DE1439214A1

DE1439214A1 - Zusammenbau luftgekuehlter Halbleiterelemente und Halbleiterzellen hierfuer

Info

Publication number: DE1439214A1
Application number: DE19631439214
Authority: DE
Inventors: Zanetti Pierre Charles
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1962-02-12
Filing date: 1963-02-12
Publication date: 1969-02-27
Also published as: FR1322249A

Description

Zusammenbau luftgekühlter Halbleiterelemente und Halbleitersellen

hierfür.

Die Umwandlung elektrischer Wechseletröme hoher Leistung in Gleich— ricnteretröee höher Leistung, oder umgekehrt, mit Hilfe von Halbleitergleichrichtern erfordert die Anwendung zahlreicher Gleichrich terelemente, da Jedes einseine nur eine relativ kleine Leistung umwandeln kann, ^ieie Elemente sind in Reihe, parallel oder in Reihe UBd parallel geschaltet, wobei die letztgenannte Anordnung am häufigsten anzutreffen ist, beispielsweise beim elektrischen Fahrbetrieb·

Se wurden bereit· Geräte für Blocks ruhender Gleichrichter mit Siliziumdioden Vorgeschlagen, die aber zahlreiche Nachteile boten. Die Kühlluft wird nicht völlig ausgenutzt; wo dies gelingt ist es nur mit Hilfe von Füllstücken oder Schirmen möglich, die die Geräte komplizierten* Die Montage der Gleichrichterelemente geschieht in Teilaätxen oder Einschüben, deren Befestigungen und Verbindungen zur Prüfung gelöst werden müssen. Die Hälfte der dioden ist anders nicht zugänglich. Ausscrdem hat die Anordnung die allgemeine Fora eines Zylinders, der radial in Abschnitte unterteilt ist, deren von der Zahl der Unterteilungen abhängige Winkel an der Spitze für Jede Anwendung einen besonderen fert haben kann, was wiederum die MUglichkeitenjjainer Serienfertigung begrenzt und die maschinelle Bearbeitung kompliziert. Überdies enthalten die vorgeschlagenen Gerät· ein entsprechend eingefügtes Motor-Ventialofc-Teil, und die hervorragenden Wechsel- und Gleiehstromverbindungen müssen geschützt werdet oder die Anordntrog muft in einem geschlossenen Abteil untergebracht werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Zusammenbau luftgekühlter ^albleiterelemente, die die Nachteile der zur Zeit bekannten

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Geräte nicht zeigen, "ie Erfindung besteht darin, daß die Halbleiterelemente, wie z.B. Dioden oder steuerbare Gleichrichte auf Kühlkörpern im allgemeinen zylindrischer oder prismatischer £orm befestigt sind, die vor im wesentlichen gleichen Querschnit aufweisenden und zur ^urehleitung der Kühlluft vorgesehene^ Öffnungen an ebenen Tafeln angebracht sind, die mit Hilfe von Scharnieren an einem mit einem Kühlluftkanal zusammengepaßten Rahmen montiert sind.

Kühlung der Halbleiterelemente in einem Zusammenbau gemäss der Erfindung wird in einem solchen MaBe gewährleistet, daß die Temperatur des pn-übergangea der Halbleiterelemente in keinen falle die Sicherheitsgrenze überschreitet. Für diese Kühlung wii sweekmässig Luftzirkulation verwendet, die mit Vorteil für die Wirtschaftlichkeit unter einem schwachen Druck um die gesamten Wärmeahleitungsteile geführt wird. Ausserdem ist der Aufbau und das Auseinandernehmen sowie die Inspektion der Gleichrichterelemente bei einem Zusammenbau gemäss der Erfindung besonders einfach« Auch weist der Zusammenbau gemäss der Erfindung eine Konstruktur von geringerem Umfang und wirtschaftlicher Ausführus auf.

Im folgenden werden zur Vereinfachung der Beschreibung eine Diod oder ein steuerbarer Gleichrichter allgemein als Gleichrichter, die Einheit aus Kühlkörper und von ihrer zu kühlenden Gleichrichters als Zelle, die Anordnung aus einer Tafel und den darauf montierten Zellen, ihrem Zubehör für Spannungsteilung und ihren Anschlüssen als Zellentafeln und die Gesamtheit von in leihe und parallel geschalteten Gleichrichtern ohne Zwischenklemmen ils Glticbrichttrgrupp· bezeichnet.

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Als Gleiearichtungsblock wird der Zusammenbau luftgekühlter Halbleiter element β bezeichnet, wobei die Halbleiterelemente nicht nur; Gleichrichter oder Dioden, sondern auch steuerbare Gleichrichter ■ein können, Die Halbleiterelemente können entsprechend den bekannten Schaltungen sur Umwandlung von lechsel- in Gleichstrom, Ton Gleich- in Wechselstrom, von Wechselstrom einer Frequenz^ in Wechselstrom einer anderen Frequenz, von Gleichstrom einer Spannung in Gleichstrom.einer anderen Spannung und aneren Umwandlungen mit einander verbunden sein.

Jede? Kühlkörper hat die allgemeine Form eines Zylinders oder gerad Prismas, der bzw. das an der Basis senkrecht durch Kühlrippen absondernde Schlitze unterteilt ist, und einerseits einen, der die zu kühlende Elektrode eines Gleichrichters aufnimmt, oder mehrere solcher Ansätze und andererseits Anschlußteile für die and en Elektroden der Gleichrichter der benachbarten Zellen und für die üblicherweise erforderlichen Glieder zur gleichmäßigen Aufteil ung der Sperrspannungen für reihengeschaltete Gleichrichter.

Vor einer jeden öffnung einer ebenen Tafel können ein oder zwei Zellen koaxial montiert werden.

Verbindungen, die die in Reihe geschalteten ^ellenreihen parallel verbunden, werden auf die Tafeln montiert und mit flexiblen Zuleitungen an die Hauptklemmen für den flechsel- und den Gleic strom , die auf den dem Kühlluftkanal angepaßten Rahmen montiert •ind, und gegebenenfalls an die Klemmen der benachbarten Zellentafeln geführt.

Alle oder einige Zellentafeln sind mit Scharnieren zur öffnung nach Außen an dem Kühlluftkanal angepaßten Rahmens befestigt, so d sie von beiden Seiten erreichbar sind, leicht auseinandergenommen werden können und außerdem Zugang zu den dahinterliegenden Zellen« tefeln geben.

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Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren werden vorteilhafi Ausführungsbeispiele der Srfindung beschrieben»

Fig. 1 zeigt die Vorderansicht zweier elektrisch in Seihe geschalteter Zellen gemäss der Erfindung.

Die Pig. 2 und 3 stellen schematisch einen vollständigen Gleich« richterblock in Ansicht entsprechend der JBbene AA und im Sehniti entsprechend der Ebene BB dar«

Fig· 1 zeigt zwei Zellen 1, di© 3ewei&& aus einem Kühlkörper 2 und zwei Gleichrichtern 3 bestehen, Sie zusammen auf eine teilweis© dargestellte Isolierstofftafel 4 montiert sind. Jeder
Kühlkörper 2 aus thermisch und elektrisch gut leitendem Material z.B. eimer Aluminiumlegierung, trägt sw@i Gleichrichter 3 und in die allgemeine £©rm eines Ks»eissylinö@r_f in dem Schlitze 3 *5um Durehlais@n der Luft parallel zur Zylinderachse angebracht sind. Bisse Schiita© 3 werden durch Rippssi 6 getrennt, di© die von dei •Gleelchrichtern 5 entwickelt© färme an die Luft abgeben. Die -.-\ Gleichrichter 3 sind an der Seite d©r zu kühlenden Elektrode 7 in mit Gewinde versehenen Vorsp^üagea 8-eingeschraubt,mit denen sie mit bekannten Mitteln in gut©& elektrischen und thermischen Kontakt gebracht werden. Die Rippen 6 sind so angeordnet, daß
ihr© Hippenebene gegen die Gleichrichter 3 gerichtet ist, wodur< der thermisch® Widerstand zwischen den Gl©ichrichtern 3 und der Luft herabgesetz wird.

