DE1241916B

DE1241916B - Gleichrichteranordnung mit einem Halbleitergleichrichter und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1241916B
Application number: DE1964S0093199
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herold; Dipl-Ing Manfred Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-09-17
Filing date: 1964-09-17
Publication date: 1967-06-08

Description

Gleichrichteranordnung mit einem Halbleitergleichrichter und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine Gleichrichteranordnung mit einem Halbleitergleichrichter, der mit einem Kühlkörper verbunden ist und mit dem eine Sicherung in Reihe geschaltet ist und dem Beschaltungselemente parallel geschaltet sind. Solche Anordnungen sind beispielsweise aus der »Siemens-Zeitschrift«, 1961, Heft 5, S. 310 bis 315, bekannt.
Erfindungsgemäß ist der Kühlkörper in Form eines als Einschub-Baueinheit ausgebildeten Quaders gestaltet, an dessen einer Seitenfläche der Gleichrichter und an einer an dieser angrenzenden Seitenfläche die Sicherung und an der dieser letzteren Seitenfläche gegenüberliegenden Seitenfläche die Beschaltungselemente angeordnet sind. Sofern es sich um einen Thyristor handelt, dessen Steuerstrecke die Zündimpulse über mindestens einen übertrager vorgegeben sind, kann vorteilhaft auch der Übertrager und mindestens ein Teil der übrigen Elemente des Steuerstromkreises an der letzteren Seitenfläche befestigt sein. Die Beschaltungselemente und die Elemente des Steuerstromkreises können zweckmäßig jeweils auf verschiedenen Platten mit vorgedruckter Schaltung angeordnet sein, die beispielsweise mittels Abstandsbolzen an der genannten Seitenfläche des Kühlkörpers und vorzugsweise parallel zu ihr angeordnet sein können. Auf einer der beiden Platten oder auf den beiden Platten können vorteilhaft auch noch überwachungselemente, insbesondere für die Sicherung, angeordnet sein. Die gesamte Anordnung bildet somit eine Einschub-Baueinheit, die sich in Längsrichtung des quaderförmigen Kühlkörpers erstreckt. Diese Baueinheit kann in ein entsprechend gestaltetes Gerüst der Stromrichteranlage eingeschoben werden, derart, daß die Seitenfläche mit der Sicherung sichtbar ist, die somit leicht überwacht und ausgewechselt werden kann. Im Störungsfall kann ohne größeren Arbeitsaufwand auch die gesamte Einschub-Baueinheit ausgewechselt werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll auf die Zeichnung Bezug genommen werden. In F i g.1 ist die Schaltung einer derartigen Baueinheit mit einem Thyristor dargestellt; F i g. 2 zeigt die wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels einer derartigen Baueinheit in Seitenansicht.
Nach F i g.1 ist mit einem Thyristor 2, beispielsweise mit einem Halbleiterkörper aus Silizium, der in einer beliebigen Schaltung einer Stromrichteranlage angeordnet sein kann, eine Sicherung 7 in Reihe geschaltet. Dem Thyristor 2 ist eine Gruppe ; von Steuerelementen 10 und eine Gruppe von Beschaltungselementen 20 zugeordnet, von denen zur Vereinfachung jeweils nur die wesentlichen Teile in der Figur dargestellt sind. Die Steuerstrecke des Thyristors 2 ist über eine Parallelschaltung von Steuerübertragern 13 und 14 mit einer in der Figur nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden, die an Klemmen 19 angeschlossen sein kann. Zur Zündung von Siliziumthyristoren, insbesondere zur gleichzeitigen Zündung mehrerer solcher Thyristoren, können bekanntlich vorteilhaft Zündimpulse mit steiler Anstiegsflanke verwendet werden. Zur Lieferung solcher Impulse ist ein Steuerübertrager 14 vorgesehen. Als Primärstrom für diesen übertrager kann der Entladestromstoß eines Kondensators 15 vorgesehen sein, der über eine Diode 16 entladen werden kann. Zur Lieferung eines Impulses mit einer ausreichenden Länge ist ein Übertrager 13 vorgesehen, der zur Rückmagnetisierung seines Wandlerkernes mit einer zusätzlichen Primärwicklung versehen ist. Die Sekundärwicklungen der Übertrager 13 und 14 sind über Sperrdioden 11 und 12 parallel geschaltet, so daß dem Thyristor 2 Steuerimpulse mit großer Flankensteilheit und einer erforderlichen Länge zugeführt werden können. Eine Entladung des Kondensators 15 über die Primärwicklung des Übertragers 13 wird durch eine Diode 17 verhindert. Als Gleichrichter 12 und 16 können zweckmäßig Selen-Flachgleichrichter vorgesehen sein, die bekanntlich die Eigenschaft haben, sehr schnell durchzuschalten. Als Beschaltungselemente können dem Thyristor 2 in bekannter Weise ein Stabilisierungswiderstand 21 und eine Reihenschaltung eines Kondensators 23 mit einem Widerstand 