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DE8909246U1 - Induktionsarme Kondensatorbatterie - Google Patents

Induktionsarme Kondensatorbatterie

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DE8909246U1
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DE
Germany
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capacitor
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plastic
plates
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DE8909246U
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01G4/002—Details
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    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
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    • H01G4/40—Structural combinations of fixed capacitors with other electric elements, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
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  • Power Engineering (AREA)
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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

89 &thgr; 3 3 7 5 OE
Siemens Aktiengesellschaft
Induktionsarme Kondensatorbatterie
5
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatorbatterie mit mehreren an einer Tragplatte angebrachten Kondensatoren, die elektrisch in Reihe und/oder parallel gesensitet sind*
HO Eir.e derartige Kondensatorbatterie wird bei Spanrnrngszwischenkreis-usariehtetn ©ingesetzt. Sei dar &y3föhrurv@«sfoxm des? bekennten Kondensatorbatterie sind die Kondensatoren jeweils mittels f~. einer Halterung hängend mit der Tragplatte verbunden. Die elek- *v y txische Verbindung ü£? Kondensatoren untereinander zu Reihenurvi/cder Parallelschaltungen erfolgt mittels Stromschienen. Diess Stromschienen werden mit den Ko- ^jnsatoren versch^aubt, da als Kondensatoren Becher-Elektrolyt-Kondensatoren mit Schraubanschlüssen verwendet werden. Elektrisch parallel zu den Kondensatoren bzw. ihren Schraubanschlüssen sind Beschaltungselemente, wie z.B. Widerstände, geschaltet. Eine derartig aufgebaute Kondensatorbatterie ist für einige Umrichtertypen nicht induktionsarm genug.
/\ Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Kondensatorbatterie derart weiterzubilden, daß man eine ( . induktionsarme Kondensatorbatterie erhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Tragplatte ein Stapel aus Metallplatten und flächenmäßig größeren Kunststoffplatten vorgesehen ist, wobei Jeweils zwischen zwei Metallplatten eine Kunststoffplatte angeordnet ist, und daß die Kunststoffplatten mit einer Anzahl von Bohrungen und die Metallplatten mit zu den Bohrungen der Kunststoffplatten korrespondierenden Bohrungen und Aussparungen versehen sind.
Durch die Verwendung eines Stapels aus Metallplatten und Kunststoffplatten als Tragplatte, wobei die Metallplatten gleichzeitig als Stromschienen zur elektrischen Verbindung der Konden-( ) satoren zu Reihen- und/oder Parallelschaltungen dienen, erhält
Ur 2 Bim / 14.07.1989
89 6 3 3 7 5 OE
man eine induktionsarme Ausführungsform der bekannten Kondensatorbatterie.
Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Kondensatorbatterie sind bei der Verwendung von Becher-Elektrolyt-Kondensatoren mit Schraubanschlüssen Kunststoffscheiben vorgesehen, deren Durchmesser kleiner sind als die Durchmesser der Aussparungen der Metallplattsn. Durch eile Verwendung c?feser scheibenförmigen Isolierstueke werden jeweils die Luft- und Kriechstrecken zwisehen den Metallplatten und den Anschlüssen der Kondensatoren wesentlich verlängert. Dadurch kann die an der Kondensatorbatterie anstehende Spannung erhöht werden bzw. bei gleicher Spannung die Kondensatorbatterie platzsparender aufgebaut werden. Außerdem werden die Metallplatten zueinander und zu den Kondensatoren mechanisch fixiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Kondensatorbatterie ist als Tragplatte eine doppeltkaschierte Leiterplatte vorgesehen, deren flächenmäßig kleineren Kupferkaschierungen jeweils wenigstens eine Anschlußfläche für die Kondensatoren bilden und jeweils mit einer Stromschiene elektrisch leitend verbunden sind, und sind als Kondensatoren Elektrolyt-Kondensatoren mit Löt- ·;■ stiften vorgesehen.
§, 25 Durch die Verwendung der doppeltkaschierten Leiterplatte werden % &igr; \ die Kondensatoren getragen und miteinander zu Reihen- und/oder ; Parallelschaltungen verschlsnt. Durch die Verwendung von Elek-"· trolyt-Kondensatoren mit Lötstiften verringert man einerseits das Bauvolumen der Kondensatorbatterie und andererseits das Gewicht der Kondensatorbatterie. Somit erhält man eine induktionsarme Kondensatorbatterie in Modulbauweise, wobei man zur Erhöhung eines ZwischenkrelskondensatcTS mehrere dieser Kondensatormodule nur elektrisch parallel schalten muß.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieses Kondensatormoduls fällt eine Kante Jeweils einer Kupferkaschierung mit einer Kante der Leiterplatte zusammen, wobei diese Kanten der Leiterplatte einander gegenüber angeordnet sind, so daß die Leiterplatte mit
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tt tee t^ * st «a den Kondensatoren zwischen zwei Stromschienen angeordnet werden kann. Dadurch verlängert sich erstens die Luft- und Kriechstrekke zwischen den Stromschienen wesentlich und zweitens kann diese J:. bestückte Leiterplatte vibrations-und rüttelfest angeordnet werden. Außerdem wird Jede Kupferkaschierung der Leiterplatte von einem Rand umringt, wodurch sich die Luft- und Kriechstrekke zwischen den Kupferkaschierungen auf der Ober- und Unterseite i der Leiterplatte verlängert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kondensator-Sioduls sind auf der Leiterplatte Besehaltungselemente der Kondensatoren angeordnet. Mit Hilfe dieser Besehaltungselemente kp.nn eine gleichmäßige Spannungsaufteilung an den elektrisch in Reihe und/oder parallelgeschalteten Kondensatoren erreicht werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kondensatorbatterie schematisch veranschaulicht sind. 20
Figur 1 zeigt ein Ersatzschaltbild dreier elektrisch in Reihe
geschalteter Kondensatoren in
Figur 2 ist ein Ausschnitt aus einer ersten erfindungsgemäßen
Kondensatorbatterie dargestellt,
Figur 3 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine zweite erfin-( dungsgemäße Kondensatorbatterie,
Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Figur 3 und Figur 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der zweiten erfindungsgemäßen Kondensatorbatterie. 30
In Figur 1 ist ein Ersatzschaltbild dreier elektrisch in Reihe geschalteter Kondensatoren 2, 4 und 6 dargestellt. Jeder dieser drei Kondensatoren 2, 4 und 6 kann jeweils aus einer Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren bestehen. Jedem Kondensator 2, 4 und 6 kann eine antiparallele Diode 8, 10 und 12 und/oder
einen Widerstand 14, 16 und 18 parallelgeschaltet werden. Da ' die Möglichkeit besteht, sind diese Besehaltungselemente 8, 10, 12, 14, 16 und 18 jeweils durch eine unterbrochene Linie darge- C stellt. Die verbindungssteilen der Kondensatoren untereinander ;
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und die Verbindungsstellen mit einer Gleichspannungsquelle sind beginnend beim positiven Pol, gekennzeichnet durch £), fortlaufend in Richtung des negativen Pols, gekennzeichnet durch Q, mU folgenden Bezugszeichen 20, 22, 24 und 26 versehen. Mittels tier Widerstände 14, 16 und 18 wird die aus einer aus Ubersichtlichkeltsgründen nicht dargestellte Gleichspannungsquelle anstehende Gleichspannung gleichmäßig auf die drei Kondensatoren 2, 4 und 6 verteilt. Zusätzlich zu den Widerständen 14, 16 und 18 können noch die Dioden 8, 10 und 12 elektrisch parallel geschaltet werden. Diese Dioden 8, 10 und 12 ermöglichen es, daß trotz unterschiedlicher Kapazitätswerte der drei Kondensatoren bzw. der drei Parallelschaltungen, bestehend aus &eegr; Kondensatoren, die Kondensatorbatterie schnell entladen werden kann, ohne dabei einen Schaden zu erleiden bzw. zu explodieren.
