DE1514468A1

DE1514468A1 - Gleichrichteranordnung

Info

Publication number: DE1514468A1
Application number: DE19681514468
Authority: DE
Inventors: Hoffmann Dipl-Ing Manfred; Fries Dr Rer Nat Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-04-23
Filing date: 1968-05-31
Publication date: 1969-05-22
Also published as: GB1076237A; US3467897A; SE350149B; CH442502A

Description

ü Z e i c h r i c h t e r s n c r d n u n g nmara@sa Die Erfindung betrifft eire GieichTichteranordnung mit einer W ei^Lrichterzelle für höhe Ströme mit einem einkrletallnen F2.f bei terkärper, der in einem scheibenförmigen Gehäuse argeord-_.--t; #anu ri-*t einer FIüssigketskühleinrichtung versehen ist, ,t i: e 2uf teideii Flachseiten des Zellengehb.uees jeweils einen @aüafJ üeeigkeit durchströmten Kühlkörper entrlü.t. Es ist bekamt, bei 1.albleiterglechrichterzellen für hohe . . 'trö:ne von beispielsweise 10U, und mehr zur Abführung der Verlustwärme, die bei einem 'Opannungsatfali der Zelle in Durchlaßri chtung von 1,5 'd beispielsweise mehr als 1,5 kW betragen rann, eine Waasserkühleiririchtuag vorzusehen. Der vom Kühlwasser durchflossene Kühlkörper besteht im allgemeinen aus Metall, beispielsweise Kupfer, das nicht nur wärmeleitend, sondern auch ein guter elektrischer Leiter ist. Bei den in letzter iieit bekannt gewordenen Gleichrichtern für hohe Stromstärken mit einem scheibenförmigen Gehäuse, sagenannten Scheibenzellen, deren Verlustwärme zweckmäßig von beiden Flachseiten der Zelle gleichzeitig abgeführt werden kann, iat * man gezwungen, die Kühlflüssigkeit so weit zu reinigen, daß ihre elektrische Leitfähigkeit wenigstens annähernd Null ist.
Ferner rauß der Kühlkörper von den-Kühlleitungen elektrisch isoliert werden. Diese Forderung kann bei ungesteaerten Gleichrichtern ohne größerer: Aufwand ausreichend erfüllt werden.
Ist jedoch ein Thyristor zwischen den Kühlkörpern,angeordnet, so liegt im ungezündetea Zustand der Ihyrietnre zwischen. diesen-Kühlkörpern die Sperrepannu, die unter Umständen mehrere 1000 Y betragen kann. Diese Bedingungen c ;elfen nun an die Wasserreinigung und die elektrische Z$ol .ion dar Kühleinrichtung bereits Anforderur4en, die nur mit hem entsprechend großen t:üfirand zu erfüllen sind.
Dieser Nachteil kann erfindunghgem4ß dadurch weitgehend vermieden werden, daß zwischen den beiden Flachseiten des Zellengehäuses -und den Auflageflächen der Kühleinrichtung jeweils eine Zwischenlage aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material vorgesehen ist. Diese Anordnung ermöglicht ,die Verwendung des gemeinsamen Kühlkreislaufes zur.Abführung der Wärme von beiden Flachseiten der Scheibenzelle sowie für eine grüBere Anzahl solcher Scheibenzellen, die noch auf verschiedenem Potential liegen können.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezugsgenommen, in der als Ausführungsbeispiel eine Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Thyrisstors schematisch veranschaulicht ist.
Ein Thyristor 2, der in: :bekannter Weise in einem scheibenförmigen Gehäuse:, aus dem die äsAIußelektroden 3 und 4 des Steuerkreises herausgeführt sind, atesednet sein . ooll, -iot zwiechef zwei t I Druckkörpern 5 und 6 änq.. itnem $lekrieah gut leitenden und gut wärmeleitenden MateriL- beapielt3v4iOKupere angeoririat. Die Druckkörper 5,und 6 dieüen tugleioh'sd, elektAeche Zu- und Ab- leitungen und sind zu d.a.pweck. jöweilq Init einem AnechluP_ lsiter 7 bzws 8 versseheni Uib ;Scheibehtelle'@Zl ist mit den Elektroden 5 und 6 zwischen zwei Kühlkörperk 11 tt4d !2 angeordnet, s denen die Kü älflüssigkeit -mittels Rohrleituön zugefUhrt wird, l die in der Zeichnung angedeutet aber nicht näher bezeichnet sind. @. Auf-.die Kiäh@.körper wird mittels einer nicht dargestellten Druckvorrichtung ein@"Druck P in Richtung der Pfeile ausgeübt, der beispielsweise singe 100 kg/cm 2 -betragen kann4 Zur elektrischen Isolierung des Kühlkreislaufes oder der Kühlkreisläufe vom elektrischen Starkstromkreis der Zelle 2 kann nach der Erfindung zwischen dem Kühlkörper 1-1 und der Elektrode 5 sowie dem Kühlkörper 1'2 und der Elektrode 6 jeweils eine Zwischenlage 15 aus einem elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Material, beispielsweise einem Haterial auf keramischer Basis, insbesondere einer Oxydkeramik wie Derylliumoxyd Be0 oder Aluminiumoxyd .r:7_20 ., angeordnet sein. Ja die Kühlkörper 1 1 und 12 durch diese Zwischenlage 15 von der 3cheibenzelle 2 elektrisch völlig getrennt sind, kann auch-ein gemeinsamer Kühlkreislauf für die Kühlkörper 11 und 1.2 vorgesehen sein, wie ' es in der Figur durch die gestrichelte Rohrverbindung angedeutet ist.
Es wurde nun gefunaen@, da13 die Wärmeabführung von der Scheibenzelle 2. zu den Kühlkörpern durch eine geeignete Oberflächenbehandlung erheblich verbessert werden kann. Die Auflageflächen der Kühlkörper 11 und 12 und der Elektroden 5' und b können deshalb in Verbindung mit der Erfindung vorteilhaft mit einer dünnen Oberflächenschicht-16 aus einem schmiegsamen und gut wärmeleitenden Material mit einer Brinellhärte kleiner@als 10, vorzugsweise kleiner als 6., -insbesondere kleiner als 1, versehen werden. Neben Indium, das vorzugsweise geeignet ist, sind deshalb auch Gällium und.andere Materialien, beispielsweise P1ei und ,. Zinn geeignet. Unter Umständen kann es genügen, den Überzug: durch Aufpressen einer Folie herzustellen. Eine bessere Anpassung der haftenden Flächen erhält man aber im allgemeinen durch Aufdampfen oder hufgalvanisieren des Oberzuges. Mit einer gleichen Oberflächenschicht 17 werden auch die `.uflägeflächen der Zwischenlagen 1.5 versehen. Soll der Überzug auf den Keramikkörper aufgalvanisiert werden, se kann die Keramikzwischerläge 15 vor dem Aufbringen der weichen Oberflächenschicht 17 vorteilhaft mit einer Metall Schicht 18, beispielsweise aus Silber,' Nickel oder Molybdän-rMangan, versehen werden: Auf die Metallschicht wird dann das lndium aufgalvanisiert und bildet somit eine feste Verbindung mit dem Keramikkörper. Durch eine derartige Gestaltung der Auflageflächen kann der Wärmeübergangsnciderstand zwischen der. Keramikkörpern 15 und den Kühlkörpern 11 und 12 auf etwa 1 0 1 des ursprünglichen Wertes vermindert werden Die Isolation des Kühlkreislaufes vom elektrischen Stromkreis ermöglicht die Verwendung des Kühlkreislaufes für eine größere Anzahl. von Thyri toren einqr itromrchteranlage, die auch in Reihe oder parallel. geschaltet sein können oder auch an verschiedenen Phasen angeschlossen sein können.
.die beschriebenen und dargestellten Merkmale und Anweisungen .stellen, soweit nicht vorbekannt, im.einzelnen ebenso wie ihre hier erstmals offenbarten Kombinationen untereinander wertvolle erfinderische Verbesserungen dar. '

Claims

Patentansprüche Gleichrichteranordnung mit einer Gleichrichterzelle für hohe Ströme mit einem einkristallinen Halbleiterkörper, der in einem scheibenförmigen Gehäuse angeordnet und mit einer Flüssigkeits-.-kühleinrichtung,versehen ist, die auf beiden Flachseiten des Zellengehäuses jeweils einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlkörper enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwi-, sehen der, beiden Pyachseiten des Zellengehäuses (2) und den Auflageflächen der Kühlkörper (11, 12) jeweils eine Zwischenlage (15) aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material vorgesehen ist. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenlage aus Okydkeramk vorgesehen ist. Gleichrichteranordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenlage aus Berylliumoxyd (Be0) oder Aluminiumoxyd (,i1,,0J@) vorgesehen ist. Gleichrichteranordnung nach den Ansprüchen 1 Lis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die s.uf7_Lg@:ilö.ehen der Zwischenlage mit einem schmiegsamen Überzug (1?) versehen sind. ' Glciu:a:.iphteranordnung nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, de.ß als-Überzug (1'7) ein Material mit einer Drinellhärte kleiner als 1 vorgesehen ist: Gleichrichteranordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekezin-@e.chnct, daß der Überzug (1"1) aus Indium besteht. Gleichrchteranordnung na.ci den Iazsprizeher, 4 bis 6, dadurch gek hriet, da ß der ULerzu6 T (17) durch .'.ufPreesser, einer ennzeie Folie-, durch Zjui'dampfe. oder aufgießen aufgebracht ist. Gleichrichteranordnung r@acl. ...ispruch 4, dadurch gekennzeichnet, 4a2 zvrisc- en der .uflagefi äc:e der zueisc'heia age (15) u.@3 dem: Uberzug (17j eire leta:( @.sc.cl. t (18) vorgesehen ist. Glciclir°icliterarordxu.:g nach .i@@=luc@. =@', dadurch geken..nzc.cii:.et, daß als Mietall ':il ber, Vickel. oder i.iöl# Ldär#-Iiangar vorgesel,.`I. ist. Gleichricliteranordnu:e nach de.. i.n sprüchen E3 und 9, dadurch gekennzeic"-:rct, daß der überzu@; (17) durch Gall. vanysieren der I.Ietallschclit äuf'ge.Lraeli t ist. Gleichrichtoranordnu.4: nach den .ir.sprücher, 4 l:is 10, dadurch gekennzeicrnet, Ciar auc_. d-.e :_uflagefläcien der Elektroden (5, 6) der G1_ei.c:.xl.ciater:@e .e oder t;egeherl(-:,nfalls die l:lachseiteri der G1 eichrichtcrzelle (-') selLst mit einem schmiegsamen Überzug (1C): urersehen sind: