DE1489946B2

DE1489946B2 - Gleichrichteranordnung

Info

Publication number: DE1489946B2
Application number: DE19651489946
Authority: DE
Inventors: Walter Downers Grove 111 Drabik (V St A)
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1964-11-04
Filing date: 1965-10-08
Publication date: 1971-07-29
Also published as: US3340413A; DE1489946A1; GB1113616A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Gleichrichter-Anord- stigt sind, und daß das Paar von streifenförmigen nung für hohe Leistungen mit einem Paar von mit Isolatoren die einzige Halterung für die Gleichrich-Kühlrippen versehenen Wärmeableitblechen, die ter-Anordnung zur Befestigung auf dem Endschild Sammelschienen für den Gleichstrom bilden und je eines Wechselstromgenerators bildet,
eine Reihe von Festkörper-Gleichrichterelementen 5 Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ertragen, die durch ein streifenförmiges Zwischenstück findung ist vorgesehen, daß durch Öffnungen in den aus Isoliermaterial voneinander getrennt sind. streifenförmigen Isolatoren, in dem isolierenden

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 035 786 ist Zwischenstück und in den Wärmeableitblechen Geeine Trockengleichrichter-Anordnung für hohe Ströme windestangen geführt sind, die einerseits an beiden bekannt, bei welcher jedes Gleichrichterelement mit io Enden über Zuleitungen mit jeweils einem Paar von aus schmiegsamen Leitermaterialien bestehenden An- Gleichrichterelementen und andererseits an jeweils Schlußleitungen, die seiner Träger- und/oder Deckel- einem Ende über Sicherungen mit an den streifenelektrode fiächenhaft anliegen, zwischen eine ela- förmigen Isolatoren mittelbar befestigten Schrauben, stische Druckeinrichtung und einen Trägerkörper von denen aus die Zuführung des Wechselstroms gespannt ist, der gleichzeitig für die Abfuhr der am 15 erfolgt, elektrisch leitend verbunden sind.
Gleichrichter anfallenden Wärme ausgebildet ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,

Weiterhin ist. aus der deutschen Patentschrift in welcher die Gleichrichterelemente Befestigungs-1113 989 eine ' Anordnung von Halbleitergleich- schrauben aufweisen, welche durch Bohrungen in den richtern bekannt, in welcher die Halbleitergleich- Wärmeableitblechen hindurchgeführt und durch richter in Gruppen reihenweise angeordnet sind. Bei 20 Federscheiben und Muttern gesichert sind, zeichnet dieser Anordnung sind beidseitig zu der durch die sich dadurch aus, daß mit den Wärmeableitblechen Gleichrichter gebildeten Montageebene parallele Sicherungsbleche verbunden sind, die an die Muttern Sammelschienen für die Wechselstromzuführung und angepaßte Öffnungen mit eingebogenen Teilen auffür die Gleichstromabnahme angeordnet. Weiterhin weisen, welche sowohl Dreh- als auch Axialbewegunsind von diesen Sammelschienen senkrecht abste- 25 gen der Muttern verhindern.

hende, als Tragarme ausgebildete Gruppenstrom- Der gemäß der Erfindung erzielbare technische schienen vorhanden, an denen einerseits die in Reihen Fortschritt ist im wesentlichen darin zu sehen, daß zusammengefaßten Kühlersysteme der Gleichrichter, eine schnell und ohne Lötverfahren montierbare andererseits die zu den einzelnen Gleichrichtern .als . Gleichrichteranordnung mit besonders geringen Abelektrische Zuleitungen führenden Verbindungsteile 30 messungen so kompakt ausgebildet ist, daß die geangebracht sind. Sowohl die Kühlerreihen als auch samte aus einer großen. Anzahl von Gleichrichtern die Enden der die..^Verbindungsteile aufweisenden bestehende Anordnung im Endschild eines Wechsel-Tragarme sind an Tragplatten isoliert abgestützt. Stromgenerators unterzubringen ist.

Weiterhin ist aus der britischen Patentschrift - Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise

904 535 eine Gleichrichter-Anordnung bekannt, die 35 an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

eine rahmenartige, elektrisch isolierende Halterung Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Lei-

für die auf Wärmeableitblechen montierten Halblei- stungsgleichrichteranordnung, auf die die Erfindung

terdioden aufweist. Dieser Aufbau erfordert einen angewandt werden kann,

erheblichen Raumbedarf. . F i g. 2 eine Seitenansicht, teilweise gebrochen

Weiterhin ist aus der USA.-Patentschrift 3 041 484 40 dargestellt, einer Stromversorgungseinrichtung mit

eine Anordnung bekannt, bei welcher Halbleiter- Diodengleichrichtung für einen Antriebsmotor,

dioden gruppenweise in einem rahmenartigen Träger- F i g. 3 einen Schnitt längs 3-3 der F i g. 2,

teil eines Wechselstromgenerators eingesetzt sind. F i g. 4 einen im vergrößerten Maßstab dargestell-

Schließlich ist aus der USA.-Patentschrift 3 064179 ten Schnitt längs 4-4 der F i g. 3,

eine Gleichrichter-Anordnung bekannt, bei welcher 45 F i g. 5 einen vergrößert dargestellten Schnitt längs

aus einer Vielzahl von Befestigungsplatten eine pris- 5-5 der F i g. 3,

matische Halterungskonfiguration gebildet ist. Die F i g. 6 einen Schnitt im vergrößerten Maßstab

Halbleitergleichrichter sind dabei in den Befesti- längs 6-6 der Fig. 3,

gungsplatten verschraubt und durch zusätzliche Vor- F i g. 7 einen Schnitt im vergrößerten Maßstab

richtungen gegen axiale Bewegung gesichert. 50 längs 7-7 der F i g. 3,

Den aus dem Stand der Technik bekannten Gleich- F i g. 8 einen Schnitt längs 8-8 der F i g. 7 und

richter-Anordnungen ist gemeinsam der Nachteil Fig. 9 einen Schnitt längs 9-9 der Fig. 3.

eigen, daß sie einen erheblichen Raumbedarf er- Das in Fig. 1 dargestellte elektrische System

fordern. ist Gegenstand der deutschen Patentanmeldung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine 55 P 14 38 750.9. Die Erfindung betrifft die bauliche

Gleichrichter-Anordnung für hohe Leistungen der Ausführung eines derartigen Systems, ist jedoch auch

eingangs genannten Art zu schaffen, die ausreichend auf andere Systeme als das in F i g. 1 dargestellte

geringe Abmessungen aufweist, um im Endschild anwendbar.

eines Wechselstromgenerators untergebracht werden Das System enthält einen Wechselstromgenerator

zu können. ⁶° 10 mit zehn im Stern geschalteten Drehstromwick-

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung lungen sowie eine Feldwicklung 12, die von einer

vor, daß das Paar von Wärmeableitblechen zwischen Gleichstromquelle 14 über einen Schalter 16, einen

einem Paar von streifenförmigen, zu den Wärmeab- veränderlichen Widerstand 18 und Schleifringe 20

leitblechen und zu dem isolierenden Zwischenstück und 22 erregt wird.

parallel verlaufenden Isolatoren angeordnet ist, wobei 65 Jeder der in Stern geschalteten Drehstromwicklun-

die Wärmeableitbleche an den streifenförmigen Iso- gen des Generators ist mit einer Drehstrom-Brük-

latoren und den diese auf Abstand voneinander hai- kengleichrichterschaltung verbunden, wobei die

tenden Isolierblöcken durch Schraubenbolzen befe- Gleichstromausgangsklemmen der Brückengleichrich-

ter miteinander verbunden sind und die Hauptstromantriebsmotoren 24, 26, 28 und 30 speisen.

Gemäß F i g. 2 hat der Wechselstromgenerator 10 einen Läufer 32, auf dem die Feldwicklung 12 aufgebracht ist, und einen Ständer 34. Der Läufer ist dabei von der Art mit an den Polkanten erweitertem Luftspalt. Der Strom wird der Feldwicklung 12 über die Schleifringe 20 und 22 zugeführt, während die beiden anderen Schleifringe, die in F i g. 2 dargestellt sind, dazu dienen, der Feldwicklung eines (nicht dargestellten) Hilfsgenerators Strom zuzuführen. Der Ständer 34 ist im Gehäuse der Maschine befestigt und besteht aus den üblichen Blechen mit Nuten zur Aufnahme der Ständerwicklung, die in diesem Beispiel aus zehn in Stern geschalteten Drehstromwick- χ hingen, wie in Fig. 1 dargestellt, besteht und so angeordnet ist, daß die Spannungen, die in ihnen induziert werden, in Phase sind.

