DE1514450A1

DE1514450A1 - Gleichrichteranordnung

Info

Publication number: DE1514450A1
Application number: DE1965S0096711
Authority: DE
Inventors: Erich Kaetscher; Hoffmann Dipl-Ing Manfred; Wendelin Dipl-Ing Roland
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-04-23
Filing date: 1965-04-23
Publication date: 1969-10-23
Also published as: DE1514450B2

Description

Gleichrichteranordnung In Stromrichteranlagen werden den Siliziumgleichrichtern im allgemeinen sogenannte Beschaltungselemente parallelgeschaltet. Einem Thyristor sind außerdem noch die Elemente seines Steuerstromkreises unmittelbar zugeordnet. Diese Bauelemente können mit dem Gleichrichter und dem zugehörigen Kühlkörper zu einer Baueinheit vereinigt sein. Eine Führungsleiste am Kühlkörper ermöglicht das Einschieben der Baueinheit in einen entsprechenden Einbaurahmen der Stromrichteranlage.
Ungenteuerte Siliziumgleichrichter und Thyristoren für große Stromstärken von etwa 1000 Ampere und mehr können bekanntlich in einem scheibenförmigen Gehäuse angeordnet werden und bilden dann eine sogenannte Scheibenzelle. An beiden Plachseiten dieser Zelle können Kühlkörper angeordnet werden, deren Ausdehnung und Gewicht wesentlich von der abzuführenden Verluntwärme bestimmt wird und deren Potential im Falle einer Zündeineatzsteuerung des Gleichrichters erheblich voneinander abweichen k"n. Die Verbindung den Gleichrichters mit einer Sicherung und einem Leiter der Stromrichteranlage ist bei solchen Strömen nur durch eine Schraubverbindung möglich. Die Sicherung muß im Störungafall auawochselbar und somitleicht zugänglich sein. Mit der Erfindung wird nun die Aufgabe gelöst, eine Baueinheit mit einer Scheibenzelle für große Stromstärken so zu gestalten, daß diese Voraussetzungen erfüllt sind.
Demgemäß betrifft die Erfindung eine Gleichrichteranordnung mit einem ungesteuerten oder gesteuerten Siliziumgleichrichter, der in einem scheibenförmigem Gehäuse angeordnet ist und mit den zugehörigen Bauelementen sowie einem Kühlkörper eine Baueinheit bildet. Erfindungsgemäß ist der Siliziumgleichrichter und ein sich in dessen radialer Richtung erstreckender Führungskörper aus elektrisch isolierendem Material zwischen zwei Kühlkörpern angeordnet, vondenen jeweils einer an einer Flachseite des Siliziumgleichrichters anliegt, und an einer Prontplatte, die sich parallel zur Symmetrieachse des Siliziumgleichrichters erstreckt, sind wenigstens eine Sicherung und die Anschlußklemmen für die Hauptelektroden des Siliziumgleichrichters angeordnet. Sofern es sich um einen Thyristor handelt, dessen Steuerstrecke die Zündimpulse über mindestens einen Übertrager vorgegeben sind, können vorteilhaft auch der Übertrager und die übrigen Elemente des Steuerstromkreises an einer weiteren Isolierstoffplatte befestigt sein, die etwa parallel zur Frontplatte angeordnet aein kann. Die gesan.,te Anordnung bildet eine Baueinheit, die sich in Längsrichtung der Kühlkörper erstreckt. Diese Baueinheit kann in ein entsprechend gestaltetes Gerüst einer Stromrichteranlage eingeschoben werden, derart, daß die äußere Isolierstoffplatte mit der Sicherung oder den Sicherungen sichtbar ist, die somit leicht überwacht und ausgewechselt werden können. Im Störungsfall kann ohne größeren Arbeitsaufwand auch die gesamte Baueinheit ausgewechselt werden. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen. In Figur 1 ist die Schaltung einer derartigen Baueinheit mit einem Thyristor dargestellt. Figur 2 zeigt die wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels einer derartigen Baueinheit in einer Draufsicht und in Figur 3 ist ein Schnitt durch die Baueinheit nach Figur 2 schematisch veranschaulicht. Nach Figur 1 sind mit einem als Scheibenzelle ausgebildeten Thyrisior 2 für hohe Stromstärken von beispielsweise 1000 Ampere und mehr, der in einer beliebigen Schaltung einer Stromrichteranlage angeordnet sein kann, eine Parallelschaltung von zwei Sicherungen 7 und 8 in Reihe geschaltet. Die Parallelschaltung der Sicherungen ermöglicht die Abschaltung hoher Ströme und eine Verkürzung der Ausschaltzeit im Kurzschlußfall. 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 Thyristoren in Reihen- oder Parallelschaltung, können bekanntlich vorteilhaft Zündimpulee mit steiler Anstiegsflanke verwendet werden. Zur Lieferung solcher Impulse ist ein Steuerübertrager 14 vorgesehen. Als Primäretrom 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 gperrdioden 11 und 12 parallelgeschaltet, so daß dem Thyristor 2 Steuerimpulee mit großer Flankend»ilheit 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 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 Sicherungen 7 und 8 kann eine Überwachungsschaltung vorgesehen sein mit einer den Sicherungen 7 und 8 parallelgeschalteten Reihenschaltung eines Widerstandes 25 und der Spule eines Überwachungsrelais 27. Sprechen im Störungsfall die Sicherungen 7 und 8 an, so liegt an der Reihenschaltung die volle Spannung, das können beispielsweise bei einer Reihenschaltung mehrere Thyristorengunter Um- ständen mehrere 1000 Volt sein. Um die Spannung der Relaiespule von beispielsweise ca 30 Volt über einen großen Bereich nahezu unabhängig von der an der Sicherung abfallenden Spannung wenigetens annähernd konstant zu halten, ist der Relaiespule ein apannungsabhängiger Widerstand 26, ein sogenannter Varietar, parallelgeschaltet.
Nach Figur 2 bilden diebeiden Sicherungen 7 und 8 mit den Beschaltungselementen 20 und den Steuerelementen 10 sowie den Kühlkörpern 30 und 31 eine Baueinheit, die sich in Längsrichtung der KUhlkörper 30 und 31 erstreckt. Die Sicherungen 7 und 8 sind mittels U-förmig gebogener Leiterteile an einer Frontplatte 34 aus einem elektrisch isolierenden Material befestigt. Von den Leiterteilen sind nur die oberen 32 und 33 sichtbar, die zugleich eine elektrische Leitungsverbindung der Sicherungen mit einer Zuleitungsachiene 35 herstellen. Die Schiene 35 kann zweckmäßig aus Kupfer bestehen und ein Bestandteil eines Gerüstes einer Stromrichteranlage sein, In welche die Baueinheit eingeschoben werden kann. In gleicher Weise Ist auch an der Unterseite eine Abteitungsschiene 36 angeordnet, die mittels eines Verbindungsstückes 37 mit dem Kühlkörper 31 verbunden ist. Die Frontplatte 34 ist mittels Abstandsbelzen 38 und 39 an einer Esolierstoffplatte 41 befestigt, die an dem Kühlkörper 30 angebracht, beispielsweise mitteLs einen winkelförmigen Verbindungsstückes 42 an den Kühlkörper angeschraubt sein kann. Die BeschalttingOelemente 20 und die Steuerelemente 10 können vorteilhaft an einer GrundpLatte 40 berestigt seing die In eLtit,-r vorgedruckten Schaltung die arforderlichen Lettungaverbindungen für die Verdrahtung der BaueLf"jiljtlte anthäLt und an der Trägerplatte 41 befestigt Ist. Die BiiiieLf3meilte 10 und 20 sind somit von allen JeLten frei zugängig und können Lm StörungsfaL1 leicht ausgewechselt 'werden. Der Kühlkörper 31 Ist am Kühlkörper 30 mitteLii )Schrauben 44, lie vorzugsweise Delint.;chrauben sein können, lösbar befestigt. Seine Lage ist durch Zentrierstif te 16) festgelegt. Durch Druckkegel 47 m ist ein gleichmäßiger Druck auf die gesa'te-Fld;dhe der Halbleiterzelle 2 gewährleistet. Die beiden Kühlkörper sind jeweils mit einer kegelatumpfförmigen Erhöhung 50 bzw. 51 versehen, deren Außenflächen die Auflageflächen der flalbleiterzelle 2 bilden und mit einem Druck von beispielsweise einigen 100 kg an die 11,1.1bleiterzelle 2 angepreßt werden können. Die Kühlkörper 30 und 31 sind auf einer Flachseite mit Kühllamelten 54 versehen, die vortellhaft in einem massiven Teil des Kühlkörperu eingesetzt sein können und vorzugsweise wenigstens annähernd paralLel zueinander angeordnet sind. Sie können aus einem Material mit besonders guter Wärmeleitfählgkeit, beisptet.i;wei.#"e Elektrolytkupfer, her-gestellt sein. Die parallele Anordnung der KühLlamellen ergibt eine im wesentlichen gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlmittels im Raum zwischen Jen Lamellen 54. Die 11aLbleiterzelle 2 ist in einer Bohrung eines Isolierstoffkörpers 55 angeordnet, der zwischen den Kühlkörpern 30 und 31 eingeklemmt ist und als Führung.#)körper beim Einschieben der Baueinheit in ein Gerüst einer StromrichteranIage dienen kann.
Z Eitle größere AnzahL #iolcher Paueinheiten kann beispielsweise Ln eLnem Schrank 60 eLzige.#j(,lioben c,3ein, wie es in der Figur angedeuteb Ist. Die Baueinhetten können dann derart übereLnander und nebeneinander -Im Schrank angeordnet werden, daß die KühLluft in senkrechter Richtung an tif.,n Kühlrippen 54 entlang strömt. Der KühtkanaL kann beisp!eL#,joet##3,#,» Im inneren Teil des 3chrankes durch eine leollerstoffplatte 61, an der zugleich die elektrischen.,LeLtungen befestigt sein können, und seitlich durch eine weitere Isoller-i- ; stoffplatte 62 begrenzt sein. Die Isolierstoffplatten 41 dier Baueinheiten können zweckmäßig so bemessen sein, daß sie nach dem Einsetzen der Baueinheiten in den Schrank den Kühlkanal ohne größ ere Zwischenräume bilden. Als vorderes Tragteil kann im Schrank ein Profilträger 63 angeordnet sein, an dem zweckmäßig jeweils eine Zuleitungs- und Ableitungsschiene befestigt sein kann.
Die Anordnung der Zelle 2 zwischen den Kühlkörpern 30 und 31 ist aus Figur 3 zu ersehen, die einen Schnitt durch die Baueinheit nach Figur 2 darstellt. Damit unzulässige Spannungen bei unterschiedlichen Temperaturen der Kühlkörper 30 und 31 vermieden werden, können die Schrauben 44 zweckmäßig mit Federscheiben oder Federringen versehen sein. Die Schrauben 44 sind gegen die Kühlkörper 30 und 31 elektrisch isoliert und an beiden Enden durch Brücken 45 miteinander verbunden, die den Schraubendruck über die Druckkegel 47 gleichmäßig auf die Kühlkörper und damit die Flachseiten der Scheibenzelle 2 übertragen. Die Lage der Scheibenzelle 2 ist durch die Bohrung in dem Führungskörper 55 festgelegt, der wiederum die Lage der gesamten Baueinheit in dem Gerüst der Stromrichteranlage bestimmt. Zu diesem Zweck ist der Führungskörper 55 an seiner oberen und unteren Schmalseite mit Nuten versehen, in denen die Zu- und Ableitungeschienen 35 bzw. 36 gleiten können.

