschiene 130 wie in Figur 1 dargestellt dimensioniert und ermöglichen das Drehen der Filtermodulen 106 von einer horizontalen Einbaulage in eine vertikale Betriebslage.
Beim Drehen des Filtermoduls 106 um die Schiene 130 herum in die senkrechte Betriebslage werden die Druckverbinder 128 und 132 in elektrischen Eingriff mit Gleichstromschienen 56 bzw. 52 des entsprechenden Wechselrichtermoduls 44 gebracht. Das Drehen der Filter modulen 106 um die Drehpunktschiene 130 herum bietet einen mechanischen Vorteil, indem es den Zusammenbau erleichtert.
Ein am besten in der Figur 5 gezeigter einfacher Drehriegel wird zum Sichern eines Filtermoduls 106 an seinem entsprechenden Wechselrichtermodul 44 benutzt. Eine Hälfte des Riegels 142 ist an der Oberfläche des Gehäuses 108 befestigt, und die andere Hälfte des Riegels 146 ist über den Isolierblock 92 an der Rückwand 50 befestigt. Die Kombination der Wirkung des Riegels und der Wirkung der Drehstange und Fixierschlitze 134 bewirkt das Aufrechterhalten einer starren Verbindung zwischen den beiden Modulen 44, 106.
Im Betrieb wird Wechselstrom dem Stromrichtermodul 36 zugeführt, wo er in positive und negative Gleichspannungen umgewandelt wird. Diese positiven und negativen Gleichspannungen werden den entsprechenden Gleichstromschienen 52, 56 jedes Wechselrichtermoduls 44 über die (nicht gezeigten) elektrischen Schienen des Stromrichters zugeführt. Jede Phasenbaugruppe 30 liefert einen Ausgangswechselstrom, der eine einzelne Phase einer mehrphasigen Wechselstromversorgung für einen Wechselstrommotor darstellt. Dementsprechend empfängt die Steuerelektrodentreiberschaltung 76 in jedemwechselrichtermodul entsprechende Steuersignale von einem (nicht gezeigten) Steuermodul und spannt die IGBT entsprechend vor, um abwechselnd die negativen und positiven Gleichstromschienen 52, 56 des Wechselrichtermoduls an die Ausgangswechselstromschiene 90 anzuschalten. In Abhängigkeit von der Schaltgeschwindigkeit der IGBT läßt sich die Frequenz der an der Ausgangswechselstromschiene 90 erzeugten Wechselstromenergie ändern. Dem Fachmann ist der Aufbau und Betrieb solcher Steuermodulen gut bekannt und wird daher hier nicht beschrieben.
Der Fachmann weiß, daß schnelles Schalten von elektronischen Schaltvorrichtungen in Wechselrichtern wie dem Wechselrichtermodul 44 zum Aufprägen von unerwünschten übergangsspannungen auf die von Stromrichtern wie dem Stromrichtermodul 36 zugeführten Gleichspannungen führt. Infolgedessen sind Filter erforderlich, um die Gleichstromschienen zu "versteifen", um die durch das Schalten erzeugten übergangsspannungen zu minimieren. Typischerweise werden zum Filtern der Übergangsspannungen von den Gleichstromversorgungsschienen elektrolytische Kondensatoren eingesetzt.
Wenn schnelles Hochleistungsschalten erforderlich ist, wie bei Wechselstromantriebssteuereinrichtungen, gibt es zwei Probleme hinsichtlich des Filterns der auf den Gleichstromversorgungsschienen erzeugten Übergangsspannungen. Als erstes sind aufgrund der an den Gleichstromversorgungsschienen anliegenden relativ hohen Spannungspegeln Kondensatoren mit der erforderlichen Spannungsfestigkeit physikalisch ziemlich groß und, in der Tat, müssen typischerweise zwei oder mehr Kondensatoren in Reihe und/oder parallel geschaltet werden, um die Spannungsfestigkeitserfordernisse zu erfüllen. Die große Größe der Kondensatoren kann demnach zu Schwierigkeiten bei der Konstruktion und Wartung der Antriebssteuereinrichtung führen, indem sie einen leichten Zugang zu den anderen Bauteilen der Antriebssteuereinrichtung behindert. Diese physikalischen Beschränkungen können auch zu Schwierigkeiten bei der Bereitstellung entsprechender Kühlung für wärmeempfindliche Bauteile führen.
Als zweites müssen aufgrund der hohen Schaltgeschwindigkeiten der IGBT oder sonstiger elektronischer Schaltvorrichtungen die Kondensatoren so nahe wie möglich bei den IGBT angebracht sein, um die durch die Länge der die Kondensatoren mit den IGBT verbindenden Leitungen eingeführte Streureaktanz zu minimieren. Jede derartige Streureaktanz bewirkt die Begrenzung der Schaltgeschwindigkeit der IGBT.
Der Fachmann wird verstehen, daß jede derartige Begrenzung der Schaltgeschwindigkeit unerwünscht ist. Insbesondere kann, wenn die Abschaltgeschwindigkeit der IGBT durch Streureaktanzen begrenzt ist, zeitweilig ein Kurzschluß zwischen den beiden Gleichstromschienen 52, 56 entstehen, wenn ein IGBT eingeschaltet wird, ehe der andere IGBT vollständig ausgeschaltet worden ist. Ein solcher Kurzschluß kann zur Folge haben, daß sehr große Überspannungen kurzzeitig an die IGBT angelegt werden. Solche großen Überspannungen können die IGBT oder sonstige benutzte elektronische Schaltvorrichtungen beschädigen oder zerstören und sind daher zu vermeiden.
Durch das sich daraus ergebende Erfordernis der Minimierung der Länge der Leitungen von den Kondensatoren wird daher das obige erste Problem weiter verstärkt, indem, selbst wenn die notwendigen Kondensatorelemente so verbunden werden können, daß Streureaktanz minimiert wird und dabei noch eine "steife" Schiene bereitgestellt wird, die sich ergebende physikalische Anordnung der Kondensatoren zu einer Wechselstromantriebssteuereinrichtungs konstruktion führt, deren Bau schwierig ist und die nach ihrer Konstruktion schwierig zu warten ist.
Diese Probleme werden durch die vorliegende Erfindung überwunden, indem sie die oben beschriebenen Phasenbaugruppen mit Wechselrichtermodulen 44 und Filtermodulen 106 einsetzt. Insbesondere werden Streureaktanzen durch eine derartige Positionierung der Druckverbinder 128, 132 auf den Filtermodulen 106 minimiert, daß sie die Gleichstromschienen 52, 56 an Wechselrichtermodulen 44 an derselben Stelle kontaktieren, an der Verbinder 102 und 86 die IGBT 64 und 60 mit denselben Gleichstromschienen 52, 56 verbinden. Auf diese Weise sind die Kondensatoren 110 effektiv direkt mit den IGBT 64 und 60 verbunden, wobei minimale Streureaktanz in die Schaltung eingeführt wird. Weiterhin bietet die Verwendung der Druckverbinder 128, 132 eine elektrische Verbindung mit niedrigem ohmschen Spannungsabfall und hoher Strombelastbarkeit. Die Filtermodulen 106 lassen sich durch Freigeben des Riegels und Zurückdrehen des Moduls um die Drehschiene 130 in eine horizontale Lage leicht herausnehmen. Dies ermöglicht einen leichten Austausch eines Filtermoduls 106 gegen ein anderes Filtermodul 106 oder als Alternative einen leichten Zugriff zu den Bauteilen des entsprechenden Wechselrichtermoduls 44.
Die IGBT 60 und 64 oder sonstige elektronische Schaltvorrichtungen können mechanisch ziemlich zerbrechlich sein und sind daher aufgrund der an sie während des Zusammenbaus des Filtermoduls 106 mit dem Wechselrichter modul 44 angelegten mechanischen Kräfte für Beschädigungen empfindlich. Insbesondere können aufgrund des Drucks, der zum Bewirken der "festen" kraftschlüssigen Verbindung der Druckverbinder 128, 132 mit den Gleichstromschienen 56, 52 erforderlich ist, bedeutende mechanische Kräfte an die Gleichstromschienen 52, 56 angelegt werden. Die elastischen Verbinder 86, 102 sind daher bereitgestellt, um die IGBTs 60, 64 mechanisch gegen die an die Gleichstromschienen 52, 56 angelegten mechanischen Kräfte zu isolieren.
Auf ähnliche Weise dienen die elastischen Verbinder 94 und 98 zur Isolierung der IGBT gegen an die Wechselstromschiene 90 angelegte mechanische Kräfte, wenn die Ausgangsschiene 90 mit den Stromleitungen des Wechselstrommotors verbunden wird.
Die modulare Ausführung der Filtermodulen 106 und Wechselrichtermodulen 44 in jeder Phasenbaugruppe 30 ermöglicht eine relativ leichte Konstruktion und Wartung der resultierenden Antriebssteuereinrichtung und ermöglicht einen leichten Umlauf von Kühlluft zu wärmeempfindlichen Bauteilen. Die Verwendung standardmäßiger Modulen verringert die Vielseitigkeit des Bestands, der vom Hersteller aufrechterhalten werden muß, und reduziert die erforderliche Zusammenbauzeit. Weiterhin sind die Prüfprozeduren vereinfacht und es können leichter statistische Prozeßsteuersysteme eingesetzt werden.
Während für jede Filterschiene nur ein Druckverbinder 128, 132 erforderlich ist, hat sich herausgestellt, daß durch Benutzung von zwei Druckverbindern an jeder Filterschiene den Verbindungen zwischen dem Filtermodul 106 und dem Wechselrichtermodul 44 eine verbesserte Selbstausrichtungseigenschaft verliehen wird. Wie schon oben erwähnt, sind durch Anbringung von Befestigungsplatten 150 an der Befestigungsfläche 28 zusätzliche Ausrichtungsfähigkeiten bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform können die Wechselrichtermodulen 44 mit Druckverbindern zum Anschalten ihrer Gleichstromschienen 52, 56 an die Gleichstromversorgungsschienen vom Stromrichtermodul 36 versehen sein. Wie in der Figur 7 gezeigt, ist an das untere Ende jeder Gleichstromschiene 52, 56 jedes Wechselrichtermoduls 44 ein Druckverbinder 172 bzw. 176 angeschaltet, die jeweils für den Eingriff in eine entsprechende Gleichstromschiene 160, 164 dimensioniert sind.
Wenn jedes Wechselrichtermodul 44 an der Befestigungsfläche 28 befestigt ist, greifen die Druckverbinder 172, 176 jeweils in Gleichstromschienen 164 bzw. 160 ein. Es wird in Betracht gezogen, daß damit ein vereinfachter Einbau/Austausch der Wechselrichtermodulen 44 in der Wechselstromantriebssteuereinrichtung 20 ermöglicht wird.
Es ist zu verstehen, daß, obwohl die hier offenbarte bevorzugte Ausführungsform drei Phasenbaugruppen 30 aufweist, um damit einem Wechselstrommotor Drehstrom zuzuführen, die Erfindung des Anmelders nicht auf Antriebssteuereinrichtungen mit drei Phasenbaugruppen begrenzt ist. Es wird in Betracht gezogen, daß unter verschiedenen Umständen es wünschenswert sein kann, Mehrphasen-Wechselstrommotoren zu betreiben, die mehr oder weniger als drei Phasen erfordern, und unter solchen Umständen würde eine der erforderlichen Anzahl von Phasen entsprechende Anzahl von Phasenbaugruppen benutzt werden.
Abschließend bietet die vorliegende Erfindung mehrere Vorteile gegenüber Wechselstromantriebssteuereinrichtungen des Standes der Technik. Die erforderliche Filterung von Schaltübergangsspannungen auf den Gleichstromschienen ist bereitgestellt und Streureaktanz im Schaltkreis wird reduziert. Auch stehen die Vorteile der modularen Bauweise einschließlich von vereinfachter Konstruktion, vereinfachten Prüf- und Wartungsprozeduren und der Fähigkeit, fortschrittliche Herstellungskonzepte wie Total Quality Control, Statistische Prozeßsteuerung und Zellenherstellung zur Verfügung. Auch wird für wärmeempfindliche Bauteile jedem Modul leicht Kühlluft zugeführt.
Weiterhin wird auch in Betracht gezogen, daß sowie Verbesserungen wie neue elektronische Schaltvorrichtungen und andere Bauteile verfügbar werden, bestehende Antriebssteuereinrichtungen modernisiert werden können, indem einfach die Stromrichtermodulen, Wechselrichtermodulen und/oder Filtermodulen für Modulen mit den neuen Vorrichtungen ausgetauscht werden. Abschließend ist ersichtlich, daß voraussichtlich die Wartung der Antriebssteuereinrichtung durch die modulare Bauweise sehr erleichtert wird, wobei fehlerhafte/beschädigte Modulen gegen neue oder nachgerüstete Modulen ausgetauscht werden und die beschädigten/fehlerhaften Modulen für nachfolgende Nachrüstung zum Hersteller zurückgesandt werden. Unter gewissen Umständen, wie beispielsweise an entfernt gelegenen Stellen, kann die Leichtigkeit, mit der die modularen Bestandteile ausgetauscht werden können, anstatt besonders ausgebildetes Dienstpersonal zu erfordern, eine Wartung vor Ort durch Endbenutzer ermöglichen.

Liste der Bezeichnungen

20 Antriebssteuereinrichtung
24 Träger
28 Befestigungsfläche
30 Phasenbaugruppe
32 Lüftungsraum
33 Kühlrippe
34 Vorderplatte
36 Stromrichtermodul
40 Drossel
44 Wechselrichtermodul
50 starre Rückwand
52, 56 Stromschiene
68 isolierte Abstandhalter
60, 64 Schaltvorrichtung, IGBT
72 Anschlußfahne
76 Steuerelektrodentreiberschaltung
80, 82 Leitung
86, 114 Verbinder
90 Ausgangsschiene
92 Isolierblock
94, 98, 102 elastischer Verbinder
106 Filtermodul
108 Gehäuse
110 Kondensatoren
118 Lüftungsrippe
122, 126 Filterschiene
128,132,172,176 Druckverbinder
130 Drehschiene
134 Fixierschlitz
138 Tragflansch
142, 146 Riegel
150 Befestigungsplatte
160, 164 Gleichstromschiene

Claims

1. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) mit einem Stromrichter (36) zum Umwandeln von dem Stromrichter (36) zugeführtem Wechselstrom in negative und positive Gleichspannungen;

einer Mehrzahl von Wechselrichtermodulen (44), die jeweils elektrisch mit dem besagten Stromrichter (36) verbunden sind, um die besagten positiven und negativen Gleichspannungen zu empfangen, und eine eine Phase einer Mehrphasenversorgungdarstellendeausgangswechselspannung abgeben, wobei jedes Wechselrichtermodul (44) mindestens erste und zweite elektronische Schaltvorrichtungen (60, 64) enthält, wobei die besagte erste elektronische Schaltvorrichtung (60) zwischen die besagte negative Gleichspannung und besagte eine Phase geschaltet ist und die besagte zweite elektronische Schaltvorrichtung (64) zwischen die besagte positive Gleichspannung und besagte eine Phase geschaltet ist, wobei die besagten ersten und zweiten Schaltvorrichtungen (60, 64) auf Steuersignale reagieren, um die besagten negativen und positiven Gleichspannungen abwechselnd der besagten einen Phase zuzuführen;

einem herausnehmbar zwischen besagte negative und positive Gleichspannungen geschalteten Filter (106) für jedes Wechselrichtermodul (44);

elektrischen Verbindungsmitteln zum auslösbaren Verbinden der besagten Filter (106) mit den besagten Gleichspannungen neben der Stelle, an der die besagten Schaltvorrichtungen (60, 64) mit den besagten Gleichspannungen verbunden sind, um durch die elektrische Verbindung zwischen besagten Filtern (106) und besagten Schaltvorrichtungen (60, 64) eingeführte Streureaktanz zu minimieren, und

einem Steuermodul zur Zuführung der besagten Steuersignale zu jedem Wechselrichtermodul (44).

2. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die besagten elektrischen Verbindungsmittel mindestens erste und zweite elektrisch leitfähige Klammern (128, 132) umfassen und jedes Wechselrichtermodul (44) eine die besagte negative Gleichspannung aufnehmende erste Stromschiene (52) und eine die besagte positive Gleichspannung aufnehmende zweite Stromschiene (56) enthält, wobei die besagten ersten und zweiten elektronischen Schaltvorrichtungen (60, 64) zwischen besagte Stromschiene (52, 56) und besagte eine Phase geschaltet sind, wobei die besagten ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Klammern (132, 128) elektrisch in besagte erste und zweite Stromschienen (52, 56) eingreifen.

3. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei mindestens zwei elektrisch leitfähige Klammern (132) elektrisch in besagte erste Stromschiene (52) eingreifen und mindestens zwei andere elektrisch leitfähige Klammern (128) elektrisch in besagte zweite Stromschiene (56) eingreifen.

4. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 3, wobei jede der besagten mindestens zwei Klammern (32, 128) so in ihre entsprechenden ersten und zweiten Stromschienen (52, 56) eingreifen, daß besagte elektrisch leitfähige Klammern (132, 128) die besagten Stellen, an denen besagte elektronische Schaltvorrichtungen (60, 64) an die besagten Stromschienen (52, 56) angeschaltet sind, überbrücken.

5. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei die Verbindung zwischen jeder der besagten ersten und zweiten Stromschienen (52, 56) und besagten ersten bzw. zweiten elektronischen Schaltvorrichtungen (60, 64) elastisch ist, um besagte elektronische Schaltvorrichtungen (60, 64) gegen an besagte erste und zweite Stromschienen (52, 56) angelegte mechanische Kräfte zu isolieren, wenn die besagten elektrisch leitfähigen Klammern (132, 128) in Eingriff mit den besagten Stromschienen (52, 56) gebracht werden.

6. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei besagte Verbindungen zwischen jeder der besagten ersten und zweiten elektronischen Schaltvorrichtungen (60, 64) und besagtem Phasenausgang elastisch sind, um besagte elektronische Schaltvorrichtungen (60, 64) gegen an die besagte eine Phase angelegte mechanische Kräfte zu isolieren.

7. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei besagte Stromschienen (52, 56) herausnehmbar an besagte negative und positive Gleichspannungen angeschaltet sind.

8. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei jedes Filter (106) an einem festen Drehpunkt (130) angelenkt ist, um besagte elektrisch leitfähige Klammern (128, 132) in elektrischen Eingriff mit besagten entsprechenden Stromschienen (52, 56) zu bringen, wobei der mit dem besagten festen Drehpunkt (130) verbundene mechanische Vorteil den besagten elektrischen Eingriff erleichtert.

9. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Lüf tungsraum (32) zum Verteilen von Fremdkühlluft zu jedem Wechselrichtermodul (44).

10. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei eine Phasenbaugruppe der besagten Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) folgendes umfaßt:

ein Wechselrichtermodul (44) zum Aufnehmen von positiven und negativen Gleichspannungen und Abgeben einer Ausgangswechselspannung, die eine Phase einer Mehrphasenversorgung darstellt, wobei das besagte Wechselrichtermodul (44) Mittel zum Aufnehmen einer positiven und negativen Gleichspannung und mindestens erste und zweite elektronische Schaltvorrichtungen (60, 64) enthält, wobei die besagte erste elektronische Schaltvorrichtung (60) zwischen die besagte negative Gleichspannung und die besagte eine Phase geschaltet ist und besagte zweite elektronische Schaltvorrichung (64) zwischen besagte positive Gleichspannung und besagte eine Phase geschaltet ist, wobei besagte erste und zweite Schaltvorrichtungen (60, 64) auf Steuersignale reagieren, um besagte negative und positive Gleichspannungen abwechselnd der besagten einen Phase zuzuführen;

ein herausnehmbar zwischen besagte negative und positive Gleichspannungen geschaltetes Filter (106); und

elektrische Verbindungsmittel zum auslösbaren Verbinden der besagten Filter (106) mit besagten Gleichspannungen neben der Stelle, an der besagte Schaltvorrichtungen (60, 64) mit besagten Gleichspannungen verbunden sind, um durch die elektrische Verbindung zwischen besagten Filtern (106) und besagten Schaltvorrichtungen (60, 64) eingeführte Streureaktanz zu minimieren.

11. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 10, wobei besagte Mittel zum Aufnehmen besagter positiver und negativer Gleichspannungen starre Stromschienen (52, 56) sind.

12. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 11, wobei besagte starre Stromschienen (52, 56) herausnehmbar an besagte positive und negative Spannungen angeschaltet sind.

13. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 10, weiterhin mit Mitteln (32, 33) zum Aufnehmen und Verteilen von Fremdkühlluft durch mindestens einen Teil der besagten Baugruppe.

14. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 10, wobei besagte erste und zweite elektronische Schaltvorrichtungen (60, 64) über elastische Verbinder mit besagten starren Stromschienen (52, 56) und besagtem Phasenausgang verbunden sind (86, 94, 98, 102), um besagte erste und zweite elektronische Schaltvorrichtungen (60, 64) gegen an besagte erste und zweite starre elektrische Stromschienen (52, 56) und besagten Phasenausgang angelegte mechanische Kräfte zu isolieren.

15. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei besagtes Filtermodul (106) der besagten Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) folgendes umfaßt:

ein Gehäuse (108) mit mindestens einer Lüftungsöffnung (118), damit Kühlluft im besagten Gehäuse (108) umlaufen kann;

mindestens ein elektrisches Filterelement (110) im besagten Gehäuse (108); und

mindestens zwei elektrisch leitfähige Klammern (128, 132) in elektrischer Verbindung mit besagtem elektrischen Filterelement (110), wobei jede elektrisch leitfhige Klammer (128, 132) zum Bilden einer herausnehmbaren elektrischen Verbindung zwischen besagtem mindestens einem Filterelement (110) und der besagten Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) betätigt werden kann, wobei das besagte Gehäuse (108) besagte elektrisch leitfähige Klammern (128, 132) trägt und die besagte Lüftungsöffnung (118) besagtes elektrisches Filterelement (110) trägt.

16. Wechselstromantriebssteuereinrichtung (20) nach Anspruch 15 mit mindestens einem Paar elektrischer Filterelemente (110) und einer entsprechenden Anzahl von Paaren besagter Lüftungsöffnungen (118), wobei jedes Filterelement (110) des besagten Paars von Filterelemen ten (110) horizontal neben dem anderen Filterelement (110) des besagten mindestens einen Paares liegt und an dieses anstößt, wobei die den anstoßenden Seiten gegenüberliegende Seite jedes Filterelements (110) von einem entsprechenden der besagten Paare von Lüftungsöffnungen (118) getragen wird.