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Die
Erfindung betrifft einen Drehstromumrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1 mit einer Drehstrommoduleinheit, die an einer ersten Seite Gleichstromanschlüsse und
an einer zweiten Seite Wechselstromanschlüsse aufweist, wobei die Drehstrommoduleinheit
pro Wechselstromanschluss ein Paar Gleichstromanschlüsse aufweist,
und mit einer Kondensatoreinheit, die an einer ersten Seite Verbindungsanschlüsse zur
Verbindung mit den Gleichstromanschlüssen der Drehstrommoduleinheit und
an einer zweiten Seite Kondensatoranschlüsse aufweist, sowie eine Kondensatoreinheit
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 14 für
eine Drehstrommoduleinheit eines Drehstromumrichters.
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Die
DE 198 47 029 A1 beschreibt
einen Umrichter der Leistungsklasse für hohe Anforderungen mit einer
Leistungselektronik in Form von Leistungsschaltern in hybrider Aufbauweise,
einer Sensorik, einer flächigen
Zwischenkreisverschienung mit Kondensatoren, einer Ansteuerschaltung
und einem Mikrocontroller. Die Kondensatoren und die Leistungselektronik
sind niederinduktiv und eng benachbart einerseits unterhalb der
flächigen
Zwischenkreisverschienung elektrisch leitend mit dieser schaltungsgerecht
verbunden und andererseits auf einem Kühlkörper elektrisch isoliert wärmeableitend
positioniert, wobei mindestens die Kondensatoren und die Leistungselektronik
und alternativ weitere Schaltungselemente wie Sensorik und Ansteuerschaltungen
in einem Gehäuse
platziert sind. Die Kondensatoren besitzen vorzugsweise in ihrer
Bauform im Querschnitt rechteckig gewickelte Kondensatorlagen, wobei
die Elektroden niederinduktiv auf der oberen Seiten herausgeführt werden
und so bemessen sind, dass sie an die Höhe der Aufbauten der Leistungselektronik und
der Sensorik angepasst sind.
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Aus
der
DE 202 04 027
U1 ist ein Kondensator mit einem becherförmigen Gehäuse bekannt,
das einen Deckel aufweist, in dem eine nach innen gerichtete erste
Einbuchtung zur Kontaktierung einer ersten Elektrode ausgebildet
ist. Im Gehäuseboden ist
eine zweite nach innen gerichtete Einbuchtung zur Kontaktierung
einer zweiten Elektrode ausgebildet. Die erste und die zweite Einbuchtung
weisen einen sich in das Innere des Gehäuses verjüngenden Querschnitt auf.
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Ein
induktionsarmer Elektrolytkondensator ist aus der
DE 100 01 121 C2 bekannt.
Dieser bekannte Elektrolytkondensator weist einen in einem Becher
angeordneten Wickel auf, der als Kathode und Anode fungierende Metallfolien
besitzt. Auf dem Becher ist eine elektrisch isolierende Abschlussscheibe
vorgesehen. In der Abschlussscheibe ist eine Plus- und eine Minus-Durchführung für die Stromanschlüsse vorgesehen.
Metallische Anschlussbändchen
verbinden über
Kontaktpunkte auf der Oberfläche
des Wickels jeweils die Anode und die Kathode des Wickels mit den
entsprechenden Durchführungen
elektrisch leitend. Die Anschlussbändchen sind so an die Durchführungen
herangeführt,
dass die Kontaktierung mit den Durchführungen aus Richtung Wickelmitte
her erfolgt. Sämtliche
erforderliche Faltungen der Anschlussbändchen sind im Raum zwischen
den Durchführungen
angeordnet.
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Aus
der
DE 102 18 071
A1 ist ein Kondensatormodul, bei dem ein Keramikkondensator
mit Anschlussteilen zum Reduzieren von durch thermische Belastung
oder Elektrostriktion im Keramikkondensator selbst bedingter Belastung
vorgesehen ist, sowie eine Halbleitereinrichtung, die das Kondensatormodul
verwendet, bekannt. Das Kondensatormodul und die Halbleitereinrichtung
besitzen eine reduzierte Größe und eine
verbesserte Zuverlässigkeit.