Claims

Patentansprüche 1. Gleichrichteranordnung mit einem ungesteuerten oder gesteuerten Siliziumgleichrichter, der in einem scheibenförmigen Gehäuse angeordnet ist und mit den zugehörigen Bauelementen sowie einem Kühlkörper eine Baueinheit bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgleichrichter (2) und ein sich in dessen radialer Richtung erstreckender Führungskörper (55) aus elektrisch isolierendem Material zwischen zwei Kühlkörpern (30, 31) angeordnet sind, von denen jeweils einer an einer Flachseite des Siliziumgleichrichters (2) anliegt, und daß an einer Frontplatte (34) die sich parallel zur Symmetrieachse des Siliziumgleichrichters (2) erstreckt, wenigstens eine Sicherung (7 bzw. 8) und die Anschlußklemmen für die Hauptelektroden des Siliziumgleichrichters (2) angeordnet sind.
2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente an einer weiteren Isolierstoffplatte (41) angeordnet sind, die etwa parallel zur Frontplatte (34) angeordnet ist. 3. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (10, 20) an einer Grundplatte (40) aus elektrisch isolierendem Material mit einer vorgedruckten Schaltung für die Verbindungsleitungen der Bauelemente angeordnet sind, die an der Isolierstoffplatte (41) befestigt sind. 4. Gleichrichteranordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Frontplatte (34) mehrere Sicherungen (7, 8) angeordnet sind. 5. Gleichrichteranordniing nach den Ansprüchen 1 bis 49 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (30) quaderförmig gestaltet und die Sicherung oder die Sicherungen (7, 8) sowie die Bauelemente (10, 20) tragenden Isolierstoffplatten (34, 40e 41) an einer der beiden kleinsten Seitenflächen oder den beiden kleinsten Seitenflächen der Kühlkörper (30, 31) angeordnet sind. 6. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetg daß der Pührungek82#per (55) mit einer Bohrung versehen ist, die zur Aufnahme des Siliziumgleichrichters (2) geeignet ist und die Lage des Siliziumgleichrichtera (2) zwischen den Kühlkörpern (30e 31) bestimmt. 7. Gleichrichteranordnung nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (55) mit Nuten versehen ist, in welche entsprechende Führungsglieder des Gerüstes einer Stromrichteranlage eingreifen. 8. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungsglieder die elektrischen Verbindungsachienen (35, 36) zwischen der Sicherung oder den Sicherungen (7, 8) und einer Stromrichteranlage einerseits und zwischen der nicht mit einer Sicherung verbundenen Hauptelektrode der Gleichrichterzelle (2) und der Stromrichteranlage andererseits vorgesehen sind. g. Gleichrichteranordnung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen eindg die eine gleichmäßige Druckverteilung der Auflageflächen von Gleichrichterzelle (2) und Kühlkörper (50, 51) bewirken. 10. Gleichrichteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 2, gekennzeichn et durch eine federnde Lagerung des lösbar befestigten Kühlkörpers (31).