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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Stromschiene und einem Stromschienenpaar
für ein
Flachmodul.
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Aus
der Veröffentlichung
mit dem Titel "EconoPACK+
A new IGBT module for optimized inverter solutions" von M. Münzer und
M. Hornkamp der Firma "eupec
GmbH & Co.KG", veröffentlicht
unter http://www.eupec.com/de/2_PRODUCTS/2_6_Editorials/pdf/ed_pcim_2000_bostonf.pdf,
ist ein Sixpack-IGBT-Modul bekannt, das gegenüber dem bis dahin bekannten IGBT-Modulen
besonders flach aufgebaut ist und seine Anschlüsse, nämlich die für einen Spannungszwischenkreis
und die für
eine Last, einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Dieses neue IGBT-Modul ist im Handel unter der
Bezeichnung "EconoPACK+-Modul", erhältlich.
Mittels dieses IGBT-Modul reduziert sich nicht nur das Volumen eines
Umrichters, insbesondere eines Frequenzumrichters, sondern auch
die Systemkosten. Außerdem
verringert sich der Montageaufwand für einen Umrichter.
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Die 1 veranschaulicht
die Verschaltung von drei Econo-PACK+-Modulen
via Stromschienen. Jedes dieser Sixpack-Module 2 bildet
einen Brückenzweig
eines Wechselrichters eines Frequenzumrichters hoher Leistung. Anschlüsse 4, 6 und 8 eines
jeden Sixpack-Moduls 2 sind mit einer Stromschiene 10 eines
Spannungszwischenkreises des Frequenzumrichters hoher Leistung verbunden.
Die Stromschiene 10 bildet eine Plus-Stromschiene und die
Stromschiene 18 eine Minus-Stromschiene des Spannungszwischenkreises
eines Frequenzumrichters hoher Leistung. Die Anschlüsse 20 bis 28 eines jeden
Sixpack-Moduls 2 sind jeweils mit einer Stromschiene U,
V und W verbunden. Diese Stromschienen U, V und W bilden jeweils
einen Lastanschluss. Die beiden Stromschienen 10 und 18 sind
mittels einer Isoliereinheit planparallel eng benachbart angeordnet.
Als Isoliereinheit ist eine Schiene aus Isoliermaterial vor gesehen,
die die beiden Stromschienen 10 und 18 des Spannungszwischenkreises
flächenmäßig übersteigt.
Der übersteigende
Bereich dieser Isolierschicht ist von der Höhe der Gleichspannung des Spannungszwischenkreises
abhängig.
Diese Flachverschienung ist besonders niederinduktiv.
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Jede
Stromschiene 10 und 18 dieses Spannungszwischenkreises
weist jeweils zu den Anschlüssen 4, 6, 8 und 12, 14, 16 Anschlusslaschen 30, 32, 34 und 36, 38, 40 auf,
die jeweils eine Bohrung aufweisen. Der 1 kann entnommen
werden, dass die Anschlüsse 4, 12 und 6, 14 und 8, 16 jedes
Sixpack-Moduls 2 räumlich
beabstandet nebeneinander angeordnet sind, wodurch die Anschlusslaschen 30, 36 und 32, 38 und 34, 40 der Stromschienen 10 und 18 ebenfalls
räumlich
beabstandet nebeneinander angeordnet sind. Dadurch wird der induktivitätsarme Aufbau
der Stromschienen 10 und 18 des Spannungszwischenkreises
im Anschlussbereich der Sixpack-Module 2 verlassen. Es sind
jeweils eine Anschlusslasche 30, 32, 34 der Plus-Stromschiene 10 neben
einer Anschlusslasche 36, 38, 40 der
Minus-Stromschiene 18 beabstandet angeordnet. Damit auch
dieser Anschlussbereich der Sixpack-Module 2 induktivitätsarm ist,
müssten
jeweils eine Anschlusslasche 30, 32, 34 der Plus-Stromschiene 10 und
eine Anschlusslasche 36, 38, 40 der Minus-Stromschiene 18 planparallel
eng benachbart angeordnet sein.
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Aus
der
DE 100 57 140
A1 ist eine Hochstromverbindung bekannt, die induktivitätsarm ist und
bei kleinstem Einbauraum Bauteiltoleranzen ausgleicht. Diese Hochstromverbindung
besteht aus zwei starren Stromschienen, die unter Zwischenlage einer
Isolierfolie in einem Abstand zueinander verlaufen. Jede Stromschiene
weist angeformte Verbindungsenden und eine abgewinkelte Gleichspannungs-Anschlusszunge
auf. Jedes Verbindungsende bildet einen Anschlussbereich, der mit
einer Bohrung versehen ist. Von diesen Anschlussenden sind drei auf
einer Seite der Stromschiene angeordnet. Die drei Verbindungsenden
einer Seite einer Stromschiene bilden jeweils einen Anschluss eines
Leitungsmoduls, wobei die beiden Verbin dungsenden auf der gegenüber liegenden
Seite jeweils einen Anschluss für die
beiden verwendeten Kondensatoren eines Gleichspannungszwischenkreises
eines Frequenzumrichters bilden. Die Verbindungsenden sind durch Ausstanzen
aus einem Randbereich einer Stromschiene erzeugt, wodurch sehr viel
Material der Stromschiene als Verschnitt verloren geht. Außerdem sind
die Verbindungsenden der beiden Stromschienen räumlich abwechselnd nebeneinander
angeordnet, so dass diese Anschlussbereiche nicht induktivitätsarm gestaltet
sind.
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Aus
der
DE 195 12 679
C1 ist eine Stromleiteranordnung für steuerbare Halbleiterbauelemente bekannt.
Diese Stromleiteranordnung besteht aus zwei bandförmigen Halbleitern
für Stromzu-
und -ableitungen, welche durch eine elektrische Isolierung voneinander
getrennt sind. Jeder Hauptbandleiter weist zwei bandförmige Stichleiter
auf, die jeweils mit einem Bauelement-Anschlussende elektrisch leitend verbunden
sind. Diese Hauptbandleiter eines Potentials sind derart nebeneinander
angeordnet, dass die Stichleiter benachbarter Hauptbandleiter räumlich parallel
zueinander verlaufen, die mittels einer Isolierung elektrisch voneinander
getrennt sind. Mit dieser Ausgestaltung einer Verschienung mehrerer
Halbleiterbauelemente ist diese bis in den Anschlussstellen induktivitätsarm aufgebaut.
Nachteilig wirkt sich aus, dass zumindest ein Hauptbandleiter eines
Potentials aus einer Vielzahl von Abschnitten besteht, die beidseitig
mit einem bandförmigen
Stichleiter versehen sind, wodurch diese Verschienung kostspielig
ist.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Stromschienen eines
Spannungszwischenkreises eines Umrichters derart weiterzubilden,
dass der Anschlussbereich eines Flachmoduls ebenfalls induktivitätsarm ist
und die Stromschienen einstückig ausgebildet
sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch,
dass jede Anschlusslasche zur Verbindung mit einem Flachmodul mittels
Einschnitts eines Schlitzes im Randbereich einer Stromschiene und
mittels zweier Abkantungen derart gebildet ist, dass deren Anschlussbereiche in
einer zur Stromschiene parallelen Ebene nebeneinander beabstandet,
sich in den Anschlussbereich des Flachmoduls hinein erstreckend,
angeordnet sind, sind diese Anschlusslaschen einer jeden Stromschiene
eines Spannungszwischenkreises bis zur Anschlussebene eines Flachmoduls
planparallel geführt,
wobei diese Stromschienen einstückig
ausgebildet sind. Dadurch reduziert sich die Streuinduktivität des Spannungszwischenkreises
eines Frequenzumrichters bis in die Anschlussbereiche der Flachmodule,
so dass bei gleicher zugelassener Überspannung ein schnelleres Schalten
des Moduls möglich
ist, wodurch sich die Schaltverluste reduzieren. Außerdem ist
jede Stromschiene einstückig
ausgebildet, so dass die Verschienung der Flachmodule einfach und
preiswert ausfällt.
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Durch
die Gestaltung des Schlitzes im Randbereich der Stromschiene wird
die Ausgestaltung der Anschlusslasche festgelegt, wodurch ebenso
die Lage der Stromschiene des Spannungszwischenkreises zum Anschlussbereich
eines Flachmoduls festgelegt wird. Da die Anschlusslasche durch
Schlitze im Randbereich einer Stromschiene gebildet wird, wird durch
die Ausgestaltung der Schlitze auch der Verschnitt der Stromschiene
bestimmt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Einschnitte sind den Unteransprüchen 2 bis
5 zu entnehmen.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen
einer Stromschiene nach der Erfindung schematisch veranschaulicht
sind.
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1 zeigt
eine bekannte Verschaltung dreier Sixpack-Module eines Wechselrichters
mittels Stromschienen, die
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Stromschiene,
die
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Stromschiene,
in der
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4 ist
eine Seitenansicht zweier planparallel geführter erfindungsgemäßer Stromschienen gemäß 2 eines
Spannungszwischenkreises und in der
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5 ist
eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Verschienung mittels
zweier Stromschienen gemäß 3 dargestellt.
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In
der 2 ist ein Ausschnitt einer ersten Ausführungsform
einer Stromschiene 10 nach der Erfindung veranschaulicht.
Dieser Ausschnitt betrifft die Anschlusslaschen 30, 32 und 34 für die elektrische
Verbindung des Sixpack-Moduls 2 mit der Stromschiene 10,
die die Plus-Stromschiene eines Spannungszwischenkreises eines Frequenzumrichters
ist. Diese Anschlusslaschen 30, 32 und 34 sind jeweils
mittels eines Schlitzes 42 aus einem Randbereich dieser
Stromschiene 10 gebildet worden. Die unterbrochenen Linien 44 und 46 einer
jeden Anschlusslasche 30, 32 und 34 verdeutlicht
jeweils eine Abkantung. Außerdem
weist jede Anschlusslasche 30, 32 und 34 einen
Anschlussbereich 50 auf, in dem eine Bohrung 48 angeordnet
ist. Der Schlitz 42 in dieser Ausführungsform ist treppenförmig ausgebildet. Außerdem weist
dieser Schlitz 42 eine vorbestimmte Breite B auf. Der Wert
dieser Breite B richtet sich nach einer erzeugten Gleichspannung
des Spannungszwischenkreises eines Frequenzumrichters. Der Bereich
zwischen den beiden unterbrochenen Linien einer jeden Anschlusslasche 30, 32 und 34 bestimmt
die Lage der Stromschiene 10 zu den korrespondierenden
Anschlüssen 4, 6 und 8 eines
Sixpack-Moduls 2 gemäß 1.
Außerdem
wird durch die Größe dieses
Bereichs ein Wert einer Streuinduktivität festgelegt, die zu Beginn
einer Kommutierung für
eine Symmetrierung eines Stromes sorgt. Eine Stromschiene 18,
die die Minus-Stromschiene eines Spannungszwischenkreises eines
Frequenzumrichters bildet, ist korrespondierend zur Stromschiene 10 ausgebildet.
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In
der 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromschiene 10 dargestellt,
diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform
gemäß 2 dadurch,
dass der Verlauf der Schlitze 42 aus zwei Geraden unterschiedlicher
Steigung besteht. Dadurch sind diese An schlusslaschen 30, 32 und 34 mehr
im Randbereich der Stromschiene 10 integriert, ohne dass
sich die Lage der Stromschiene 10 zu den korrespondierenden
Anschlüssen 4, 6 und 8 eines
Sixpack-Moduls 2 gegenüber
der Lage der Stromschiene 10 nach 2 ändert. Außerdem weist
in dieser Ausführungsform
jede Anschlusslasche 30, 32 und 34 eine dreieckförmige Ausnehmung 52 auf.
Dadurch erhält man
einen Freiraum im Anschlussbereich der Anschlüsse 4, 6 und 8 des
Sixpack-Moduls 2 nach 1. Außerdem wird
dadurch die Länge
der Abkantung trotz des geänderten
Verlaufs des Schlitzes 42 nicht verändert.
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Die 4 zeigt
eine Seitenansicht zweier Stromschienen 10 und 18 nach 2,
die planparallel eng benachbart sind. Zwischen diesen beiden Stromschienen 10 und 18 ist
eine Isoliereinheit 54 angeordnet. Diese Isoliereinheit 54 ist
beispielsweise eine Schiene aus Isoliermaterial, die korrespondierend
zu den beiden Stromschienen 10 und 18 ausgestaltet
ist, wobei diese flächenmäßig die
beiden deckungsgleichen Stromschienen 10 und 18 übersteigt. Bei
der Stromschiene 10 sind die Anschlusslaschen 30, 32 und 34 durch
zwei entgegen gesetzte Abkantungen entstanden, wobei die Anschlusslaschen 36, 38 und 40 der
Stromschiene 18 durch zwei gleiche Abkantungen entstanden
sind. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Anschlusslaschen 30, 32, 34 und 36, 38, 40 wird
die induktivitätsarme Flachverschienung
der Stromschienen 10 und 18 bis in den Anschlussbereich
des Flachmoduls 2 fortgesetzt. Dadurch wird der Wert der
Streuinduktivität
erheblich verringert, so dass sich der Wert einer beim Ausschaltvorgang
entstehenden Überspannung
reduziert oder die Schaltfrequenz erhöht werden kann.
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Die 5 zeigt
eine Draufsicht auf die induktivitätsarme Flachverschienung der
beiden Stromschienen 10 und 18 in der Ausführungsform
gemäß 3.
Bei dieser Draufsicht ist die Stromschiene 18 nicht erkennbar,
da diese deckungsgleich zur Stromschiene 10 verläuft. Zwischen
diesen beiden planparallel eng benachbarten Stromschienen 10 und 18 ist die
Isoliereinheit 54 angeordnet, die flächenmäßig die Stromschienen 10 und 18 übersteigt.
Dadurch ist von dieser Isoliereinheit 54 nur ein umlaufender
Rand 56 zu sehen. Die Breite dieses umlaufenden Randes 56 ist
abhängig
von der an den beiden Stromschienen 10 und 18 anstehenden
Zwischenkreis-Spannung. Die Breite muss derart gewählt werden,
dass die Luftstrecke von der Stromschiene 10 zur Stromschiene 18 nicht
durchschlagen werden kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung der
Anschlusslaschen einer Stromschiene wird erreicht, dass die hohe
Streuinduktivität
im Anschlussbereich erheblich verringert wird. Dadurch kann das an
den Stromschienen 10 und 18 angeschlossene Flachmodul 2 mit
einer höheren
Pulsfrequenz betrieben werden, ohne dass die Schaltverluste zunehmen.
Somit wird die induktivitätsarme
Flachverschienung der beiden Stromschienen 10 und 18 bis
in den Anschlussbereich des Flachmoduls 2 fortgesetzt.