Die Halbleitereinrichtung hat eine Leistungsumrichterschaltung,
die aus Schalteinrichtungen und Dioden besteht, sowie einen Plus-Leiter
und einen Minus-Leiter zum Zuführen
elektrischer Energie zur Leistungsumrichterschaltung. Der Keramikkondensator
besitzt zwei Außenelektroden
und flexible Anschlussstellen, die mit den Außenelektroden verbunden sind.
Eine Wärmeabstrahlplatte
ist am Boden eines Gehäuses
vorgesehen. Ein elektrisch isolierendes Harz bedeckt die Leistungsumrichterschaltung. Ein
Plus-Polaritätsverbindungsleiter
dient zum Verbinden zwischen einem Anschlussteil auf einer Seite des
Keramikkondensators und dem Plus-Leiter. Ein Minus-Polaritätsverbindungsleiter
dient zum Verbinden zwischen dem Anschlussteil auf der anderen Seite
des Keramikkondensators und dem Minus-Leiter. Auf einer geformten
Leiterplatte ist eine Hauptfläche
des Keramikkondensators abgestützt.
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Die
DE 103 39 156 B3 offenbart
eine als Modul aufgebaute Schaltungsanordnung mit einer Kette von
vorzugsweise in Reihe geschalteten Kondensatoren bzw. auf einer
Basisplatte angeordneten Doppelschichtkondensatoren. Die Kondensatoren
sind auf der von der Basisplatte abgewandten Seite fest mit Laschen
aus Metall verbunden. Die Laschen weisen jeweils mindestens eine
Bohrung auf. Die Laschen der miteinander zu verbindenden Kondensatoren überlappen
einander derartig, dass ihre Bohrungen einander gegenüberliegen.
Die miteinander überlappenden
Laschen sind durch einen elektrisch leitenden Befestigungsbolzen
gestützt,
von der Basisplatte beabstandet und elektrisch und mechanisch fest
miteinander verbunden, wobei die Befestigungsbolzen durch die Bohrungen
hindurchgehen.
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Die
EP 0 994 494 B1 offenbart
einen Folienkondensator, bestehend aus einem Wickel aus folienförmigen Bahnen
dielektrischen und leitenden Materials mit einer oberen Anschlussfläche mit
einem äußeren Anschluss,
einer unteren Anschlussfläche mit
einem äußeren Anschluss,
einer äußeren Begrenzung
und einem zentrisch gelegenen Bereich ohne Wickel in Gestalt einer
sich von der oberen Seite bis zur unteren Seite des Kondensators
erstreckenden zylindrischen Hülse
mit eng benachbart und voneinander isoliert ausgeführten äußeren elektrischen
Anschlüssen,
wobei die Hülse
zur gegen die Wickel isolierten zentral gelegenen Kontaktierung der
unteren Anschlussfläche
mit äußeren Anschlüssen genutzt
wird, die oberhalb der oberen Anschlussfläche liegen. Bei diesem bekannten
Folienkondensator besitzt die Kontaktierung die Form eines Druckkontaktes
und ist aus einem federnden Material hergestellt. Die äußeren Anschlüsse besitzen
vorzugsweise eine flächige
Form und dienen als Zwischenkreis des Gleichstromteiles eines Umrichters.
Die äußeren Anschlüsse der
einen Polarität
und die äußeren Anschlüsse der
anderen Polarität
sind vorzugsweise eng benachbart durch eine Isolationsschicht elektrisch
voneinander getrennt positioniert.
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Derartige
Kondensatoreinheiten benötigen zum
Anschluss an eine zugehörige
Drehstrommoduleinheit eine Verschienung. Derartige Verschienungen
bedingen nicht nur einen entsprechenden Montageaufwand, sondern
sie stellen auch unerwünschte Induktivitäten dar.
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In
Kenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Drehstromumrichter der eingangs genannten Art und insbesondere
eine Kondensatoreinheit der oben genannten Art für eine Drehstrommoduleinheit
eines Drehstromumrichters zu schaffen, wobei Verschienungen der
oben genannten Art entbehrlich sind.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Drehstromumrichter der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Drehstrommoduleinheit pro Wechselstromanschluss ein Paar
Gleichstromanschlüsse
und die Kondensatoreinheit an einer ersten Seite Verbindungsanschlüsse zur
Verbindung mit den Gleichstromanschlüssen der Drehstrommoduleinheit
und an einer zweiten Seite Kondensatoranschlüsse aufweist, wobei die Verbindungsanschlüsse der
Kondensatoreinheit an die Abmessungen und die gegenseitigen Abstände der
Gleichstromanschlüsse
der Drehstrommoduleinheit angepasst und mit den Gleichstromanschlüssen kraftschlüssig verbindbar
oder verbunden sind.
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Neben
der Verringerung der induktiven Last ergeben sich erfindungsgemäß noch weitere
Vorteile, da durch die Überlagerung
der gleichgerichteten Phasen des Drehstroms in der Drehstrommoduleinheit
aufgrund der daraus resultierenden geringeren Welligkeit des Summsignals
Kondensatoren mit kleineren Kapazitäten notwendig sind und eine
insgesamt induktivitätsärmere Ankopplung
der Kondensatoreinheit gegeben ist.
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Die
Verbindungsanschlüsse
der Kondensatoreinheit sind vorzugsweise als Anschlusslaschen ausgebildet.
Nachdem die Drehstrommoduleinheit eines Drehstromumrichters üblicherweise
an einer Kühleinrichtung,
d.h. an einer Wärmesenke
angeordnet ist, um die Verlustleistung abzuführen, ist es bevorzugt, wenn
erfindungsgemäß die jeweilige
Anschlusslasche der Kondensatoreinheit zum Ausgleichen von temperaturbedingten
Abmessungsänderungen
flexibel ausgebildet ist. Zu diesem Zwecke, d.h. zur flexible Ausbildung
der jeweiligen Anschlusslasche, kann diese mit Schlitzen ausgebildet
sein. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, dass die jeweilige Anschlusslasche mit einer Ausbuchtung
ausgebildet ist.
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Die
jeweilige Anschlusslasche kann mehrlagig als Sandwichlasche mit
Schlitzen und/oder mit einer Ausbuchtung ausgebildet sein.
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Die
kraftschlüssige
Verbindung der Verbindungsanschlüsse
der Kondensatoreinheit mit den Gleichstromanschlüssen der Drehstrommoduleinheit des
erfindungsgemäßen Drehstromumrichters
kann durch Schraubverbindungen realisiert sein.
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Erfindungsgemäß kann die
Kondensatoreinheit in einem Gehäuse
mindestens einen Kondensator aufweisen, der mit den Verbindungsanschlüssen und
den beiden Kondensatoranschlüssen
zusammengeschaltet ist. Die beiden Kondensatoranschlüsse können einfach
oder beispielsweise zweifach ausgebildet sein. Die Kondensatoreinheit
kann eine Anzahl Kondensatoren aufweisen, die zueinander parallel
geschaltet sind. Dabei kann pro Parallelzweig ein Kondensator vorgesehen
sein, oder es können pro
Parallelzweig mindestens zwei Kondensatoren in Reihe geschaltet
vorgesehen sein. Das hängt
von den jeweiligen Spannungs- und Stromverhältnissen ab.
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Die
erste und die zweite Seite der Kondensatoreinheit können durch
eine dritte und eine vierte Seite verbunden sein, an welchen zwei
Parallelschaltanschlüsse
vorgesehen sind. Eine solche Ausbildung der zuletzt genannten Art
weist den Vorteil auf, dass es einfach möglich ist, einen erfindungsgemäßen Drehstromumrichter
zu verwirklichen, bei dem mindestens zwei Drehstrommoduleinheiten
und eine der Anzahl Drehstrommoduleinheiten entsprechende Anzahl
Kondensatoreinheiten unmittelbar zusammenschaltbar bzw. zusammengeschaltet
sind.
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Die
der Erfindung bezüglich
der Kondensatoreinheit zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruches 14, d.h. dadurch gelöst, dass die Kondensatoreinheit an
einer ersten Seite Verbindungsanschlüsse zur Verbindung mit den
Gleichstromanschlüssen
der Drehstrommoduleinheit und an einer zweiten Seite Kondensatoranschlüsse aufweist,
wobei die Verbindungsanschlüsse
der Kondensatoreinheit an die Abmessungen und die gegenseitigen
Abstände
der Gleichstromanschlüsse
der Drehstrommoduleinheit angepasst und mit den Gleichstromanschlüssen kraftschlüssig verbindbar
oder verbunden sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung
der Kondensatoreinheit ist es in vorteilhafter Weise möglich, auf
Verschienungen, wie sie oben erwähnt
worden sind, zu verzichten.
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Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Kondensatoreinheit
sind in den Ansprüchen
15 bis 25 gekennzeichnet.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von in der Zeichnung schematisch verdeutlichten Ausbildungen
des erfindungsgemäßen Drehstromumrichters
bzw. von Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Kondensatoreinheit
für mindestens
eine Drehstrommoduleinheit eines Drehstromumrichters.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Ausbildung des Drehstromumrichters mit
einer Drehstrommoduleinheit und einer Kondensatoreinheit,
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2 eine
Ausbildung des Drehstromumrichters in einer der 1 ähnlichen
Ansicht mit zwei Moduleinheiten und mit zwei zugehörigen Kondensatoreinheiten,
-
3 abschnittweise
eine Kondensatoreinheit zur Verdeutlichung eines Verbindungsanschlusses
desselben,
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4 eine
andere Ausbildung eines Verbindungsanschlusses der Kondensatoreinheit,
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5 eine
Schaltungsdarstellung der Kondensatoreinheit mit parallel geschalteten
Kondensatoren,
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6 eine
der 5 ähnliche
Prinzipdarstellung einer Parallelschaltung von Kondensatoren, wobei
pro Parallelzweig zwei Kondensatoren in Reihe geschaltet sind,
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7 teilweise
aufgeschnitten einen Wickelkondensator mit zugehörigen Verbindungsanschlüssen,
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8 eine
der 7 ähnliche
Seitenansicht zweier miteinander in Reihe geschalteter Wickelkondensatoren,
und
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9 eine
Draufsicht auf eine Zwischenkreiskondensatoranordnung gemäß 8 für eine Drehstromeinheit,
wobei – wie
in 6 dargestellt – jeweils zwei Wickelkondensatoren
miteinander in Reihe und drei solche Kondensator-Paare zueinander
parallel geschaltet sind.
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1 verdeutlicht
eine Ausbildung des Drehstromumrichters 10 mit einer Drehstrommoduleinheit 12 und
einer davon beabstandet gezeichneten Kondensatoreinheit 14.
Die Drehstrommoduleinheit 12 weist Wechselstromanschlüsse 16, 18 und 20 und
pro Wechselstromanschluss ein Paar Gleichstromanschlüsse 22 und 24 auf.
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Die
Wechselstromanschlüsse 16, 18 und 20 sind
an einer Seite 26 und die Gleichstromanschlüsse 22 und 24 sind
an einer gegenüberliegenden
zweiten Seite der Drehstrommoduleinheit 12 vorgesehen. Die
Wechselstromanschlüsse 16, 18 und 20 und
die Gleichstromanschlüsse 22 und 24 sind
als Anschlusslaschen ausgebildet, die jeweils bestimmte Abmessungen
und voneinander bestimmte Abstände besitzen.
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Die
erfindungsgemäße Kondensatoreinheit 14 weist
an einer ersten Seite 30 Verbindungsanschlüsse 32 und 34 zur
Verbindung mit den Gleichstromanschlüssen 22 und 24 der
Drehstrommoduleinheit 12 und an einer zweiten Seite 34 zwei
Kondensatoranschlüsse 36 und 38 auf.
Die beiden Kondensatoranschlüsse 36 und 38 können einfach
(siehe 1) oder z.B. jeweils zweifach (siehe 2) vorgesehen
sein.
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Gleiche
Einzelheiten sind in den 1 und 2 jeweils
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in
Verbindung mit diesen Figuren alle Einzelheiten jeweils detailliert
zu beschreiben.
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In
diesen Figuren ist außerdem
die Verschaltung eines Kondensators 40 der Kondensatoreinheit 14 verdeutlicht.
Demgegenüber
verdeutlicht die 5 in einer schematischen Schaltdiagrammdarstellung
eine Parallelschaltung von Kondensatoren 40, wobei pro
Parallelzweig ein Kondensator 40 vorgesehen ist.
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Demgegenüber verdeutlicht
die 6 schematisch eine Ausbildung, bei der pro Parallelzweig
jeweils zwei Kondensatoren 40 in Reihe geschaltet sind.
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Die 2 verdeutlicht
in einer der 1 ähnlichen Darstellung eine Ausbildung
des Drehstromumrichters 10, der zwei oder mehr als zwei Drehstrommoduleinheiten 12 und
eine entsprechende Anzahl Kondensatoreinheiten 14 aufweist.
Hierbei sind die erste und die zweite Seite 30 und 34 der
jeweiligen Kondensatoreinheit 14 durch eine dritte und eine
vierte Seite 42 und 44 verbunden, an welchen jeweils
zwei Parallelschaltanschlüsse 46 und 48 vorgesehen
sind.
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3 verdeutlicht
in einer Draufsicht einen der Verbindungsanschlüsse 32, 34 der
Kondensatoreinheit 14, der als Lasche 50 ausgebildet
ist, die von der ersten Seite 30 der abschnittweise verdeutlichten Kondensatoreinheit 14 wegsteht.
Die Lasche 50 ist mit einem Schraubloch 52 und
mit Schlitzen 54 ausgebildet. Das Schraubloch 52 dient
zum Verschrauben der zugehörigen
Lasche 50 der Kondensatoreinheit 14 mit dem entsprechenden
Gleichstromanschluss 22, 24 der Drehstrommoduleinheit 12. Durch
die Schlitze 54 ergibt sich eine wunschgemäße Flexibilität der jeweiligen
Lasche 50, um temperaturbedingte Abmessungsänderungen
zu kompensieren.
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4 verdeutlicht
schematisch in einer Seitenansicht eine Ausbildung der Anschlusslasche 50, die
eine Ausbuchtung 56 aufweist, um temperaturbedingte Abmessungsänderungen
zwischen der Drehstrommoduleinheit 12 und der mit dieser
verbundenen Kondensatoreinheit 14 auszugleichen. Die Anschlusslasche 50 ist
mehrlagig als Sandwichlasche 58 ausgebildet.
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7 verdeutlich
in einer Seitenansicht teilweise aufgeschnitten einen Kondensator 40,
der als Wickelkondensator mit zwei metallischen Anschlussbändern versehen
ist, die über
Kontaktpunkte auf der Oberfläche
der Wicklungen jeweils die Anode und Kathode elektrisch leitend
verbinden, und die voneinander einen kleinen Abstand aufweisen,
um unerwünschte
Induktivitäten
zu minimieren.
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Mit
den Bezugsziffern 22 und 24 sind zwei Gleichstromanschlüsse bezeichnet.
Der Gleichstromanschluss 22 ist mit dem Verbindungsanschluss 32 mittels
eines gebogenen Elementes 60 elektrisch leitend verbunden.
Der Verbindungsanschluss 34 ist mit dem Gleichstromanschluss 24 mittels
eines zweiten gebogenen Elementes 62 elektrisch leitend
verbunden. Zwischen den Gleichstromanschlüssen 22 und 24 ist
eine elektrisch isolierende Lage 64 vorgesehen, die sich
mit einem abgewinkelten Abschnitt 66 zwischen den gebogenen
Elementen 60 und 62 hindurcherstreckt und bis
zum Wickelkondensator 40 reicht.
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Bei
einer solchen Ausbildung, wie sie in 7 in einer
Seitenansicht verdeutlicht ist, sind beispielsweise drei Kondensatoren 40 zueinander
parallel geschaltet, wie auch die 5 schematisch
verdeutlicht. Demgegenüber
verdeutlichen die 8 und 9 eine Schaltungsanordnung,
wie sie in 6 schematisch verdeutlicht ist.
Dabei sind jeweils zwei Kondensatoren 40 miteinander in
Reihe und drei solche Kondensator-Paare zueinander parallel geschaltet.
Gleiche Einzelheiten sind in den 8 und 9 mit
denselben Bezugsziffern wie in 7 bezeichnet,
so dass es sich erübrigt,
in Verbindung mit den 8 und 9 alle Einzelheiten
jeweils noch einmal detailliert zu beschreiben.
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Die
Elektrodenanschlüsse
sind niederinduktiv, weil die Elektrodenabstände klein sind und weil auch
die Anschlusshöhen
zu den Gleichstromanschlüssen 22 und 24 gering
sind. Durch die dargestellten Ausbildungen sind Schraubverbindungen der
Kondensatoren mit den Bus Bars entbehrlich. Die Elektrodenanschlüsse sind
in der Zwischenkreis-Gleichstrom-Stromrichtung orientiert, d.h.
senkrecht zu dem Drehstromleistungsteil ausgerichtet. Die drei Phasenkondensatoren
sind eng nebeneinander angeordnet, wodurch die Strom-Welligkeit
pro Kondensator 40 reduziert ist. Daraus resultiert eine Erhöhung der
Lebensdauer der Kondensatorwicklungen.
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Zur
Reihenschaltung von jeweils zwei Kondensatorwicklungen (siehe 8)
ist zwischen dem Verbindungsanschluss 34 der einen (linken)
und dem Verbindungsanschluss 32 der zweiten (rechten) Kondensatorwicklung
ein Mittelpunktelement 68 vorgesehen, das mit den Verbindungsanschlüssen 32 und 34 der
Kondensator-Paare kontaktiert ist.
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- 10
- Drehstromumrichter
- 12
- Drehstrommoduleinheit
(von 10)
- 14
- Kondensatoreinheit
(von 10 für 12)
- 16
- Wechselstromanschluss
(von 12)
- 18
- Wechselstromanschluss
(von 12)
- 20
- Wechselstromanschluss
(von 12)
- 22
- Gleichstromanschluss
(von 12)
- 24
- Gleichstromanschluss
(von 12)
- 26
- erste
Seite (von 12 für 16, 18, 20)
- 28
- zweite
Seite (von 12 für 22, 24)
- 30
- erste
Seite (von 14)
- 32
- Verbindungsanschlüsse (von 14 an 30)
- 34
- Verbindungsanschlüsse (von 14 an 30)
- 35
- zweite
Seite (von 14)
- 36
- Kondensatoranschluss
(von 14 an 35)
- 38
- Kondensatoranschluss
(von 14 an 35)
- 40
- Kondensator
(von 14)
- 42
- dritte
Seite (von 14)
- 44
- vierte
Seite (von 14)
- 46
- Parallelschaltanschluss
(von 14 an 42 und 44)
- 48
- Parallelschaltanschluss
(von 14 an 42 und 44)
- 50
- Anschlusslasche
(von 32, 34)
- 52
- Schraubloch
(in 50)
- 54
- Schlitze
(in 50)
- 56
- Ausbuchtung
(von 50)
- 58
- Sandwichlasche
(von 50)
- 60
- gebogenes
Element (zwischen 32 und 22)
- 62
- zweites
gebogenes Element (zwischen 34 und 24)
- 64
- elektrisch
isolierende Lage (zwischen 22 und 24)
- 66
- abgewinkelter
Abschnitt (von 64)
- 68
- Mittelpunktelement
(zwischen 34 und 32)