Ein Kühlkörper 2 hat eine oder mehrere Klemmen 9, die die nicht gekühlten Hauptelektrodenanschlüsse 10 der zwei Gleichrichter
der benachbarten Zelle 1 aufnehmen, sowie zwei Klemmen 11, an dj je eine der beiden Verbindungen 12 der benachbarten bei den
Gliedern 13 zur gleichmassigen Verteilung der Sperrspannungen

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wie sie für reihengeschaltete Gleichrichter bekannt sind, angeschlossen wird, Reben den Gliedern 13 zur gleichmäßigen Verteilt der Sperrspannung kenn der Kreiszylinder jedes Kühlkörpers 2 eine Abstumpfung 14 aufweisen, diees ermöglicht;an die benachbarten Zellen 1 heranzukommen.

Jeder Kühlkörper 2 hat mindestens zwei Befestigungslaschen 15« die es gestatten, die entsprechende ^eIIe 1 vor eine in die Tafe! aus isolierendem Material geschnittene Öffnung 16 von vorzugsweit runder for« und i» wesentlichen gleichem Durchmesser wie die des Kühlkörpers befestigen.

In Pig. 2 und 3 ist schem tisch ein Gleichrichter aus zwei Zellei tafeln 17 und 18 dargestellt, die je drei parallelgeschalte Heil su je vier Zellen 1 in Seihe aufweisen, von denen wiederum jede zwei parallelgeschalte Gleichrichter 3 trägt. Jede Zellentafel trägt also vierundzwanzig Gleichrichter, die eine Gruppe darstel

In jeder der zwei rechten vertikalen "eihen der Zellentafel 17 wurden die zwei mittleren Zellen 1 und ihr Zubehör weggelassen damit die entsprechenden Offnungen 16 der Isolierstofftafel deut licher zu «eigen. Die gleichen Öffnungen 16 bestehen hinter den dargestellten Zellen 1.

Sie zwei Zellentafeln 17 und 19 sind in einem Rahmen 19 montiert der mit einem teileweise dargestellten Kühlluftkanal 2C verbünde] ist. Die Luft wird vorzugsweise in Richtung des Pfeils 21 an den Zellen 1 vorbei und durch ein Gitter 22 geführt, das leicht abnehmbar auf Türhaken festgesetzt und erforderlichenfalls zum Sch' des Personals verriegelt werden kann.

Zellentafel 17 ist mit Scharnieren 23 as dem Rahmen 19 angebracht und kann in Pieilrichtung 24 geöffnet oder entfernt werde:

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!Seilentafeln 16, die nur auf die Vorderseite Zellen trägt, ki kann festg®s@tz werden. Die Zellentafel 17 kann inspiziert werdei wenn daa Gitter 22 entfernt wird, und die Zellentafel 18, wenn die Zellentafel 17 geöffnet oder entfernt wird«

Zur Bildung einer Gleichrichtergruppe werden die' drei Reihen zu je vier Zellen mit Hilfe von Anschlußschienen 25 und 26, die an den Zellentafeln 17 und 18 befestigt und durch entspreche! bekannte, nichtdargestellte, Mittel elektrisch von diesen isoliert sind, parallel geschaltet. Die 3chienen 25 und 26 der Zellentafel 17 körnen durch flexible Zuleitungen 27 und 28 an die Klemmen 29 und 30 geführt werden, die an dem Rahmen 19 befestigt und von diesem durch bekannte entsprechende, nicht dargestellte, Mittel isoliert sind.

9m die Kiihl luft zufuhr zu gewährleisten, kann entweder ein- mit dem Kühlluftkanal 20 verbundener besonderer Ventilator verwendet oc*er der Kanal 20 auf der dm Luftstrom abstossenden oder besser auf der ββη Luftstrom einsaugenden Seite eines schon für andere Zwecke, beispielsweise zur Fühlung von mit dem Gleichrichterblock elektrisch verbunderen Motoren, vorgesehenen Ventilators angebracht werden.

Aus der vorgesehenen Beschreibung 1st ersichtlich, daß durch die Erfindung ein- Zusammenbau von Halbleiterelement en möglich ist, bei dem die gesamte Kühlluft ausgenutzt wird, alle Elemente ohne Ausnahme der Zellen oder ihrer Zuleitungen leicht zugänglich sind, die keinen besonderen Ventilator erforderlich machen und deren Zuleitungsklemmea ohne besondere Anordnung geschützt

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IB de» Aufbau von Halbleiterelement·· Anordnungen nach Fig. 2 und -tem Jede Zellentafel in einer Slnwegschsltung, oder einem Zweig •iner Zweiwegschaltung oder In einer bekanntenHalbleiterschaltung angewandt werden· Die Zahl der in Reihe geschalteten Zellen und die Saal der parallel geschalteten ZellemeLhen kann alle mit einem guten Betrieb der Gleichrichter in Einklang su bringenden Werte haben. Amt einer einsigen Zellentafel können eine oder mehrere Gleichrichtergruppe» den verschiedenen Phasen oder verschiedenen Schaltungen sugehören« wenn die erforderlichen Anechlußschienen und Swiaehensuleltungen Torgesehen werden«

In den mit dem Kühlluftkanal susanmengepaeten Rahmen können mehr als swei Zellentafeln in Kunlluftatrömungsrlohtung hintereinander gaaatst werden »indem sie alle, außer der letzten - wenn nicht erforderlich ~, vorsugswsiee abwechselnd rechts und links mit Benaraleren rereehen werden. Man kann auch mehrere Zellentafeln in sine Sbene set»en, beispielsweise swei in jede Ebene_p wobei Als Scharniere rechts und links liegen»

Auf einer Zellentafel kann man in der Achse einer joden Öffnung 16 beiderseits der Isolierstofftafel je eine Zelle 1 anbringen, wobei alle Zellentafeln, β!nachließlieh der letsten, auf Scharniere 25 montiert werden» damit in diesem Fell die hinter der letzten Tafel liegenden Zeilen 1 inspisiert werden können«

jeden Kühlkörper 2 kann man einen oder muhrsre Gleichrichter 3 montieren. Bar Kühlkörper 2 kann jede der betriebenen gleichwertigen form haben ο Ebenso können die versehe denen bekennten Kittel sur Herauf set «mg des Wärmeaustausches des Kühlkörpers 2 mit der Ftihlltift angewandt werden.

für den Fell, dsB man die elektrische Parallelschaltung der swei auf ein und demselben Kühlkörper montierenden Gleichrichter nicht wünscht, kam dieser statt aus einem Stück aus swei mechanisch verbundenen, jedoch durch bekannte Mittel elektrisch isolierte Stücke hergestellt werden« Jedes der beiden Stücke hat dann

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beispielsweise die allgemeine Form einer rechten oder linken BiIfte dee in Fig. 1 dargestellten Kühlkörpers« wenn man sie in der Symmetrieebene y\ - 52 durchschneidet· Die swel elektrisch, durch eine Luftschicht oder eine Isolierscheibe getrennten Hälften werden mechanisch, &oB» durch bekannte Mittel wie Schrauben oder BoIien mit Tülle und Isolierscheibe verbunden. ''

Jede der beiden Hälften hat ein paar Klemmen 11 sum Anschluß der . Glieder 13 zur gleichmäßigen Aufteilung der Sperrspannung, die den in Reihe geschalteten benachbarten Gleichrichtern entsprechen*

Die verschiedenen genannten Schaltungen sind in Gleichrichtucgs- · blöcken gem. der Erfindung mit einer beliebigen Zahl von Phasen in Einweg» und Zweiwegschaltungen ausführbar.

In dem Zusammenbau können die Zellentafeln auch nicht vertikal angeordnet sein»

Für einen erflndungsgemäSen Zusammenbau von steuerbaren Gleichrichtern können auf der Isolierstofftafel die Anschlußteile für die Verbindungen mit der Steuer« und Zündschaltung angebracht werden«

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Claims

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Patentansprüche

Zusammenbau luftgekühlter Halbleiterelemente ,-r^tadarch gekennzeichnet, daß dl· Balbleltereleaente auf Kühlkörpern im allgemeinen zylindrischer oder prisaatiacher Form befestigt sind, dl· top la wesentlichen gleichen Querschnitt aufweisenden «ad aur Durchleitung der Kühlluft vorgesehenen öffnungen an , ebenen !Tafeln angebracht sind, die/ insbesondere alt Hilfe von Scharnieren, an einem zu einem Kühlluftkanal zusammengepaßten Rahmen an einer ihrer Seiten drehbar montiert sind.

2· Zusammenbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper sowohl «ine Aussparung für eine Elektrode und Ansohluflteile für die weiteren Blektroden der Gleichrichter «la auch Anschlußteile für Glieder zur gleichmäßigen Aufteilung der Sperrspannungen in Reihe geschaltete Gleichrichter aufweisen.

3· Zusammenbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder einige der Zellentafeln mit Scharnieren zur Öffnung nach außen an dem angepaßten Rahmen befestigt sind.

4« Zusammenbau nach Anspruch 1, 2 oder 3« dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper Kreiszylinder sind, die auf ihren Mantelflächen symmetrisch au einer Bbene durch die Zylinderachse swei Vorsprünge aufweisen, an denen je ein Gleichrichter befestigt ist, und daß die Kreiseylinder zur Zylinderachse parallele Schiitse so aufweisen, daß die die Schlitze trennenden Hippen in der eine» Gleichrichter zugehörenden Hälfte des Kühlkörpers alt ihren Rippenebenen parallel zu der Symmetrieachse des Gleichrichters sind.

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5· Zusammenbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper an der von beiden Gleichrichtern entferntesten Hantel* linie eine der Zylinderachse parallele Abstumpfung zur Aufnahme eines zwischen zwei Zellen einzusetzenden Spannungsaufteilungsglledes aufweisen» .

6· Zusammenbau nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Offnungen in der Zellentafel von kreisrunder Form sind.

) 7. Zusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftkanal auf der den Luftstrom einsaugenden Seite eines für die .Kühlung von anderen Seilen als Gleichrichtern benötigten Ventilators angebracht istο

8. Zusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7« dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rahmen der den Kühlluft strom in einem Kanal zusammenfaßt, mehr als zwei parallele Zellentafeln in Strömungsrichtung der Kühlluft hintereinander gesetzt sind*

9· Zusammenbau nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellentafeln abwechselnd links und rechts mit Scharnieren versehen . sind.

10· Zusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9₉ dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zellentafeln in, insbesondere zwei Zellentafeln mit rechts bzw. links angebrachten Scharnieren, in jeder ■Ebene in dem Kühlluftkanal-Rahmen angeordnet sind ο

11. Zusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Zellentafeln beiderseits der Isolierstofftafeln in der Achse einer jeden öffnung je eine Zelle angebracht sind.

ο Zusammenbau nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper für zwei Gleichrichter statt aus einem Stück aus zwei mechanisch verbundenen, jedoch elektrisch isolierten Stücken von der Form einer in Bezug auf die Symmetrie-. ebene zwischen den beiden Gleichrichtern rechten bzw«, linken Hälfte besteht.

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