DE8430060U1

DE8430060U1 - Stromrichtergerät

Info

Publication number: DE8430060U1
Application number: DE19848430060
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1985-03-07

Description

BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT

Mannheim 8. Okt. 1984

Mp.-Nr. 643/84 ZPT/P3-Pn/Bt

,_c Stromrichtergerät

Die Neuerung bezieht sich auf ein Stromrichtergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Stromrichtergerät ist aus der BBC-Druckschrift Nr. DHS 90128 D, "Veritron-Doppelstromrichter Typenreihe AAD, Dreiphasen-Anschluß, 35 A bis 875 A", 1979/80, Seite 4 bis 6 und 31 bis 32 bekannt und dient beispielsweise zur stufenlosen Drehzahlregelung von

_oc Gleichstrommotoren im Umkehrbetrieb (Treiben und Bremsen

in beiden Richtungen).

Der Leistungsteil des Stromrichtergerätes besteht aus zwei kreisstromfreien, gegenparallel geschalteten Drehstrombrücken. Bis zum mittleren Leistungsbereich sind Thyristormoduln eingebaut. Die zugehörige Steuer- und Regeleinrichtung befindet sich auf einer Großleiterplatte.

Beim bekannten Stromrichtergerät ist nachteilig, daß die Thyristormoduln auf im Innenraum eines Schaltschrankes

613/84

• . · If

befindlichen Kühlkörpern montiert sind. Hierdurch werden die teraperaturempfindlichen elektronischen Bauteile der ebenfalls im Schrankinnenraum angeordneten Steuer- und Regeleinrichtung in unnötiger Weise erwärmt. Ferner sind die Thyristorraoduln zum größten Teil einzeln verdrahtet, wodurch sich Fehler bei der Montage und bei einem Austausch nach einem Störfall ergeben können, z.B. durch § Vertauschen der Anschlußkabel. Ein Austausch einzelner defekter Thyristormoduln ist zudem zeitaufwendig und f

kompliziert, da hierzu zahlreiche Handgriffe erforder« j lieh sind. Dies hat in nachteiliger Weise große Stand» J zeiten des Stromrichtergerätes im Störungsfall zur FoI- |

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromrichtergerät der eingangs genannten Art anzugeben, das einen | schnellen Austausch defekter Baueinheiten ermöglicht und bei dem eine Schrankinnenraum-Kühlung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Neuerung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die in den Halbleitermoduln erzeugte Verlustwärme nicht in den Innenraum, sondern außerhalb des Schaltschrankes abgegeben wird. Durch die steckbare Ausführung der Leistungseinheiten ist ein schneller Austausch einer kompletten Leistungseinheit bei Defekt eines Halbleitermoduls möglich. Da auch die HilfsVerbindungen zur Steuer- und Regeleinrichtung gesteckt sind, kann auch ein Austausch der die Steuer- und Regeleinrichtung enthaltenden Leiterplatte in einfacher Weise erfolgen. Die Hilfs- und Hauptanschlüsse sind dabei verwechslungssicher ausgebildet. Die Montage und der Anschluß des Stromrichtergerätes ist ohne Werkzeug möglich.

643/0^4 : .' 3

> I III

ι · I · f

la ■ ι ■

tnviiixn ..4-,,J ~~ „U ~4- ^V, „„J „_U~—-4 ^»νι 4« Ul UlXg TV J. 1 VJ llQV^llUI/gilCUU G11111G11JIU UCl XtI

nung^n dargestellten Ausführungsform erläutert.

Ss zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf das Strorarichtergerät,

Fig. 2 einen seitlichen Schnitt durch das Stromrichtergerät.

In Fig. 1 ist eine Aufsicht auf das Stromrichtergerät dargestellt. Beim Stromrichtergerät handelt es sich um eine kreisstromfreie Drehstrombrückenschaltung für Vierquadrantenbetrieb, bestehend aus zwei potentialfrei aufgebauten Leistungseinheiten als "Starkstromteile" sowie der zugehörigen Steuer- und Regeleinrichtung mit Meßeinrichtung und integriertem Feldspeisegerät zum Antrieb eines Gleichstrommotors.

Der prinzipielle elektrische Aufbau einer derartigen kreisstromfreien Brückenschaltung ist z.B. aus dem BBC-Stromrichter-Handbuch, 1971, Seite 164 bis 167 bekannt. Je nach Drehrichtung des Gleichstrommotors ist eine der beiden Leistungseinheiten in Betrieb.

Es sind zwei nebeneinander angeordnete Kühlkörper 1 und 2 zum Aufbau der beiden Stromrichter-Leistungseinheiten sowie eine unterhalb der beiden Kühlkörper liegende Montageplatte 3 zum Aufbau der Steuer- und Regeleinrichtung, der Meßeinrichtung, des Uberspannungsschutzes und des Feldspeisegerätes vorgesehen. Das aus den beiden 3Q Kühlkörpern 1, 2 und der Montageplatte 3 zusammengesetzte Stromrichtergerät ist in seinen Außenabmessungen so dimensioniert, daß es in einen rechteckigen, strichpunktiert dargestellten Schrankausschnitt- 4 einer Schrankrückwand eingeschoben oder eingehängt werden kann, wobei eine umlaufende Randzone um den Schrankausschnitt 4 gebildet wird, in der sich Schrankrückwand und Stromrich-

643/84 : .·' «4 · j I · _:": ····

tergerät überdecken und die zur Abdichtung zwischen der Schrankrückwand und dem Stromrichtergerät sowie zur Verschraubung des Stromrichtergerätes mit der Schrankrückwand dient.

Zur Verschraubung des Stromrichtergerätes sind jeweils zwei Schnellverschlüsse 5 am oberen Rand jedes Kühlkörpers 1 und 2 sowie jeweils ein Schnellverschluß 5 am rechten und linken seitlichen Rand der Montageplatte 3 vorgesehen.

Auf jedem Kühlkörper 1, 2 sind Halbleitermodule 6 montiert. Jedes Halbleitermodul 6 enthält zwei Stromrichterventile, die wahlweise steuerbar als Thyristor oder nicht steuerbar als Dioden ausgeführt sein können. Beim Ausführrngsbeispiel handelt es sich um Module mit Thyristoren. Die in den Ventilen während des Betriebes entstehende Verlustleistungswärme wird über die metallene Bodenplatte des Moduls 6 potentialfrei auf den Kühlkörper übertragen. Die elektrischen Hauptanschlüsse der Ventile sind auf der Gehäuseoberseite des Moduls 6 frei zugänglich und über Schrauben 7 mit Stromschienen 8 verbindbar.

Jedes Halbleitermodul 6 besitzt drei extern zugängliche Hauptanschlüsse, und zwar den Anodenanschluß des ersten Ventils, den Kathodenanschluß des zweiten Ventils und den gemeinsamen Anoden-Kathoden-Anschluß beider Ventile. Daneben sind in Fig. 1 nicht dargestellte Hilfs- und Steueranschlüsse vorhanden.

Zum Aufbau einer dreiphasigen Brückenschaltung sind drei Module 6 nebeneinander auf dem Kühlkörper 1 angeordnet, wobei die Anodenanschlüsse und die Kathodenanschlüsse über eigene Stromschienen 8 jeweils miteinander verschraubt sind. Jede der Stromschienen 8 ist mit einer

643/84 j ..* .5 ; : ι..".:.;.

·■·■··■ ·■« < « it ι

eigenen Kontaktschiene 9 verbunden. Die Verbindung der beiden Schienen 8 und 9 erfolgt durch Verschweißen, Verlöten, Verschrauben oder ähnliches. Alternativ hierzu können die Schienen 8 und 9 auch aus einem Stück bestehen. Weitere Kontaktschienen 9 sind mit den Anoden-Kathoden-Anschlüssen der Halbleitermodule 6 zur Bildung der Drehstromanschlüsse der dreiphasigen Brückenschaltung verschraubt.

Jede der fünf vorgesehenen Kontaktschienen 9 besitzt an ihrem Ende ein Kontaktmesser 10, das zum Eingriff in ein auf der Montageplatte 3 aufgebautes Kontaktstück 11 geeignet ist. Zur mechanischen Stabilisierung ist jede Kontaktschiene 9 zusätzlich in einer gemeinsamen Isolierschiene 12 gehalten.

Mit jedem der fünf Kontaktstücke 11 ist über eine Anschlußschraube 13 eine Hauptschiene 14 verschraubt. Diese Hauptschienen 14 sind durch eine Meßeinrichtung 15

__ gesteckt und führen zu Hauptanschlußklemmen 16. Über die Hauptanschlußkleramen 16 sind die drei Drehstromanschlüsse und die beiden Gleichstromanschlüsse der kreisstromfreien Drehstrombrückenschaltung für Viequadrantenbetrieb mit externen Anschlußkabeln (Netzanschlüsse, Mo-

-_ toranschlüsse) verbindbar.

Die dem Kühlkörper 2 zugeordnete zweite Stromrichter-Leistungseinheit ist in gleicher Weise wie die beschriebene, zum Kühlkörper 1 gehörige erste Leistungseinheit aufgebaut. Die elektrische Verschaltung zwischen den beiden Leistungseinheiten erfolgt über insgesamt fünf isolierte Verbindungsschienen 17, und zwar sind der negative Gleichspannungsanschluß der ersten Leistungseinheit mit dem positiven Gleichspannungsanschluß der zweige ten Leistungseinheit über eine erste Verbindungsschiene, die drei Drehstromanschlüsse der ersten Leistungseinheit

643/84

mit den drei Drehstromanschlüssen der zweiten Leistungseinheit über drei weitere jeweils voneinander isolierte Verbindungsschienen und der positive Gleichspannungsanschluß der er-sten Leistungseinheit mit dem negativen Gleichspannungsanschluß der zweiten Leistungseinheit über eine fünfte Verbindungsschiene miteinander verbunden. Die fünf Verbindungsschienen 17 sind zu einem gemeinsamen Verbindungskamm zusammengefaßt.

Bei der Meßeinrichtung 15 handelt es sich um einen Meßwandler, der ohne zusätzliche externe Verdrahtung gleichzeitig zur getrennten Erfassung des über die Hauptschienen 14 fließenden Stromes und der an den Hauptschienen 14 liegenden Spannungen dient. Zum Durchschieben der Hauptschienen 14 sind Kanäle mit freier

öffnung an den Seiten der Meßeinrichtung 15 vorgesehen. Jeder Kanal ist zur Stromerfassung von einem als Eisenkern für eine Wicklung dienenden Metallring umschlossen. Für die Spannungserfassung sind die Hauptschienen 14 mit der Meßeinrichtung 15 verschraubt.

Auf der Oberseite der Meßeinrichtung 15 sind Anschlußstiftleisten 18 angeordnet, auf die eine für Steuer- und Regelzwecke vorgesehene Leiterplatte direkt aufgesteckt werden kann.

Auf der Montageplatte 3 ist desweiteren ein Feldspeisegerät 19 angeordnet (bzw. bei Anschluß mehrerer parallelgeschalteter Motore mehrere Feldspeisegeräte). Das

_3t/ Feldspeisegerät 19 dient zur Feldversorgung des vom

Stromrichtergerät gespeisten Gleichstrommotors. Es weist ein steuerbares Halbleitermodul als Feldgleichrichter, eine Stromerfassungseinrichtung für den Feldstrora und einen Zündimpulsübertrager für die Ventile des Moduls

__ auf, wobei diese Baueinheiten in einem gemeinsamen, ver-

gossenen Gehäuse zusammengefaßt sind. Auf der Gehäuse-

643/84 ; / η j ; j

• ■ I 1 J 1 ·

Oberseite ist eine Anschlußstiftleiste 20 zum externen Anschluß des Feldspeisegerätes vorgesehen. Auf diese Anschlußstiftleiste 20 kann eine Leiterplatte aufgesteckt werden, auf die zur Regelung bzw. Steuerung des Feldspeisegerätes 19 erforderliche Regel- bzw. Steuereinrichtungen sowie weitere Hilfseinrichtungen montiert sind.

Auf der Montageplatte 3 ist ferner ein Transformator 21 für die Elektronikversorgung angeordnet. Zum elektrischen Anschluß ist der Transformator 21 ebenfalls mit einer Anschlußstiftleiste versehen. In Fig. 1 ist mit gestrichelter Linienführung eine Leiterplatte 22 eingezeichnet, die zur Aufnahme der Steuer- und Regeleinrichtung des Stromrichtergerätes dient. Die Leiterplatte 22 überdeckt die Meßeinrichtung 15, das Feldspeisegerät 19, ','.en Transformator 21 und teilweise die Hauptschienen Der elektrische Anschluß der LEiterplatte 22 erfolgt direkt über Steckkontakte mit den Anschlußstiftleisten 18 und 20 sowie der Anschlußstiftleiste des Transformators 21. Für den externen Feldspeisegerätanschluß und Elektronikanschluß ist eine Hilfsanschlußklemmieiste 23 auf der Leiterplatte 22 vorhanden (steckbare Klemmleiste) .

In Fig. 2 ist ein seitlicher Schnitt durch das Stromrichtergerät dargestellt. Insbesondere ist die Befestigung des Stromrichtergerätes im Schrankausschnitt einer Schrankrückwand 24 zu erkennen. An der ünterkante der Montageplatte 3 befindet sich eine Lasche 25. Der zwischen Lasche 25 und Montageplatte 3 gebildete Spalt eignet sich zum Einschieben auf die Schrankrückwand 24.

Die Oberkante der Montageplatte 3 ist als Feder 26 zum Eingriff in eine Nut 27 in den Unterkanten der Kühlkörper 1 und 2 ausgebildet. Die Oberkanten der Kühlkörper

643/84 j .' ·8

ti) ) I ) ■

und 2 haben die Form einer Abdeckleiste 28, die nach Montage des Stromrichtergerätes den oberen Rand der Schrankrüekwand 24 abdeckt. In gleicher Weise sind auch die seitlichen Kanten des Kühlkörpers 1 und 2 mit Abdeckleisten 28 ausgebildet.

Die Abdeekleisten 28 an den Oberkanten der Kühlkörper 1 und 2 sind mit den Schnellverschlüssen 5 versehen. Jeder SchnellVerschluß 5 weist eine mit der Adeckleiste 28 verbundene Schraube 29 und eiae an der Innenseite der Schrankrüekwand 24 befestigte Mutter 30 auf. Alternativ hierzu sind Bajonettverschlüsse einsetzbar.

Auf der Isolierschiene 12 sind Impulsübertrager 31 für die Zündung der Ventile der Halbleitermoduln 6 befestigt. Diese Impulsübertrager 31 sind auf einer Leiterplatte 32 aufgebaut und besitzen Hilfsstecker 33 zur Zuleitung der entsprechenden Signalspannung von der Steuer- und Regeleinrichtung. Andererseits sind die Impulsübertrager mit den nicht dargestellten Hilfs- und Steueranschlüsse der Halbleitermoduln 6 verbunden.

Die Kontaktstücke 11 sind über Isolierplatten 35 an der Montageplatte 3 befestigt. Der Anschluß der Hauptschie-._ nen 1 und der Verbindungsschienen 17 an die Kontaktstücke 11 erfolgt über Distanzhülsen 3¹J.

Auf der mit Elektronik-Baueinheiten für Steuer- und Regelzwecke bestückten Leiterplatte 2 sind neben der für den externen elektrischen Elektronik-Anschluß vorgesehenen Hilfsanschlußklemmleiste 23 mehrere Hilfsstecker 36 angeordnet, die mit den Hilfssteckern 33 der Impulsübertrager 31 verbindbar sind. Um ein Vertauschen der Hilfsstecker 33 und 36 zu verhindern, sind die einander zugegg ordneten Steckerpaare jeweils verwechslüngssicher ausgebildet.

643/84 : .· 9 : :

Auf der Montageplatte 3 können unterhalb der Hauptschienen 14 Widerstände oder Kondensatoren 38 für den Überspannungsschutz angeordnet sein. Desweiteren ist in Fig. 2 ein potentialfreier Kühlkörper 39 für das FeIdspeisegerät 19 zu erkennen. Dieser Kühlkörper 39 dient zur Verlustleistungsabfuhr des steuerbaren Halbleitermoduls des Feldspeisegerätes 19. Sowohl die Kühlkörper 1 und 2 der Leistungseinheiten als auch der Kühlkörper 39 des Feldspeisegerätes sind verrippt und für natürliche oder forcierte Luftkühlung geeignet. Die dadurch erzielte Schrankaußenkühlung hat den Vorteil, daß sich die temperaturerapfindlichen elektronischen Baueinheiten, mit denen beispielsweise die Leiterplatte 22 bestückt ist, im relativ kühlen Schrankinnenraum befinden, während die

,_c Verlustwärmeabfuhr außerhalb des Schrankes erfolgt.

In Fig. 2 ist weiterhin dargestellt, daß die Hauptanschlußklemmen 16 über Isolatoren 40 an der Montageplatte 3 befestigt sind. Hierdurch ergibt sich eine stabile mechanische Verbindung der an die Hauptanschlußklemmen 16 anzuschraubenden externen Anschlußkabel·

Zur Montage des Stromrichtergerätes wird zuerst die komplett bestückte Montageplatte 3 mit ihrer Lasche 25 auf .._ die Unterkante des Schrankausschnittes 4 der Schrank-

rückwand 24 aufgeschoben. Die seitlichen Ränder der Montageplatte 3 überdecken dabei die Schrankrückwand 24. Anschließend wird die Montageplatte 3 mit Hilfe der beiden seitlichen Schnellverschlüsse 5 mit der Schrankrückwand 24 fest verbunden. In einem nächsten Schritt wird die Nut 27 des komplett bestückten Kühlkörpers 1 auf die Feder 26 der Montageplatte 3 aufgesteckt. Gleichzeitig rasten die Kontaktmesser 10 in die Kontaktstücke 11 der Montageplatte 3 ein. Danach erfolgt die Befestigung des Kühlkörpers 1 mit Hilfe der an der Abdeckleiste 28 angeordneten Schnellverschlüsse 5. Der komplett bestückte

Kühlkörper 2 wird anschließend in gleicher Weise wie der Kühlkörper 1 montiert. Abschließend erfolgt die Kontaktierung der Hilfsstecker 33 und 36 sowie der Hilfsanschlußklemmleiste 23·

Zur Auswechslung einer defekten Leistungseinheit infolge eines fehlerhaften Halbleitermoduls ist jeweils nur der entsprechende Kühlkörper 1 oder 2 nach Lösen der Schnellverschlüsse auszubauen und durch einen komplett bestückten Austausch-Kühlkörper zu ersetzen. Die Reparatur der defekten Leistungseinheit erfolgt dann zeitlich und örtlich unabhängig vom Geräteaustausch. Hierdurch ergeben sich sehr kurze Stillstandszeiten des Stromrichtergerätes im Störungsfall.

In ähnlich schneller Art und Weise sind auch die weiteren Baueinheiten des Stromrichtergerätes, wie Feldspeisegerät 19 und Leiterplatte 36 im Störungsfall austauschbar. Zum Austausch eines defekten Feldspeisegerätes 19 ist lediglich die auf die Anschlußstiftleiste 18, 20 gesteckte Leiterplatte 22 abzuziehen, wonach sich die Verschraubung des Feldspeisegerätes 19 mit dem Kühlkörper 39 leicht lösen läßt. Zum Austausch einer defekten Leiterplatte 22 sind nur die Anschlüsse an der Hilfsanschlußklemmleiste 23 und die Hilfsstecker 33 abzuziehen und die Leiterplatte 22 von den Anschlußstiftleiste i8, 20 zu lösen.

Claims

643/84 Ansprüche

1. Stromrichtergerät mit mindestens einer einen Kühlkörper mit Halbleitermoduln aufweisenden Leistungseinheit und einer auf einer Leiterplatte aufgebauten Steuer- und Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einen Schrankausschnitt einer Schrankrückwand einhängbare und mit der Schrankrückwand verbindbare Montageplatte (3) vorgesehen ist, die die steckbare Leiterplatte für die Steuer- und Regeleinrichtung (22) sowie mehrere Hauptanschlußklemmen (16), Hauptschienen

(14) und Kontaktstücke (11) zum Anschluß der Leistungseinheit trägt, daß die Anschlüsse der Halbleitermoduln (6) mit K;ntaktschienen (9) verbunden sind, deren Kontaktmesser ilO) in die Kontaktstücke (11) der Montageplatte (3) greifen und daß der Kühlkörper (1,2) auf die Montageplatte (3) aufsteckbar und mit der Schrankrückwand verbindbar ist.

2. Stromrichtergerät nach Anspruch 1, dadurch ge- -_c kennzeichnet, daß der Kühlkörper (1,2) an seiner Unter-

kante mit einer Nut (27) und die Montageplatte (3) an ihrer Oberkante mit einer Feder (26) versehen sind.

3. Stromrichtergerät nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (3) an ihrer Unterkante mit einer Lasche (25) versehen ist.

4. Stromrichtergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante des Kühlkörpers (1,2) mit einer Abdeckleiste (28) versehen ist.

643/84 ' .' ·12: ί : . ,··, :,\

5. Stromrichtergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen Schrankrückwand und Montageplatte (3) sowie zwischen Schrankrückwand und Kühlkörper (1,2) Schnell-

g verschlüsse (5) vorgesehen sind.

6. Stromrichtergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von zwei und mehr Leistungseinheiten mit jeweils eigenen Kühlkörpern weitere Kontaktstücke (11) auf der Montageplatte (3) angeordnet sind, die über Verbind^ngsschienen (17) an die Hauptschienen (14) angeschlossen sind.

7· Stromrichtergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Strom- und Spannungserfassung geeignete Meßeinrichtung (15) über die Hauptschienen (14) geschoben ist.

8. Stromrichtergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldspeisegerät (19) sowie weitere Hilfseinrichtungen (21,38) auf der Montageplatte (3) angeordnet sind.

9- Stromrichtergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine steckbare Hilfsanschlußklemmleiste (23) auf der Leiterplatte (22) angeordnet ist und die elektrische Verdrahtung zwischen den einzelnen Baueinheiten (15,19,31) jeweils über verwechslungssichere Steckanschlüsse (18,20,33) erfolgt.