Der Generator hat ein Endschild 36, in dem die Welle 38 des Läufers 32 gelagert ist. Mit dem Endschild 36 ist ein Deckel 40 verbunden, der zusammen mit dem Schild ein Gehäuse 42 bildet, das die Gleichrichter-Dioden aufnimmt, die gemäß F i g. 1 die zehn Drehstrom-Brückengleichrichter bilden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, enthält das Gehäuse 42 zwei Reihen von Gleichrichtern 44 und 46, wobei die erstere ein paar von Isolierstreifen 48 und 50 aufweist, die am besten in den Fig.4 und 5 dargestellt sind, und mit dem Endschild 36 durch eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben 52 und 54 verbunden sind. Durch die Befestigungsschrauben 54 werden auch die Isolierstreifen 56 an ihrer Stelle gehalten. Der Zweck der Isolatoren 56 geht aus der nachstehenden Beschreibung hervor.

Die Gleichrichterreihe 44 enthält weiterhin ein Paar von Wärmeleitblechen 58 und 60, die beispielsweise aus Aluminium bestehen und auf ihrer gesamten Länge Kühlrippen 62 aufweisen. Diese Kühlrippen liegen an den Isolatoren 48 und 50 sowie an dem in Längsrichtung verlaufenden Isolierstreifen 64 an, der zur elektrischen Isolation der Wärmeableitbleche 58 und 60 voneinander dient.

Der Isolierstreifen 64 verläuft zwischen den Isolierblöcken bzw. -endstreifen 65 und 67, die zwischen den Enden der Isolierstreifen 48 und 50 angeordnet und an diesen, wie aus F i g. 6 hervorgeht, mit Befestigungsschrauben 71 befestigt sind. Sie sind außerdem mit den Wärmeableitblechen 58 und 60 durch Schrauben 69 verbunden. Dies ist erforderlich, weil die Wärmeableitbleche 58 und 60 als Gleichstrom-Sammelschienen für das System dienen, wie nachfolgend beschrieben wird.

Die Wärmeableitbleche 58 und 60 sind in bezug auf die Isolierstreifen an ihren Enden durch Schrauben 69 sowie durch Schrauben 66, wie aus den F i g. 3 und 9 hervorgeht, befestigt.

Das Wärmeableitblech 58 trägt eine Mehrzahl von pn-Flächendioden 70, vorzugsweise Siliziumdioden. Jede Diode 70 hat ein Gewinde 70 a, das durch eine Bohrung in dem Wärmeableitblech 58 gesteckt wird. Eine Befestigungsmutter 74 mit Federscheibenteil 76 ist mit jedem Gewinde 70 α verschraubt, um die Diode zu haltern. Ein Sicherungsblech 78 für die Muttern der in F i g. 7 dargestellten Art ist mit dem Wärmeableitblech 58 durch Schrauben 80 verbunden, um die Muttern 74 gegen Verdrehung zu sichern, wenn die Gewinde 70 α in sie hineingeschraubt werden. Dieser Sicherungsstreifen 78 weist sechskantige Durchbrüche, die sich den Sechskantköpfen der Muttern 74 anpassen, sowie eingebogene Teile 78 α und 78 δ auf, die den Teil 76 der Muttern 74 umgreifen. Der Zweck des Sicherungsstreifens 78 ist der, die Muttern an Ort und Stelle zu halten, wenn eine Diode ausgewechselt werden soll. In dieser Art kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Sechskantteil 70 b der Diode mit einem Schraubenschlüssel umfaßt und die Diode herausgedreht werden, während die Mutter durch das Sicherungsblech 78 an ihrem Platz bleibt.

Alternativ können die Dioden auch durch Einschrauben der Diodengewinde in Gewindebohrungen der Wärmeleitbleche mit diesen verbunden werden.

Die Dioden 70 sind die positiven Dioden des Systems. Die Katoden der Dioden 70 können mit dem Diodengehäuse oder dem Gewindeteil der Diode verbunden werden, während die Anoden dieser Dioden mit den Leitern 82 verbunden sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Katoden aller Dioden 70 mit dem Wärmeableitblech 58 verbunden, so daß dieses die positive Gleichstromklemme oder Sammelschiene für alle Dioden 70 darstellt und ein hervorstehendes Anschlußteil 58 α aufweist, von dem die Antriebsmotoren mit Gleichstrom gespeist werden können. Das Wärmeableitblech 60 weist einen ähnlichen Vorsprung 60 α auf, der ebenfalls zum Anschluß der Versorgungsleitung für die Antriebsmotoren verwendet werden kann.

Das Wärmeableitblech 60 trägt eine Mehrzahl negativer Dioden 84, die daran in gleicher Art wie die Dioden 70 an dem Wärmeableitblech 58 befestigt sind. Das Außengewinde oder der Gehäuseteil der Diode 84 ist hier die Anode, so daß das Wärmeableitblech 60 eine gemeinsame Verbindung aller Anoden der Dioden 84 darstellt. Die Katode jeder Diode 84 ist über einen Leiter 86 herausgeführt.

An Hand der F i g. 3, 4 und 5 soll nun die Verdrahtung für die Zufuhr von Wechselstrom zu den Dioden der Leistungsgleichrichter-Anordnung 44 beschrieben werden. Die Isolatoren 48, 64 und 50 weisen Bohrungen zur Aufnahme einer Mehrzahl von Sechskantstangen 88, die an ihren Enden Gewinde haben, auf. An einem Ende jeder Stange 88 befindet sich eine Mutter 90, die eine Klemme 92 sowie ein Ende einer Sicherung 94 befestigt. Das gegenüberliegende Ende dieser Sicherung wird durch eine Schraube 96 gehalten, die an einem Isolator 56 durch eine Mutter 98 befestigt ist. Die Sicherungen 94 können eine Anzeigevorrichtung 94 a aufweisen, an der erkannt werden kann, wenn eine Sicherung durchgeschmolzen ist.

Das andere Ende jeder Sechskantstange 88 liegt in einem Halterungsblech 100 mit einer Sechskantöffnung, die dem Außensechskant der Stange 88 entspricht, und wird dadurch in ihrer Lage gehalten. Eine Klemme 102 ist zwischen Halterungsblech 100 und einer Mutter 104 befestigt und mit dem Leiter 82 verbunden, der zur Anode einer der Dioden 70 führt. Die Sicherungen sind in versetzten Gruppen angeordnet, um an verschiedenen Punkten mit den Drehstromwicklungen des Generators Verbindungen herzustellen.

Die Phasenleiter von den verschiedenen Phasenwicklungen des Ständers sind entsprechend mit den Schrauben 96 verbunden, so daß die Dioden über die Sicherungen 94 mit Wechselstrom gespeist werden. Nachdem der Strom die Sicherungen 94 durchflossen

Claims

i 489 946 hat, wird er den negativen Dioden 84 über Leiter 86 und den positiven Dioden 70 über die Außengewinde 88 und über die Leiter 82 zugeführt. Wie bereits erwähnt, wird der Gleichstrom von den Sammelschienen bzw. Wärmeableitblechen 58 und 60 abgenommen. ■ Die Gleichrichterreihe 46 ist der Gleichrichterreihe 44 ähnlich, mit der Ausnahme, daß die abgesicherten Enden der Anordnung bezüglich ihrer Position gegenüber der Gleichrichterreihe 44 umgekehrt sind. Die Gleichrichterreihe 46 ist in gleicher Weise aufgebaut wie die Gleichrichterreihe 44, so daß nur die hauptsächlichen Bauelemente beschrieben werden sollen. Die Gleichrichterreihe 46 weist drei Isolierstreifen 110, 112 und 114 auf, wie auch zwei Wärmeableitbleche 116 und 118, die entsprechend mit Dioden 120 und 122 bestückt sind. Die Katoden der Dioden 120 sind mit dem Wärmeleitblech 116 verbunden, so daß diese die positive Sammelschiene des Systems bildet. Die Anoden der Dioden 122 sind mit dem Wärmeleitblech 118 verbunden, so daß dieses die negative Sammelschiene des Systems bildet. Die Sicherungselemente 124 für die Gleichrichterreihe 46 ist in den F i g. 1 und 3 dargestellt. Die Stangen 126 für die Gleichrichterreihe 46 erfüllen die gleiche Funktion wie die Stangen 88 der Gleichrichterreihe 44. Darüber hinaus ist die Gleichrichterreihe 46 mit der . Gleichrichterreihe 44 identisch mit der Ausnahme, daß die Teile gemäß F i g. 3 angeordnet sind. Nach F i g. 1 sind die Mittelpunkte der Phasenwicklungen über Leiter 130 und 132 miteinander verbunden und jede Phasenwicklung ist über eine Sicherung mit zwei Dioden verbunden. Es ist möglich, ein Gleichrichtersystem zu schaffen, bei dem die Gleichrichterseite der einzelnen Phasenwicklungen über Sammelschienen 134, wie in den F i g. 4, 5 und 6 dargestellt, miteinander verbunden sind. Diese Sammelschienen können jedoch wahlweise vorgesehen werden und werden nicht verwendet, wenn ein System wie nach F i g. 1 vorliegt. Die erforderlichen sechs Sammelschienen 134 verbinden jeweils eine Seite von fünf Phasenwicklungen, und sind, falls sie verwendet werden, zwischen den Muttern 98 und einem Ende der Sicherungen 94, wie in F i g. 4 dargestellt, angeordnet. Wird das Stromversorgungssystem in einer Lokomotive eingesetzt, so wird der Läufer 32 durch einen Dieselmotor oder eine andere Energiequelle auf der Lokomotive angetrieben. Wird die Feldwicklung 12 des Läufers 32 mit Gleichstrom erregt, so wird in der Ständerwicklung 35 ein Wechselstrom induziert, der von den Gleichrichterreihen 44 und 46 gleichgerichtet und den Antriebsmotoren 24, 26, 28 und 30 in der durch F i g. 1 dargestellten Weise zugeführt wird. Es besteht auch die Möglichkeit, die Antriebsmotoren aus einer Schaltung zu speisen, bei der die Sammelschienen 58 und 116 so geschaltet sind, daß sie die eine Seite der Gleichstromquelle bilden, und die Sammelschienen 60 und 118 so geschaltet sind, daß sie die andere Seite der Stromversorgungseinrichtung für die Antriebsmotoren bilden. Die in dem Gehäuse 42 untergebrachten Dioden werden in herkömmlicher Weise durch Zwangluftzirkulation gekühlt. Das Endschild 36 hat einige Öffnungen (nicht dargestellt), die hinter den Gleichrichterreihen 44 und 46 liegen und einen Luftstrom vom Gleichrichtergehäuse 42 in das Gebiet zwischen Läufer 32 und Ständer 34 gestatten. Die aus dem Gleichrichtergehäuse ausströmende Luft dient somit der Kühlung der Ständerwicklung 35 sowie der Feldwicklung 12 des Läufers. ίο "Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung werden bevorzugt. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Ausführungsformen angewandt werden können. j Patentansprüche:

1. Gleichrichter-Anordnung für hohe Leistungen mit einem Paar von mit Kühlrippen versehenen Wärmeableitblechen, die Sammelschienen für den Gleichstrom bilden und je eine Reihe von Festkörper-Gleichrichterelementen tragen, die durch ein streifenförmiges Zwischenstück aus Isoliermaterial voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Wärmeableitblechen (58, 60; 116, 118) zwisehen einem Paar von streif enförmigen, zu den Wärmeableitblechen und zu dem isolierenden Zwischenstück (64; 112) parallel verlaufenden Isolatoren (48, 50; 110, 114) angeordnet ist, wobei die Wärmeableitbleche an den streifenförmigen Isolatoren und den diese auf Abstand voneinander haltenden Isolierblöcken (65, 67) durch Schraubenbolzen (66; 69\ befestigt sind, und daß das Paar von streif enförmigen Isolatoren (48, 50; 110, 114) die einzige Halterung für die Gleichrichter-Anordnung zur Befestigung auf dem Endschild (36) eines Wechselstromgenerators bildet.

2. Gleichrichter-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Öffnungen in den streif enförmigen Isolatoren (48, 50; 110, 114) in dem isolierenden Zwischenstück (64; 112) und in den Wärmeableitblechen (58, 60; 116, 118) Gewindestangen (88; 126) geführt sind, die einerseits an beiden Enden über Zuleitungen (82, 86) mit jeweils einem Paar von Gleichrichterelementen (70, 84; 120, 122) und andererseits an jeweils einem Ende über Sicherungen (94; 124) mit an den streifenförmigen Isolatoren (48, 50; 110, 114) mittelbar befestigten Schrauben (96), von denen aus die Zuführung des Wechselstroms erfolgt, elektrisch leitend verbunden sind.

3. Gleichrichter-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher die Gleichrichterelemente Befestigungsschrauben aufweisen, welche durch Bohrungen in den Wärmeableitblechen hindurchgeführt und durch Federscheiben und Muttern gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Wärmeableitblechen (58, 60; 116, 118) Sicherungsbleche (78) verbunden sind, die an die Muttern (74) angepaßte Öffnungen mit eingebogenen Teilen (78 a, 78 b) aufweisen, welche sowohl Dreh- als auch Axialbewegungen der Muttern (74) verhindern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen