DE1208008B

DE1208008B - Halbleiter-Gleichrichtergeraet

Info

Publication number: DE1208008B
Application number: DEB72894A
Authority: DE
Inventors: Hans Angert
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1963-07-27
Filing date: 1963-07-27
Publication date: 1965-12-30
Also published as: CH421272A

Description

Halbleiter-Gleichrichtergerät Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Gleichrichtergerät für große Leistung mit einer Reihenparallelschaltung der Gleichrichterzellen.
Halbleiter-Gleichrichterzellen werden in den letzten Jahren in wachsendem Maße an Stelle anderer Gleichrichter verwendet. Die zulässige Belastbarkeit derartiger Gleichrichterzellen hängt wesentlich von der Intensität der Kühlung ab. Es ist deshalb wichtig, die Zellen sehr intensiv zu kühlen. Darüber hinaus werden bei einer gegebenen Kühlung derartige Halbleiterzellen auch schon durch eine verhältnismäßig geringfügige Überlastung und in Verbindung damit mit einer geringen Überschreitung der zulässigen Erwärmung rasch zerstört. Sie werden deshalb mit flinken Spezialsicherungen gegen Überlast geschützt. Häufig werden Gleichrichterzellen für höhere Spannungen und größere Ströme in Reihenparallelschaltung verwendet. Dabei werden zur intensiven Kühlung die Stromschienen, über welche die Zellen parallel geschaltet sind, mit Wasser gekühlt, wodurch eine sehr wirksame Ableitung der anfallenden Wärme erreicht wird. Jede der in Reihe und parallelgeschalteten Zellen muß bei den bis jetzt . bekannten Stromschienen mit einer eigenen Sicherung versehen werden.
Diesen Nachteil zu vermeiden ist die Aufgabe der Erfindung. Sie wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Reihenschaltung aus zwei oder mehr Gleichrichterzellen und einer Sicherung besteht und daß nur die an den Enden liegenden Elemente jeder Reihenschaltung an wassergekühlten, der Parallelschaltung dienenden Stromschienen angeschlossen sind, während zur Verbindung der Elemente jeder Reihe untereinander voneinander isolierte Klemmstücke dienen, die auf wasserdurchflossene Kühlrohre unter Zwischenlage dünner Isolierschichten aufgereiht sind.
Ein Beispiel der Erfindung ist in den F i g. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellt.
In F i g. 1 sind an wassergekühlte Stromschienen 1 Halbleiter-Gleichrichterzellen 2 angesetzt. Die Anschlußkabel 3 der Zellen 2 sind mit Klemmstücken 4_ verbunden. Die Klemmstücke 4_ bestehen aus zwei voneinander durch eine dünne Isolationsschicht 5 isolierten Teilen 6 und 7. An jeden der beiden Teile 6 und 7 ist eine Halbleiter-Gleichrichterzelle 8 angeschraubt, und jeder Teil ist mit dem Anschlußkabel 3 einer Zelle 2 verbunden, die in die Stromschiene 1 eingesetzt ist. Die Klemmstücke 4_ sind auf Kühlwasserrohren 9 zwischen Isolierendstücken 10 und 11 aufgereiht. Zwischen je zwei benachbarten Klemmstücken 4 ist eine Isolierzwischenlage 12 angeordnet. Die Anschlußkabel 13 der Zellen 8 führen zu Sicherungen 14, die ihrerseits an Stromschienen 15 angeschraubt sind.
Die Stromschienen 1 und 15 und die aus den Klemmstücken 4_ gebildete Reihe sind mit isolierenden Zwischenstücken 16 und Platten 17 untereinander verbunden. Die Stromschiene 1, welche die Halbleiter-Gleichrichterzellen 2 trägt, ist mit Kühlwasserrohren 18 und 18' versehen zur Ableitung der in den Gleichrichterzellen entstehenden Wärme. Die speziell zum Schutz von Halbleiter-Gleichrichterzellen entwickelten außerordentlich rasch ansprechenden Sicherungen erwärmen sich bei Nennstrombelastung bereits erheblich. Damit die in den Sicherungen entstehende Wärme nicht auf die Gleichrichterzellen abfließt, ist auch die Stromschiene 15 mit Kühlwasserrohren 19,19' versehen.
In F i g. 2 ist das Halbleiter-Gleichrichtergerät im Schnitt quer zu der Längsachse der Stromschienen 1 und 15 und in F i g. 3 ist die von den Klemmen 4, den Isolierzwischenlagen 12 und den Isolierendstücken 10 und 11 gebildete Reihe im Längsschnitt dargestellt. Die Kühlwasserrohre 9 und 9' sind an ihrem oberen Ende mit Gewindestopfen 20 verschlossen. Unterhalb dieser Gewindestopfen innerhalb der Isolierendstücke 10 sind die beiden Rohre 9, 9' mit einem Rohrstück 21 verbunden.
Die Pfeile 22 kennzeichnen die Flußrichtung des Kühlwassers. Durch die gegensinnige Führung des Kühlwassers, die auch bei den Rohren 18,18' und 19,19' der Stromschienen 1 und 15 vorhanden ist, wird eine gleichmäßige Erwärmung bzw. Kühlung der Stromschienen 1 und 15 bzw. der Klemmstücke 4 erreicht. Die dünne Isolationsschicht 5 isoliert elektrisch, wie gesagt, die beiden Teile 6 und 7 jedes Klemmstückes 4_ gegeneinander und gegen die Kühlwasserrohre 9, 9'. Sie bildet aber nur eine geringfügige Wärmeisolation, so daß die in den Halbleiter-Gleichrichterzellen 8 anfallende Wärme über die Klemmstücke 4_ gut an das Kühlwasser abgegeben werden kann. Die dünne Isolationsschicht 5 kann vorzugsweise aus einer Metalloxydschicht bestehen, wie z. B. Aluminiumoxyd, und mittels Plasmaspritzen aufgebracht sein. Derartige Metalloxyde sind nicht nur gute elektrische Isolatoren, sondern auch schlechte Wärmeleiter. Die Isolationsschicht 5 ist deshalb auch sehr dünn. Dadurch kann erreicht werden, daß bei einer bestimmten Dicke von etwa 0,1 bis 0,15 mm die elektrische Isolationsfestigkeit hinreichend groß ist und trotzdem der Wärmeübergangswiderstand sehr gering bleibt. Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, bedeckt die dünne Isolationsschicht 5 in einer gewissen Breite die Ränder der Teile 6 und 7. Dadurch wird ein Überschlag an diesen Trennfugen durch die vergrößerte Kriechstrecke bei der geringfügigen Verschmutzung dieser Kanten mit ausreichender Sicherheit vermieden.
Zwischen den übereinanderliegenden Klemmstücken 4 findet kein wesentlicher Wärmeübergang statt. Die Isolierzwischenlagen 12 an diesen Stellen können deshalb stärker sein. Sie können ferner derart ausgebildet sein, daß sie über die Kanten des Klemmstückes 4_ so weit herausstehen, daß sich ein ausreichender Kriechweg ergibt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. So kann ohne weiteres die Anzahl der in Reihe geschalteten Halbleiter-Gleichrichter größer als zwei sein. Die äußeren Stromschienen können dann so ausgebildet sein, wie die Stromschienen 1 und 15 des Beispiels, während alle dazwischenliegenden Verbindungen durch Klemmstückreihen, wie in dem Beispiel beschrieben, gebildet werden. Es kann unter Umständen auch zweckmäßig sein, die Reihenfolge zu ändern und die Sicherungen auf einer Klemmstückreihe zwischen den Halbleiter-Gleichrichterzellen anzuordnen. Eine Verbesserung der Wärmeabfuhr kann gegebenenfalls abweichend von der Darstellung in dem Beispiel noch erreicht werden, indem die Verbindung des Anschlußkabels der entsprechenden Gleichrichterzelle mit dem einen Anschluß der Sicherung über eine wassergekühlte Klemmstückreihe erfolgt und der andere Anschluß der Sicherung mit einer Stromschiene, wie in dem Beispiel dargestellt, verbunden ist. Dadurch wird verhindert, daß in der Sicherung entstehende Wärme über das Anschlußkabel in die Gleichrichterzelle fließt. Es kann auch zweckmäßig sein, Gleichrichterzellen mit verschiedener auf Schraubverbindung und Anschlußkabel bezogener Durchlaßöffnung in Reihe zu schalten.

Claims

Patentansprüche: 1. Halbleiter-Gleichrichtergerät für große Leistung mit einer Reihenparallelschaltung der Gleichrichterzellen, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß jede Reihenschaltung aus zwei oder mehr Gleichrichterzellen (2, 8) und einer Sicherung (14) besteht und daß nur die an den Enden liegenden Elemente jeder Reihenschaltung an wassergekühlten, der Parallelschaltung dienenden Stromschienen (1,15) angeschlossen sind, während zur Verbindung der Elemente jeder Reihe untereinander voneinander isolierte Klemmstücke (4_) dienen, die auf wasserdurchflossene Kühlrohre (9, 93 unter Zwischenlage dünner Isolierschichten (5) aufgereiht sind.
2. Halbleiter-Gleichrichtergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Reihe eine Schmelzsicherung vorgesehen ist.
3. Halbleiter-Gleichrichtergerät nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stromschiene und jede Klemmstückreihe zwei Kühlrohre enthält, die gegensinnig von Kühlwasser durchflossen sind.
4. Halbleiter-Gleichrichtergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmstücke längs der Kühlrohre in zwei durch dünne Isolationsschichten isolierte Teile (6, 7) unterteilt sind, wobei die Teile verschiedenen Reihenschaltungen angehören. In Betracht gezogene Druckschriften: »Siemens-Zeitschrift«, Bd. 35 (1961), H.
5, S.310 bis 315.