DE1190559B - Baueinheit, bestehend aus Halbleiter-Gleichrichtersatz und Transduktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H02m

H02n

Deutsche Kl.: 21 d2-12/02

B 63021 VIII b/21 d2

24. Juni 1961

8. April 1965

Halbleitergleichrichteranlagen vornehmlich für größere Leistungen verwenden zur Regelung der abgegebenen Gleichspannung neben Stelltransformatoren fast immer zusätzliche Transduktoren. Diese werden in an sich bekannter Weise über einen Regler so vormagnetisiert, daß sie eine mehr oder weniger große Spannungszeitfläche während der Kommutierung zwischen zwei Phasen des Gleichrichtersystems aufnehmen. Diese Spannungszeitfläche subtrahiert sich von der Gleichspannung und ermöglicht überhaupt erst die Regelung. Es ist mit Rücksicht auf einen möglichst großen Regelbereich wünschenswert, die Spannungszeitfläche der Transduktoren von einem Maximalwert, der vom Eisenquerschnitt und von der Windungszahl abhängt, zu einem möglichst kleinen Wert verändern zu können. Der Kleinstwert der Spannungszeitfläche bzw. der Restinduktivität des Transduktors bei voller Vorzugsmagnetisierung des in ihr enthaltenen Eisens hängt neben der Eisensorte auch von der konstruktiven Ausführung ab. Besonders kleine Restinduktivitäten werden erreicht, wenn man die Transduktoren in der bekannten Flaschenbauweise gemäß F i g. 1 ausführt. Die einzelnen Transduktorringkerne 1 sind koaxial aufeinandergeschichtet. Die Wicklung besteht aus den ebenfalls koaxial angeordneten Wicklungszylindern 2 und 3, die die Einzelkerne vollständig umschließen. In F i g. 2 ist der Verlauf des resultierenden magnetischen Feldes 4 gezeichnet, und man erkennt, daß es durch die konzentrische Bauweise des Transduktors außerhalb des äußeren Zylinders Null ist. Dies ist der Grund, daß eine solche Bauweise in gesättigtem Zustand des in ihr enthaltenen Eisens eine sehr kleine Restinduktivität besitzt.

Bei Halbleitergleichrichteranlagen für hohe Stromstärken mit vielen parallelgeschalteten Dioden erfordert es meist besondere Maßnahmen, die Ströme auf die Dioden möglichst gleichmäßig zu verteilen. Keine besonderen Maßnahmen in dieser Hinsicht sind notwendig, wenn man für die Anordnung der Dioden zu den Stromleitern zylindersymmetrische Leitersysteme verwendet. Derartige Anordnungen von Dioden sind bekannt. Zwischen Transduktoren und Halbleiterdioden, welche meistens konstruktiv in einem Schrank zusammengefaßt sind, muß eine elektrische Leitung gezogen werden, welche den Strom von den Klemmen des Transformators über die Transduktoren den Dioden zuführt. Diese Leitung besitzt eine bestimmte berechenbare Induktivität, welche in gleicher Weise wie die Restinduktivität der Transduktoren die verfügbare Gleichspannung bei voller Aussteuerung vermindert. Diese Baueinheit, bestehend aus Halbleiter-Gleichrichtersatz und Transduktor

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,
ίο Mannheim-Käfertal, Kallstadter Str. 1

Als Erfinder benannt:

Dr. Ernst Ludwig, Mannheim-Lindenhof

Leitungsinduktivität muß also möglichst klein gehalten werden, wozu verschachtelte Leiteranordnungen besonders geeignet sind.

Ähnliche Probleme treten bei Elektrolyseanlagen mit hohen Stromstärken auf, die über Kontaktgleichrichter gespeist werden. Auch dort müssen durch geeignete Ausbildung der Verbindungsleitungen die induktiven Widerstände niedrig gehalten werden. In einer bekannten Ausführung umgeben die Sekundärwicklungen den Transformatorkern nach Art einer flaschenförmigen Hülle. Konzentrische Rohrleiter verbinden den Transformator mit dem Kontaktapparat und diesen mit den Elektrolysebädern. Schädliche Streufelder können so außerhalb der Anordnung nicht auftreten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die unvorteilhaften Einflüsse der Leiterinduktivität, die durch die räumliche Trennung der Transduktoren und Halbleiterdioden zwangläufig gegeben sind, zu beseitigen und gleichzeitig die Vorteile der Flaschenbauweise von Transduktoren mit auszunutzen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit, bestehend aus Halbleiter-Gleichrichtersatz und Transduktor mit koaxial angeordneten Wicklungszylindem und besteht darin, daß der aus mehreren parallelgeschalteten Einzeldioden bestehende Gleichrichtersatz einen Teil des äußeren Wicklungszylinders bildet, derart, daß der Wicklungszylinder eine ringförmige Unterbrechung aufweist, die durch die gleichmäßig verteilten Einzeldioden überbrückt ist.