24 zugeordnet sein. Zur überwachung der Sicherung 7 ist eine Überwachungsschaltung vorgesehen mit einer der Sicherung 7 parallel geschalteten Reihenschaltung eines Widerstandes 25 und der Spule eines Überwachungsrelais 27. Spricht im Störungsfall die Sicherung 7 an, so liegt an der Reihenschaltung die volle Spannung, das können beispielsweise bei einer Reihenschaltung mehrerer Thyristoren unter Umständen mehr als 1000 V sein. Um die Spannung der Relaisspule von beispielsweise etwa 30 V über einen großen Bereich nahezu unabhängig von der an der Sicherung abfallenden Spannung wenigstens annähernd konstant zu halten, ist der Relaisspule ein spannungsabhängiger Widerstand 26, ein sogenannter Varistor, parallel geschaltet.
Nach F i g. 2 ist der Thyristor 2 in einem im wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse enthalten, dessen eine Deckfläche mit einem Gewindebolzen 3 versehen ist und durch dessen andere Deckfläche ein Hauptleiter 4 und die Steuerleitung 5 isoliert hindurchgeführt sind. Der Thyristor 2 ist mittels seines Gewindebolzens 3 in einer Aussparung eines Kühlkörpers 6 befestigt, der beispielsweise aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen soll, das in Form von Rippen ausgebildet ist, die in senkrechter Richtung und parallel zur Bildfläche verlaufen sollen. An der unteren quaderförmigen Seite des Kühlkörpers ist der Thyristor 2 angeordnet. Die Ableitung 4 der Hauptelektrode des Thyristors ist zur linken Begrenzungsfläche des Kühlkörpers geführt, an welche eine Platte 30 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, befestigt ist. Die Hauptleitung 4 kann zweckmäßig durch eine entsprechende Bohrung der Platte 30 hindurchgeführt und mit einer Anschlußklemme versehen sein. Durch die Platte 30 sind ferner zwei als Flachschienen ausgebildete Anschlußleitungen 9 hindurchgeführt, an deren Enden die Sicherung 7 festgeschraubt ist. Die Zuleitung von der Stromrichteranlage zur Sicherung kann beispielsweise an ein Anschlußstück 8 angeschlossen sein, das am unteren Leitungsende der Sicherung 7 strichpunktiert dargestellt ist. An der rechten Begrenzungsfläche des Kühlkörpers 6 ist in gleicher Weise eine Platte 31 aus einem elektrisch isolierenden Material befestigt. An dieser Platte ist aus Isolationsgründen zweckmäßig in einem vorgegebenen Abstand eine Schaltungsplatte 32 angeordnet, die zur Aufnahme der Elemente der Steuergruppe 10 dienen kann. Aus der Figur ist beispielsweise die räumliche Anordnung der Übertrager 13 und 14 sowie der Gleichrichter 12 und 16, die in Blickrichtung hintereinander angeordnet sein sollen, zu entnehmen. An mehreren Abstandsbolzen 34 und 35, deren Länge sich aus der Größe der Schaltelemente ergibt, ist eine weitere Platte 33 befestigt, die zur Aufnahme der Beschaltungselemente für den Thyristor2 und zweckmäßig auch der Überwachungselemente für die Sicherung 7 dienen kann. In der Figur ist beispielsweise die räumliche Anordnung des Beschaltungskondensators 23, der Widerstände 24,21 und 25 und des spannungsabhängigen Widerstandes 26 zu entnehmen. Die Widerstände 21 und 25 sollen in Blickrichtung hintereinander angeordnet sein. Als Schaltungsplatten 32 und 33 können vorteilhaft solche mit vorgedruckter und bereits fertig verdrahteter Schaltung der zu montierenden Schaltelemente verwendet werden. Die Verdrahtung kann aus geätzten und später mit elektrisch leitendem Material vergossenen, kreuzungsfrei verlaufenden Rillen bestehen. Die Anschlußleitungen der Verdrahtung können zu einem Steuerkabel 36 zusammengefaßt sein, das durch -entsprechende Bohrungen der Platten 31 und 30 hindurchgeführt und am Ende mit einem Vielfachstecker 37 versehen sein kann.
Die Klemmen 19 aus F i g. 1 können jedoch auch zu einer in der F i g. 2 nicht dargestellten Stecker leiste vereinigt sein, die mittelbar am Kühlkörper 6, beispielsweise unten an einer der Isolierstoffplatten befestigt und so angeordnet sein kann, daß die Steckkontakte beim Einschub der Baueinheit in Pfeilrichtung in ein entsprechend ausgebildetes Gerüst der Stromrichteranlage in Kontakte eines Gegensteckers eintreten. Zur Erleichterung der Einschubbewegung kann vorteilhaft mindestens eine der Platten 30 bis 33 durch entsprechende Bemessung und Ausgestaltung zur Führung der Baueinheit in dem erwähnten Gerüst der Stromrichteranlage ausgebildet sein. Es kann beispielsweise die Platte 31 vorzugsweise an ihren unteren Ecken mit Ausnehmungen versehen sein, die beim Einschub an Führungsleisten des Gerüstes der Stromrichteranlage gleiten und so die Baueinheit beim Einschieben zentrieren.

Claims

Patentansprüche; 1. Gleichrichteranordnung mit einem Halbleitergleichrichter, der mit einem Kühlkörper verbunden ist und mit dem eine Sicherung in Reihe geschaltet ist und dem Beschaltungselement parallel geschaltet sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Kühlkörper (6) in Form eines als Einschub-Baueinheit ausgebildeten Quaders gestaltet ist, an dessen einer Seitenfläche der Gleichrichter (2) und an einer an dieser angrenzenden Seitenfläche die Sicherung (7) und an der dieser letzteren Seitenflächen gegenüberliegenden Seitenfläche die Beschaltungselemente (20) angeordnet sind.
2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 mit einem Thyristor, dessen Steuerstrecke die Steuersignale über mindestens einen Transformator vorgegeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Sicherung (7) gegenüberliegenden Seitenfläche des Kühlkörpers (6) auch die Steuertransformatoren (13, 14) sowie mindestens ein Teil der übrigen Elemente des Steuerstromkreises (10) angeordnet sind.
3. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Sicherung (7) gegenüberliegenden Seitenfläche des Kühlkörpers (6) Überwachungselemente (25, 26,27) angebracht sind.
4. Gleichrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung (7) auf einer der beiden kleineren Seitenflächen des Kühlkörpers (6) angeordnet ist. 5. Gleichrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter in einer Aussparung des Kühlkörpers (6) angeordnet ist. 6. Gleichrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Seitenfläche, an welcher die Sicherung (7) angeordnet ist, eine Isolierstoffplatte (30) befestigt ist, die mit Mitteln versehen ist zum Anschluß einer der Elektroden des Gleichrichters an eine Stromrichteranlage. 7. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 6 mit einem Thyristor, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffplatte (30) mit Mitteln versehen ist zum Anschluß der Steuerleitungen (36) für den Thyristor (2) an eine Steuereinrichtung. B. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Sicherung (7) gegenüberliegenden Seitenfläche eine weitere Isolierstoffplatte (31) befestigt ist, an welcher unmittelbar oder mittelbar ein Teil der Beschaltungselemente (20) und/oder der Steuerelemente (10) angeordnet sind. 9. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgegebenen Abstand von der Isolierstoffplatte (31) und parallel zu ihr weitere Isolierstoffplatten (32, 33) angeordnet sind, an denen die Beschaltungselemente (20) und gegebenenfalls die Steuerelemente (10) befestigt sind. 10. Gleichrichteranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Isolierstoffplatten durch geeignete Ausbildung ihres Profils zur Führung und Zentrierung der Gesamtanordnung beim Einschieben in ein entsprechendes Gerüst einer Stromrichteranlage vorgesehen ist. 11. Gleichrichteranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Isolierstoffplatten (30 bis 33) eine Steckkontaktvorrichtung für die Klemmen (19) der Steuerleitungen angebracht ist, derart, daß durch Bewegung der Gesamtanordnung in Längsrichtung des Quaders der Kontakt mit einer entsprechenden Kontaktvorrichtung hergestellt wird. 12. Verfahren zum Herstellen einer Gleichrichteranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Isolierstoffplatten (32,33) solche mit vorgedruckten und fertig verdrahteten Schaltungen für die zu montierenden Beschaltungs- und Steuerelemente verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr.1086 349, 1122178; Siemens-Zeitschrift, Bd. 35 (1961), H.
5, S. 310 bis 315.