Das in dieser Figur 1 dargestellte Ersatzschaltbild einer Kondensatorbatterie ist beispielsweise mittels eines Stapels 28 aus Metallplatten 30, 32, 34 und 36 und flMchenmäßig größeren Kunststoffplatten 38, 40 und 42 realisiert und ein Ausschnitt dieses Stapels 28 ist in der Figur 2 dargestellt. Außerdem besteht der Kondensator 2 bzw. 4 bzw. 6 aus einer Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren, von denen in der Ausschnittsdarstellung gemäß Figur 2 nur ein Kondensator dargestellt ist. Als Kondensator ist ein Becher-Elektrolyt-Kondensator 44 mit Schraubanschlüssen 46 und 48 vorgesehen, die jeweils mittels einer Schraube 50 bzw. 52 mit der Metallplatte 36 bzw. 30 elektrisch leitend verbunden sind. In Abhängigkeit der Veschlenung des Kondensators, wird dieser mit Schrauben 50 und 52 unterschiedlicher Längen mit entsprechenden Metallplatten 30 bzw. 32 bzw.
34 bzw. 36 verbunden, in dem die Schrauben durch die Metallplatten 30, 32, 34 und 36 in die Schraubanschlüsse 46 und 48 geschraubt werden. Die Verbindungsstellen 20, 22, 24 und 26 im Ersatzschaltbild nach Figur 1 entsprechen bei der Realisierung den Metallplatten 30, 36, 34 und 32. Zwischen zwei Metallplatten 30 und 32 bzw. 32 und 34 bzw. 34 und 36 ist jeweils eine Kunststoffplatte 38 bzw. 40 bzw. 42 angeordnet, die flächenmäßig großer sind als die Metallplatten 30, 32, 34 und 36. Dadurch werden die Luft- und Kriechstrecken zwischen zwei benachbarten
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• If
5· ;
\ ' 1 Metallplatten 30, 32 bzw. 32, 34 bzw. 34, 35, die jeweils ein anderes Potential aufweisen, wesentlich vergrößert.
Die Kunststoffplatten 38, 40 und 42 sind mit einer Anzahl von Bohrungen versehen, wobei in Figur 2 nur zwei Bohrungen 54 und 56 für die Schraubanschlüsse 46 und 48 des Becher-Elektrolyt-Kondensators 44 dargestellt sind. Die Metallplatten 30, 32, und 36 sind mit zu den Bohrungen 54 und 56 der Kunststoffplatten 38, 40 und 42 korrespondierenden Bohrungen 58 und 60 und Aussparungen 62 und 64 versehen. Durch die Anordnung der Metallplatten 30, 32, 34 und 36 und der Kunststoffplatten 38, 40 und 42 zu einem Stapel 28 sind die Bohrungen 54, 56 und die korrespondierenden Bohrungen 58, 60 und die Aussparungen 62, 64 fluchtend angeordnet. Dabei ist der Durchmesser jeder Bohrung 54 und 56 der Kunststoffplatten 38, 40 und 42 größer als der Durchmesser jeder zur Verschraubung des Becher-Elektrolyt-Kondensators 44 verwendeten Schraube 50 und 52. Die Durchmesser der korrespondierenden Bohrungen 58 und 60 der Metallplatten 30, 32, 34 und 36 sind jeweils annähernd gleich der Durchmesser der Schraubanschlüsse 46 und 48 des Becher-Elektrolyt-Kondensators 44. Die Durchmesser der Aussparungen 62 und 64 der Metallplatten 30, 32, 34 und 36 sind jeweils wesentlich größer als die Durchmesser der Bohrungen 54 und 56 der Kunststoffplatten 38, 40 und 42. Dadurch vergrößern sich die Luft- und Kriechstrecken zwischen den einzelnen Metallplatten 30, 32, 34 und in den Bohrungen 62 und 64.
In der dargestellten Ausschnittsvergrößerung entspricht die Metallplatte 30 der Verbindungsstelle 20 des Ersatzschaltbildes nach Figur 1 und die Metallplatten 32, 34 und 36 den Verbindungsstellen 26, 24 und 22. Der dargestellte Becher-Elektrolyt-Kondensator 44 ist einer mehrerer parallelgeschalteten Kondensatoren, wobei clese Parallelschaltung durch den Kondensator 2 nach Figur 1 dargestellt ist. Somit ist der Becher-Elektrolyt-Kondensator 44 mit den Metallplatten 30 und 36 mittels der Schrauben 52 und 54 mechanisch verbunden. Für die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Schraubanschlüssen 46 und 48 des Becher-Elektrolyt-Kondensators 44 und den Metallplatten 36 und 30 ist
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) 1 zwischen der Metallplatte 30 und dem Schraubanschljü >o ein Diitanzstück 70 aus elektrisch leitendem Material vorgesehen, wobei der Schraubanschluß 46 direkt mit der Metallplatte 36 elektrisch leitend verbunden ist. Außerdem sind zwischen den Metallplatten 32, 34 und 36 und dem Distanzstück 70 mehrere Kunststoffscheiben 68 angeordnet, wodurch die Luft- und Kriechstrecken zwischen den Metallplatten 32, 34 und 36 in der Bohrung 64 wesentlich verlängert wird und diese Metallplatten 32, ji\ und 36 mechanisch zueinander und zum Distanzstück 70 fixiert sind.
Durch diese Ausgestaltung des Stapels 28 erhält man eine Induktionsarme Kondensatorbatterie, die einfach hergestellt werden > kann. Dabei dient der Stapel 28 als Verschienung der Becher-Elektrolyt-Kondensatoren 44 der Kondensatorbatterie und als deren Tragplatte.
In Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine zweite erfindungsgemäße Kondensatorbatterie dargestellt. Diese Kondensatorbatterie enthält als Tragplatte eine doppeltkaschierte Leiterplatte 72 auf der mehrere Elektrolyt-Kondensatoren 74 in zwei Reihen angeordnet sind. Räumlich parallel zu diesen Elektrolyt-Kondensatoren 74 sind Beschaltungselemente angeordnet, die im Ersatzschaltbild nach Figur 1 mittels einer unterbrochenen Linie dargestellt sind.
Die Kupferkaschierung 76 auf der Oberseite 78 der Leiterplatte \ 72, die flächenmäßig kleiner ist als die Leiterplatte 72, 'st derart ausgebildet, daß zwei Anschlußflächen 80 und 82 vorhanden sind. Somit sind jeweils die drei Elektrolyt-Kondensatoren 74 einer Reihe elektrisch parallel geschaltet. Auf der Unterseite 84 der Leiterplatte 72 bildet die flächenmäßig Kleinere Kupferkaschierung 86 auch zwei Anschlußflächen 88 und 90, von denen in der Figur 4 nur die Anschlußfläche 90 dargestellt ist, die deckungsgleich zu den Anschlußflächen 80 und 82 der Oberseite 78 der Leiterplatte 72 angeordnet sind (Figur 4). Die Elektrolyt-riondensatoren 74 bzr. Metallschicht-Kondensatoren sind
mittels Lotstiften 92 mit den Anschlußflächen 80, 82 der Oberseite 78 und den Anschlußflächen 88, 90 der Unterseite 84 verlotet. Die Anschlußflachen 80 und 82 der Oberseite 78 der Lei-/ \ terniatte 72 sind mittels sinsr Stromschiene 94 s
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parallelgeschaltet. Die Anschlußflächen 88 und 90 der Unterseite 84 der Leiterplatte 72 sind mittels einer Stromschiene 96
elektrisch parallel geschaltet (Figur 4). Dabei sind die Stromschienen 94 und 96 gemäß Figur 4 deckungsgleich zueinander auf
der Ober- bzw. Unterseite 78 bzw. 84 angeordnet. In Figur 5 ist
eine weitere Variante der Anordnung der Stromschienen 94 und 96
dargestellt.
8 Durch diese Ausgestaltung der Kondensatorbatterie erhält man 1
ebenfalls einen induktionsarmen Aufbau, der modular aufgebaut %
ist. Es besteht nun die Möglichkeit, diesen Kondensatormodul |
mit einem Kunststoffgehäuse zu versehen. Beim Aufbau eines ft
s Zwischenkreiskondensators können dann mehrere solcher Konden- f;
satormodule elektrisch in Reihe und/oder parallelgeschaltet .]
werden. Da diesem Kondensatormodul Elektrolyt-Kondensatoren 74 ~\ mit Lotstiften 92 verwendet werden, können auf einer Leiterplatte 72 viele Elektrolyt-Kondensatoren 74 beliebig räumlich |i zueinander angeordnet werden, wodurch ein kompakter Kondensator- % modul entsteht. '-'

Claims (7)

89 &bgr; 3 3 7 S OE • fft · · · · • »&Ogr; · «· ff · Schutzansprüche
1. Kondensatorbatterie mit mehreren an einer Tragplatte angebrachten Kondensatoren (2, 4, 6), die elektrisch in Reihe und/
5 oder parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet , daß als Tragplatte ein Stapel (28) aus Metallplatten (>O? 32, 34, 36) und flSchenmSßig größeren Kunststoffplatten (38, 40, 42) vorgesehen ist, wobei jeweils ^Ischen zwei Metallplatten (3Oj. 32f 32. 34j 34, 36) eine Kunststoff-IQ platte (38, 40* 42) angeordnet ist, und ds8 die Kunststoffplatten (38, 40, 42) mit einer Anzahl von Bohrungen (54, 56) und die Metalipiatten (30, 32, 34, 36) mit zu den Bohrungen (54, 56) ( der Kunststoffplatten (38, 40, 42) korrespondierenden Bohrungen v (58, 60) und Aussparungen (62, 64) versehen sind. 15
2. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Kondensator (2, 4, 6) ein Becher-Elektrolyt-Kondensator (44) mit Schraubanschlüssen (46, 48) vorgesehen ist.
3. Kondensatorbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schraubanschlüsse (46, 48) der Becher-Elektrolyt-Kondensatoren (44) mit Kunststoffscheiben (68) versehen sind, deren Durchmesser kleiner sind als die Durchmesser der Aussparungen (62, 64) der Metallplatten (30, 32, 34, 36).
4. Kondensatorbatterie mit mehreren an einer Tragplatte angebrachten Kondensatoren (2, 4, 6), die elektrisch in Reifte und/ oder parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet , daß als Tragplatte eine doppeltkaschierte Leiterplatte (72) vorgesehen ist, deren flächenmäßig kleineren Kupferkaschlerungen (76, 86) Jeweils wenigstens eine Anschlußfläche (80, 82, 88, 90) für die Kondensatoren (2, 4, 6) bilden und jeweils mit einer Stromschiene (94, 96) verDunden sind, und daß als Kondensatoren (2, 4, 6) Elektrolyt-Kondensatoren (74) mit Lötstiften (92) vorgesehen sind.
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Oi · J >Jf &igr; «a · ·
5. Kondensatorbatterie nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet , daß auf der Leiterplatte (72) Beschaltungselemente (8, 10, 12, 14, 16, 18) der Kondensatoren (2, 4, 6) angeordnet sind. 5
6. Kondensatorbatterie nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet , daß als Beschaltungselemente (8, 10, 12, 14» Iß, 18) Dioden (8, 10, 12) vorgesehen sind.
7. KondensatoTystterie nach Anspruch 53 dadurch
gekennzeichnet , daß als Beschaltungselemente (8, 10, 12, 14, 16, 18) Widerstände (14, 16, 18) vorgesehen
, . sind,
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