CN109417070B - 具有半导体电路的电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有半导体电路(7)的电气设备(6)，所述电气设备设计用于高压并且布置在壳体(8)中。本发明的特征在于，壳体包括彼此电气绝缘的多个壳体部分(81‑86)，其中，可以为所述壳体部分分配不同的电势。此外，本发明涉及一种具有根据本发明的电气设备的变换器(1)。

Description

具有半导体电路的电气设备
技术领域
本发明涉及一种具有半导体电路的电气设备，其设计用于高压并且布置在壳体中。
背景技术
这种设备从现有技术中、尤其从高压技术中已知。例如，用于将交流电压转换为直流电压或者将直流电压转换为交流电压的变换器具有变换器阀，变换器阀包括多个功率半导体。功率半导体是设计用于高压、即设计用于1kV以上的电压差的半导体开关。功率半导体通常安装在一个或多个壳体中。
例如，从EP 0 299 275 Bl中已知一种变流器，所述变流器的变流器阀包括晶闸管，所述晶闸管以模块形式布置在壳体中。模块组成阀塔，其安装在阀厅中。阀厅处于地电势。与此相对，在变流器运行时，半导体电路的晶闸管处于不同的高压电势，从而半导体电路或其部分必须相对于模块的壳体或者壳体壁电气绝缘。这通常通过在半导体电路或者其部分与壳体壁之间提供足够的距离来实现。在半导体电路上施加的电压高的情况下，这导致壳体的必然很大的尺寸。壳体的宽度和长度通常达到几米。由此极大地妨碍了对半导体电路进行安装和维护工作的可接近性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种提供更简单的维护的可能性的电气设备。
以如下方式解决该技术问题：壳体包括彼此电气绝缘的多个壳体部分，其中，可以为壳体部分分配不同的电势。
在根据本发明的电气设备运行时，尤其是可以使不同的壳体部分分别处于事先预先给定的不同的电势。在此，壳体部分的相应的电势可以匹配于半导体电路的在空间布置中最接近的部件的电势。
以这种方式，可以有利地实现半导体电路和壳体之间的灵活的电压差。例如，尤其是半导体电路的处于最高电压水平的部件或者半导体电路部分不再必须相对于处于地电势或者处于半导体电路部分的最低电势的整个壳体绝缘，而是相对于处于预先给定的较高的(部分)电势的壳体部分绝缘。
可以有利地减小半导体电路和壳体之间的绝缘气隙。这通过改善对半导体电路的接近显著减小了维护开销。
适当地，在运行中，至少一个壳体部分处于高压电势。对于在运行中施加高压的半导体电路来说，这允许保持绝缘间距特别小。如果半导体电路例如由多个部件构成，其中一个部件处于高压电势，则为在空间上最接近该部件的壳体部分分配该高压电势。
在如下半导体电路中，所述半导体电路在其连接端子上具有特别高、例如大于10kV的电压差，相邻的壳体部分在运行中分别具有1kV与200kV之间的电势差或者甚至更高的电势差被视为是有利的。以这种方式，可以实现壳体部分的电压水平的分级，其能够实现与在半导体电路上施加的电压的匹配。通过与壳体部分在空间上相对于半导体电路或者其部件的布置对应地对壳体部分合适地分配电势，可以实现壳体的特别紧凑的结构形式。
根据本发明的一个实施方式，壳体是模块框架，半导体电路安装在所述模块框架上。因此，壳体不一定具有完全包围半导体电路的结构形式。反之，壳体构造为模块框架可以是有利的。模块框架围绕半导体电路并且提供合适的悬挂设备，半导体电路可以固定在悬挂设备上。模块框架在侧面包围半导体电路，但是模块框架不需要从上方和/或下方提供对半导体电路的完全的覆盖。通过半导体电路的这种布置，既保证了良好的冷却效果，也保证了半导体电路的特别好的可接近性。