In den F i g. 3 bis 6 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

F i g. 3 gibt das grundsätzliche Konstruktionsprinzip wieder;

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Claims (1)

1. 3 4

   Fig. 4 zeigt die Baueinheit für eine Brückenschal- Die Anordnungen gemäß Fig. 4 und 5 sind auf

   tung und einen zylindrischen Sockel 19 aus Isolierstoff mon-

   F i g. 5 für eine Saugdrosselschaltung; tiert, welcher gleichzeitig als Isolieruntersatz dient.

   F i g. 6 läßt die Aufsicht einer Diodengruppe er- In diesem Sockel kann ein Isolator 20 eingebaut

   kennen. 5 werden, welcher die Kühlluft durch die radialen

   In der Fig. 3 denke man sich den Außenzylin- Kühlrippen9 der Diodenringe8 drückt und ander 3 eines Transduktors in Flaschenbauart mit nur schließend auch noch die Verlustwärme des Transeiner Windung an einer Stelle zerschnitten und in die duktoreisens abführen kann.

   Schnittstelle in einer kranzförmigen Anordnung die Die für die Regelung des abgegebenen Gleich-Dioden 5 eingefügt. Zusätzlich kann zu jeder Diode io stromes notwendigen Gleichstromwandler 21 zur noch eine Schutzsicherung 6 in Serie geschaltet Messung des Regler-Istwertes können in sehr vorteilwerden, was aber am Prinzip der Anordnung nichts hafter Weise in den Raum oberhalb der Transduktorändert. Der Strom wird dem inneren Wicklungs- kerne 1 untergebracht werden. Sie haben etwa die zylinder 2 zugeführt und vom äußeren Wicklungs- gleichen Abmessungen wie die Transduktorringkerne zylinder 3 abgenommen. Damit bildet der Stromlauf 15 und können daher oben auf den eigentlichen Transeine Windung um das Eisen des Transduktors, wobei duktor aufgelegt und gemeinsam mit diesem befestigt die parallelgeschalteten Halbleitergleichrichter ein werden. Sie benutzen die gleiche Stromschiene 11 als Teilstück dieses einwindigen Stromlaufes sind. Auf Primärleiter.

   das Transduktoreisen selbst werden noch dünn- Die gesamte Anordnung gemäß der Erfindung

   drähtige Wicklungen 7 aufgebracht, welche die 20 bietet folgende Vorteile:

   Magnetisierung des Eisens zum Zweck der Regelung Die Induktivität der Drehstromzuleitung ist auf

   zu verändern gestatten. ein Minimum beschränkt, da die Baueinheit in un-

   Die konstruktive Ausbildung bei Erweiterung des mitelbarer Nähe des Transformators gestellt werden Erfindungsgedankens auf zwei Diodenzweige sei an kann und somit kürzeste Verbindungen möglich sind. Hand der Fig. 4 erläutert. Die Dioden sind an der as Die Verbindungen zwischen Transduktor und Peripherie eines scheibenförmigen Teiles 8 angeord- Gleichrichterschrank entfallen. Die Restinduktivität net, welcher nach innen zu in radial gerichtete Kühl- der Transduktoren im voll ausgesteuerten Zustand rippen 9 aufgelöst ist In der Mitte befindet sich eine ist durch die konzentrische Anordnung von Innenkleinere Scheibe 10, mit welcher der als zentrale und Außenleiter in der Flaschenbauweise auf das Stromschiene 11 ausgebildete innere Wicklungszylin- 30 physikalisch mögliche Minimum zurückgeführt. Durch der verbunden ist Über diese Stromschiene sind die die Einsparung von Induktivität in den Drehstromringförmigen Kernel des Transduktoreisens, meist leitungen wird der Spannungsabfall des Gleichaus einem Material mit rechteckförmiger Hysterese- richters bei Belastung kleiner, so daß auch die schleife, aufgeschoben und durch geeignete Distanz- Leistung des Haupttransformators sich entsprechend und Befestigungsstücke gehalten. 35 verringert. Die Stromverteilung auf die Halbleiter-

   Distanziert von der Scheibe 8 durch vier iso- dioden ist ohne besondere Hilfsmittel allein durch herende Säulen 12 (Fig. 6) befindet sich ein weiterer die Zylindersymmetrie der Wicklungsanordnung geleitender Ring 13. Zwischen den beiden Ringen 8 währleistet. Infolge der symmetrischen Ausbildung und 13 sind die Dioden 5 und gegebenenfalls die der Diodengruppen kann durch einfaches Umdrehen Sicherungen 14 als senkrechte Verbindungen ange- 40 von einer der beiden Gruppen wahlweise die Saugbracht, drossel- bzw. die Brückenschaltung hergestellt wer-

   Mit dem oberen Ring 13 ist der Wicklungszylinder den. Dabei bleibt das Verhältnis der Stromdichte im

   15 verschraubt, der bis über die Höhe des Trans- Mittelleiter zu der in den Diodenringen bzw. in den

   duktoreisens geht, um das äußere Feld des Innen- äußeren Wicklungszylindern in beiden Fällen das

   leiters 11 zu kompensieren. An seinem oberen Ende 45 gleiche. Das erlaubt die maximale Ausnutzung des

   trägt er den Stromanschluß 16. Leitermaterials unabhängig von der Schaltung. Die

   Zwei käfigförmige Gleichrichtersätze, bestehend Ausbildung des Untersatzes als zylindrischer Sockel aus der Kühlrippenscheibe 8, Metallring 13, Distanz- aus Isolierstoff gestattet die mehrfache Ausnutzung säulen 12, Dioden5, deren Aufsicht aus Fig. 6 er- dieses Bauteils als Isolator, als Sockel und als Luftsichtlich ist, sind untereinander angeordnet. Dadurch 5° führung für den Luftstrom. Die erfindungsgemäße entstehen zwei in Reihe geschaltete Gruppen von Konstruktion erlaubt ferner durch Aufbringen einer unter sich parallelgeschalteten Dioden. Beide Grup- verschiedenen Anzahl von Ringkernen 1 auf den pen bilden den Doppelzweig einer Brückenschaltung. Mittelleiter 11, die Spannungszeitfläche und damit Vom untersten Ring 8 ist ein zylindrischer, ge- den Regelbereich der Transduktordrosseln auf eingebenenfalls durchbrochener äußerer Wicklungs- 55 fachste Weise den Gegebenheiten und Anforderunzylinder 17 nach oben geführt. Er umschließt gleich- gen einer Anlage anzupassen. Es ist nicht notwendig, falls das Transduktoreisen und trägt am oberen Ende jedesmal besondere Transduktoren zu konstruieren. den Stromanschluß 18. In der Mitte ist ein Aus- Die für die Regelung notwendigen Gleichstromschnitt zum Durchtritt eines Anschlusses 19 für den wandler können bei der erfindungsgemäßen Kon-Kurzschließer vorgesehen. 60 struktion mit der Baueinheit in raumsparender Weise

   Dreht man gemäß Fig. 5 die untere käfigförmige vereinigt werden, so daß besondere Haltevorrichtun-Diodengruppe um 180 °, was wegen seines symme- gen auf den Schienen entfallen, irischen Aufbaus ohne weiteres möglich ist, so sind „ .. , die beiden Diodengruppen nunmehr parallel ge- Patentansprüche: schaltet. Damit bildet die ganze Anordnung bei An- 65 1. Baueinheit, bestehend aus Halbleiter-Gleichschluß der Transformatorphasen an die Ringe 13 richtersatz und Transduktor mit koaxial angezwei um 180 ° elektrisch verschobene Phasen einer ordneten Wicklungszylindern, dadurch g e Saugdrosselschaltung. kennzeichnet, daß der aus mehreren

   parallelgeschalteten Einzeldioden bestehende Gleichrichtersatz einen Teil des äußeren Wicklungszylinders bildet, derart, daß der Wicklungszylinder eine ringförmige Unterbrechung aufweist, die durch die gleichmäßig verteilten Einzeldioden überbrückt ist.

   2. Baueinheit nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus parallelgeschalteten Einzeldioden gebildete Gleichrichtersätze vorgesehen sind, die als Teile je eines äußeren Wicklungszylinders einen Doppelzweig einer Brückenschaltung bzw. einer Saugdrosselschaltung bilden.

   3. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldioden eines jeden Gleichrichtersatzes auf eine gemeinsame, stromzuführende Scheibe montiert sind, deren innere Teile als radiale Kühlrippen ausgebildet und mit dem als Stromschiene ausgebildeten inneren Wicklungszylinder verbunden sind.

   4. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stromzuführenden Scheiben zusammen mit den zwischen den Einzeldioden angeordneten Isolierstützen und den äußeren Wicklungszylindern ein Gerüst bilden, das auf einem zylindrischen Isolierstoffsockel mit eingebautem Ventilator montiert ist.

   5. Baueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zu dem Transduktorkern ein Stromwandlerringkern angeordnet ist, der den als Stromschiene ausgebildeten inneren Wicklungszylinder als Primärleiter benutzt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 305 835.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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