AT212941B - Gleichrichteranlage mit Einkristall-Halbleiterzellen - Google Patents

Description

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  Gleichrichteranlage mit Einkristall-Halbleiterzellen 
Gleichrichteranlagen zur Durchführung elektrochemischer Prozesse müssen in der Lage sein, bei verhältnismässig niedrigen Spannungen sehr hohe Ströme zu liefern. Man bezeichnet derartige Einrichtungen auch als Hochstromgleichrichteranlagen. Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades ist es erwünscht, die induktiven und ohmschen Widerstände innerhalb derselben möglichst klein zu halten. Die Länge der Gleichstromleitungen wird praktisch bestimmt durch den konstruktiven Aufbau der betreffenden Verbraucheranlage. Es besteht aber die Möglichkeit, innerhalb der Gleichrichteranlage selbst die Länge der Drehstromleitungen so klein als möglich zu halten. 



   Ohne Berücksichtigung der bei hohen Strömen auftretenden Stromverdrängung ist z. B. in der Sternpunktschaltung mit Saugdrossel der erforderliche gesamte Drehstromschienenquerschnitt das 1, 73-fache des Schienenquerschnittes eines Gleichstrompols. Bei der Brückenschaltung steigt dieser Aufwand auf das 2, 45-fache und auf das 3,46-fache, wenn die Brückenverzweigung z. B. im Transformator mit der magnetischen Spannungssteuerung über Transduktoren untergebracht ist. Aus diesen Zahlen ergibt sich schon im Hinblick auf das Kupfergewicht die Forderung nach möglichst geringer Leitungslänge. 



   Man hat diese Aufgabe zum Teil schon dadurch gelöst, dass man die erforderlichen Selengleichrichter innerhalb des Gehäuses, also unter Öl, betrieben hat. Die Anbringung der Gleichrichterelemente an einem derart unzugänglichen Ort kann unter Umständen statthaft sein, weil die Selengleichrichter selbstheilend sind bzw. bei Defekten wenigstens ihre Sperrwirkung behalten. 



   In jüngerer Zeit haben sich einkristalline Gleichrichterelemente auf Germanium- und Siliziumbasis sehr stark in den Vordergrund geschoben, da diese einen geringeren Raumbedarf und einen hohen Wirkungsgrad haben. Im Gegensatz zu den anfangs erwähnten Selengleichrichtern haben diese neuen Halbleiterzellen jedoch die Eigenschaft, bei Defektwerden Kurzschlüsse zu bilden. Dies bedeutet, dass es unzweckmässig ist, diese Gleichrichter im Inneren des Transformatorkessels unter Öl zu betreiben, da dann nur sehr schlechte Auswechslungsmöglichkeiten bestehen. Es war daher wünschenswert, die Vorteile einer leichten Auswechselbarkeit der Gleichrichterzellen und einer möglichst kurzen Leitungsführung miteinander zu verbinden. 



   Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Gleichrichterzellen in Öffnungen der Transformatorgehäusewand dicht abschliessend eingesetzt sind. 



   Fig. 1 stellt eine Gleichrichteranlage mit Transformator insbesondere für die Versorgung elektrochemischer oder anderer Hochstromverbraucher schematisch dar, deren Gleichrichterzellen auf Einsatzplatten 2 lösbar angebracht sind, die auf ihrer Rückseite mit Kühlrippen versehen und in die Transformatorwand so eingesetzt sind, dass die Kühlrippen in das Kühlmittel des Transformators,   z. B. Öl,   eintauchen. Auf den Einsatzplatten 2 werden die Gleichrichterzellen 1 vorteilhaft mittels Gewindebolzen befestigt, die in Blindbohrungen der Platten 2 eingeschraubt werden. Es ist dann möglich, Gleichrichterzellen auszuwechseln, ohne dass das Transformatorgehäuse geöffnet wird. 



   Fig. 2 stellt eine Gleichrichter-Brückenschaltung dar, bei der beispielsweise der Minuspol direkt mit dem Gehäuse verbunden sein kann. Es ist hiebei allerdings notwendig, dass die Abzweigungsleitungen 4 zur zweiten Gleichrichtergruppe isoliert durch die Gehäusewand nach aussen hindurchgeführt werden. Die zum positiven Pol führenden Gleichrichterzellen sind für jede Phase auf einer besonderen Einsatz- 

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 platte 5 montiert, die wieder isoliert in die Gehäusewandung 3 eingesetzt ist. Die strichlierte Linie soll in dieser und den folgenden Figuren die Gehäusewand 3 schematisch darstellen, die Primärwicklungen sind in allen Fällen weggelassen, da sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ohne Belang sind. 



   Fig. 3 stellt gleichfalls eine einfache Brückenschaltung dar, wobei jedoch gegenüber Fig. 2 in den beiden Zweigen jeder Phase Gleichrichterzellen mit entgegengesetzten Durchlassrichtungen verwendet sind. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die von den Abzweigungspunkten kommenden Leitungen des Transformators im Innern desselben zu den Gleichrichterzellen 6 und 7 geführt werden können, es ist also keine Durchführung an der Gehäusewand erforderlich. Ein geringer Nachteil ist lediglich darin zu sehen, dass diese Gleichrichterzellen auf der negativen Seite phasenmässig getrennt auf Einzelplatten 8 und voneinander isoliert in die Wand des Transformatorgehäuses eingebaut werden müssen. 



   Die Gleichrichterzellen müssen jedoch nicht alle in einer Gehäusewand eingesetzt werden, sondern können auch an zwei oder mehreren Wänden angebracht sein. Fig. 3a zeigt diesen Fall für die bereits in Fig. 2 und 3 erwähnte Brückenschaltung. Elektrisch gesehen ist diese Schaltung derjenigen von Fig. 3 völlig gleichwertig, bietet jedoch unter Umständen hinsichtlich der Verbindungen mit einer Verbraucheranlage konstruktive Vorteile. 



   Fig. 4 zeigt schematisch die bekannte Doppelsternschaltung mit Saugdrossel 9 in der normalen Aufbauform. Jede einer Phase zugehörige Gleichrichtergruppe befindet sich auf einer Einsatzplatte, die isoliert in der Gehäusewand eingesetzt ist. 



   Die gleiche elektrische Schaltung ist in Fig. 5 unter Verwendung von Gleichrichterzellen in umgekehrter Durchgangsrichtung dargestellt. Diese Schaltung bietet den Vorteil, dass sämtliche Gleichrichter auf einer gemeinsamen Einsatzplatte 10 befestigt sind, so dass ausserdem die Möglichkeit besteht, diese Einsatzplatte, die den positiven Pol der Anlage darstellt, gegebenenfalls mit der Gehäusewand leitend zu verbinden und den negativen Pol isoliert   durchzuführen.   Es kann jedoch auch der negative Pol mit dem Gehäuse verbunden und die Einsatzplatte isoliert befestigt werden. Diesen Vorteilen gegenüber hat die Schaltung den Nachteil, dass 2 mal 3 Phasenleitungen 13 zu den Gleichrichtern isoliert durch die Gehäusewand hindurchgeführt werden müssen. 



   Fig. 6 zeigt eine Gleichrichteranlage für besonders hohe Leistungen, wobei sich jede einzelne Phase auf einem einzelnen Transformatorkern befindet und in einem getrennten Gehäuse untergebracht ist. 



  Schaltungsgemäss ist wiederum eine Doppelsternschaltung mit Saugdrossel dargestellt, jeder Einzeltransformator weist zwei isolierte Einsatzplatten 11 auf. 



   Fig. 7 zeigt eine Doppelsternschaltung mit Saugdrossel 9 für erhöhte Gleichspannung mit doppelten Sternwicklungen auf jeder Seite und diesen jeweils zugeordneten Gleichrichtern. Jede der gezeigten zwölf Einsatzplatten 12 ist isoliert im Transformatorgehäuse 3 befestigt.

Claims (1)

1. Die vorliegende Schilderung verschiedener Schaltungsmöglichkeiten erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, sondern es sind selbstverständlich alle Schaltungen durchführbar, die von andern Gleichrichterarten her bekannt sind.

   Ausserdem ergeben sich weitere konstruktive Lösungsmöglichkeiten dadurch, dass ein Teil der Gleichrichterzellen mit Durchlassrichtung vom Innern des Transformators nach aussen und ein anderer Teil mit Durchlassrichtung von aussen nach dem Innern des Transformators angeordnet wird.

   Bei Halbleitergleichrichtern ist es üblich, zur Vermeidung unzulässig hoher Spannungsspitzen zu den Gleichrichterzellen Kondensatoren oder RC-Glieder parallelzuschalten. Es kann zweckmässig sein, diese Teile mit den Einsatzplatten zu einem grösseren Bauelement zu verbinden.

   In vielen Fällen wird es ausserdem vorteilhaft sein, die bei Hochstromgleichrichteranlagen notwendigen Schutzeinrichtungen, z. B. besonders flinke Niederspannungssicherungen oder Kurzschliesser, ebenfalls mit der Einsatzplatte zu verbinden oder wenigstens in der Nähe derselben an der Aussen- oder Innenwand des Transformatorgehäuses zu befestigen.

   PATENTANSPRÜCHE : 1. Gleichrichteranlage mit Einkristall-Halbleiterzellen z. B. auf Germanium-oder Siliziumbasis, insbesondere für die Versorgung elektrochemischer oder anderer Hochstromverbraucher, dadurch ge- kennzeichnet, dass dieGleichrichterzellen in Öffnungen der Transformatorgehausewand dicht abschliessend eingesetzt sind.

   2. Gleichrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterzellen auf Einsatzplatten lösbar angebracht sind, die auf ihrer Rückseite mit Kühlrippen versehen und in der Transformatorwandung so eingesetzt sind, dass die Kühlrippen in das Kühlmittel des Transformators, z. B. Öl, eintauchen. <Desc/Clms Page number 3>

   3. Gleichrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wandflächen des Transformatorgehäuses mit Gleichrichterzellen bestückt sind.

   4. Gleichrichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Dämpfungskondensatoren zur Überbrückung der Gleichrichterorgane auch mit auf den Einsatzplatten angebracht sind.

   5. Gleichrichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schutzeinrichtungen, wie beispielsweise besonders schnelle Niederspannungssicherungen oder Kurzschliesser, auch mit auf den Einsatzplatten angebracht sind.

   6. Gleichrichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schutzeinrichtungen aussen oder innen an der Transformatorgehäusewand angebracht sind.