优选模块框架包括多个框架段，框架段借助绝缘构件彼此分开。框架段形式的壳体部分例如可以是板形的。为了使框架段彼此绝缘，分别在要分配不同的电势的两个框架段之间设置绝缘构件。适宜地，绝缘构件安装在框架段上并且包括电气绝缘的间隔垫片。以这种方式，能够实现壳体上的电势的特别简单且有效的划分。
根据本发明的一个有利实施方式，模块框架具有C形形状。因此，模块框架至少在一个空间平面中被设计为类似于字母C。为此，模块框架在该平面内具有单侧的凹口，所述凹口在三个侧面至少部分地被限制。例如，如果电气设备中的两个彼此相对地布置，其中，两个设备的C形的模块框架的凹口面向彼此，则得到该实施方式的特别的优点。因此，在两个设备之间形成自由空间。该自由空间可以有利地用于能够实现附加的接近，以便对半导体电路进行维护工作。例如可以设置升降台，所述升降台布置在所述自由空间中并且用于在维护工作中实现相应的可接近性。
根据本发明的另一个实施方式，半导体电路具有功率半导体的串联电路。这种串联电路通常使得在电气设备运行时，在串联电路的连接端子之间施加电压差。在高压应用中，该电压差可能处于大于10kV或者甚至大于200kV的范围内。其结果是，串联电路中的第一个功率半导体可能处于低电势，例如地电势，而串联电路中的最后一个功率半导体可能处于高压电势，例如远大于100kV的高压电势。在这种情况下，划分壳体上的电势是特别有效的。可以为壳体部分分配分级的电压或电势水平，从而可以实现各个壳体部分的紧凑的尺寸。然后，处于最高电势的功率半导体不必相对于处于地电势的壳体针对地电势和高压电势之间的整个电势差绝缘。
如果半导体电路包括晶闸管，则得到本发明的特别有利的可用性。例如，串联电路的功率半导体中的至少一个可以是晶闸管。晶闸管经常在高压变换器中使用，因为这些半导体开关可以具有特别高的阻断能力。在本发明的一个有利的应用中，晶闸管或者其它功率半导体的阻断能力例如可以在1kV至8kV之间或者更高。
有利地，对串联电路中的每个晶闸管分配RC电路和/或阀扼流圈。RC电路包括电阻元件和电容器，电阻元件和电容器适当地与晶闸管并联地布置。RC电路与每个晶闸管一起布置在壳体中。
此外，本发明涉及一种在交流电压接头和直流电压接头之间具有带有半导体电路的电气设备的变换器，所述电气设备设计用于高压并且布置在壳体中。
这种变换器例如从已经提到的EP 0 299 275 Bl中已知。这种已知的变换器包括晶闸管模块，所述晶闸管模块以阀塔的形式安装在阀厅中。每个晶闸管模块包括多个晶闸管，所述多个晶闸管形成串联电路。
本发明要解决的技术问题是，提出一种提供尽可能简单的维护的变换器。
该技术问题在一种变换器中以如下方式解决：壳体包括彼此电气绝缘的多个壳体部分，其中，可以对壳体部分分配不同的电势。
例如，功率半导体的串联电路至少部分可以放置在模块壳体中，模块壳体包括在变换器运行时处于不同的电势的多个壳体部分。
从前面描述的根据本发明的电气设备的优点得到根据本发明的变换器的优点。
前面描述的根据本发明的电气设备的所有变型方案和实施方式当然可以单独地或者彼此组合地在根据本发明的变换器中使用。
附图说明
下面，借助在图1和图2中示出的根据本发明的电气设备和根据本发明的变换器的实施例进一步阐述本发明。
图1以示意图示出了根据本发明的变换器的实施例；
图2以示意性俯视图示出了根据本发明的电气设备的实施例。
具体实施方式
在图1中详细示出了变换器1。变换器1具有交流电压侧，交流电压侧具有用于连接到三相交流电网的交流电压接头2。此外，变换器1具有直流电压侧，直流电压侧具有用于连接到直流电压线路的直流电压接头3。变换器1包括三个相支路，其也称为阀支路41-46。阀支路41-46中的每一个具有晶闸管模块6的串联电路。每个阀支路41-46中的虚线17表示通常在那里可以布置比三个明确示出的晶闸管模块更多的晶闸管模块。
每个晶闸管模块6是具有多个晶闸管的串联电路的电气设备，晶闸管与相关的晶闸管电路和阀扼流圈一起布置在壳体中。
在下面的图2中更详细地讨论晶闸管模块6的结构。
图2示出了晶闸管模块6形式的电气设备。晶闸管模块6包括半导体电路7，半导体电路7包括第一晶闸管组件71、第二晶闸管组件74以及上方和下方的阀扼流圈72和73。第一和第二晶闸管组件71或74分别包括晶闸管的串联电路和相关的晶闸管电路。
半导体电路7布置在模块框架8形式的壳体中。模块框架8具有多个框架段81-86。框架段81-86围绕半导体电路7布置，使得所述框架段在图2的图示平面内形成具有凹口9的C形。在图2所示的实施例中，模块框架8包括六个框架段81-86。框架段的数量和大小通常可以任意变化并且匹配于半导体电路7的相应的应用和设计。
框架段81-86借助绝缘间隔垫片10-15形式的绝缘构件彼此电气绝缘。基于绝缘，可以为框架段81-86分别分配不同的电势。因此，在晶闸管模块6运行时，每个框架段81-86可以具有自己的、预先定义的电势水平。
例如，如果阀扼流圈73与处于负电势的极连接并且阀扼流圈72与处于相对的正电势的极连接，则可以为框架段81分配比框架段85高的电势。以这种方式，可以相对较小地选择上方的阀扼流圈72或第一晶闸管组件71的至少一部分与框架段81之间的绝缘间距。同样地，可以相对较小地选择下方的阀扼流圈73或第二晶闸管组件74的至少一部分与框架段85之间的绝缘间距。
在图2中示出的实施例中，与晶闸管模块6相对地布置了另一个晶闸管模块61。晶闸管模块6和该另一个晶闸管模块61相同地构建，因此不需要更详细地讨论该另一个晶闸管模块61的结构。晶闸管模块6的凹口9和该另一个晶闸管模块61的凹口91面向彼此。在由两个凹口9、91形成的自由空间中布置有升降台16。升降台16可以与图2的图示平面垂直地移动。因此可以借助升降台16到达晶闸管模块6和61以及在空间上布置在晶闸管模块上方的、图中未示出的晶闸管模块。以这种方式极大地改善了晶闸管模块或半导体电路为了安装和维护目的的可接近性。

Claims (7)

1.一种在交流电压接头（2）和直流电压接头（3）之间具有带有半导体电路（7）的电气设备（6）的变换器（1），所述电气设备设计用于高压并且布置在壳体（8）中，
其特征在于，壳体（8）包括彼此电气绝缘的多个壳体部分（81-86），其中，能够为所述壳体部分（81-86）分配不同的电势，
其中，壳体（8）是模块框架，半导体电路（7）安装在所述模块框架上，
其中，模块框架（8）具有多个框架段，所述框架段借助绝缘构件（10-15）彼此分开，
其中，半导体电路（7）具有功率半导体的串联电路（71，74）。
2.根据权利要求1所述的变换器（1），其中，在运行中至少一个壳体部分（81）处于高压电势。
3.根据权利要求1或2所述的变换器（1），其中，相邻的壳体部分（81-86）在运行中分别具有1kV至200kV之间的电势差。
4.根据权利要求1所述的变换器（1），其中，模块框架（8）具有C形形状。
5.根据权利要求1所述的变换器（1），其中，功率半导体中的至少一个是晶闸管。
6.根据权利要求1或5所述的变换器（1），其中，功率半导体中的每一个具有至少1kV的电气阻断能力。
7.根据权利要求5所述的变换器（1），其中，对每个晶闸管分配RC电路和/或阀扼流圈。
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