DE1614437C3

DE1614437C3 - Rectifier arrangement

Info

Publication number: DE1614437C3
Application number: DE19671614437
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-03-02
Filing date: 1967-03-02
Publication date: 1976-01-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichteranordnung mit scheibenförmigen Gleichrichterzellen für hohe Ströme, die abwechselnd mit Kühlkörpern, die gemeinsam im geschlossenen Kreislauf von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden, unter Einschluß von elektrisch isolierenden Materialstücken in einer säulenförmigen Baueinheit zusammengespannt sind.The invention relates to a rectifier arrangement with disc-shaped rectifier cells for high currents, which alternate with heat sinks, which are shared in a closed circuit by a cooling liquid are flowed through, including electrically insulating pieces of material in a columnar Structural unit are clamped together.

Thyristoren und ungesteuerte Siliziumgleichrichter für hohe Ströme von beispielsweise 1000 A und mehr können bekanntlich in einem im wesentlichen scheibenförmigen Gehäuse angeordnet werden. Eine Flüssigkeitskühlung solcher sogenannter Gleichrichterzellen führt zu einer verhältnismäßig kleinen Baugröße und einer verbesserten Kühlwirkung und ermöglicht damit die Abführung größerer Verlustleistungen von einer Gleichrichterzelle. Die im allgemeinen als flache Kühldosen ausgebildeten Kühlkörper können zu diesem Zweck in ein Verdampfungssystem einbezogen werden. Durch diese Art der Kühlung kann die abzuführende Verlustwärme noch· erhöht werden.Thyristors and uncontrolled silicon rectifiers for high currents of, for example, 1000 A and more can, as is known, be arranged in a substantially disk-shaped housing. A liquid cooling Such so-called rectifier cells lead to a relatively small size and an improved cooling effect and thus enables larger power losses to be dissipated from one Rectifier cell. The heat sinks, which are generally designed as flat cooling boxes, can be attached to this Purpose to be included in an evaporation system. This type of cooling means that the Heat loss can still be increased.

Bei einer bekannten Gleichrichteranordnung der eingangs genannten Art sind für jeden Kühlkörper äußere Anschlüsse und Anschlußleitungen für die Zu- bzw. Ableitung der Kühlflüssigkeit vorgesehen (BE-PS 76 688). Die zahlreichen Anschlüsse müssen flüssigkeitsdicht ausgeführt werden. Die Anschlußleitungen, die einen erheblichen Bauraum beanspruchen, müssen gegen Beschädigungen gesichert werden.In a known rectifier arrangement of the type mentioned at the outset, external heat sinks are used for each heat sink Connections and connection lines are provided for the supply and discharge of the cooling liquid (BE-PS 76 688). The numerous connections must be made liquid-tight. The connecting lines, which take up a considerable amount of space must be secured against damage.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Zwangskühlung von Halbleiter-Bauelementen, die auf vorzugsweise gerippten Kühlkörpern montiert sind, sind trogförmige Isolierstoffhülsen vorgesehen, die zusammen mit den Kühlkörpern einen das Kühlmittel führenden Kanal bilden und die Halbleiter-Bauelemente untereinanderIn a known device for the forced cooling of semiconductor components, which are preferably on ribbed Heat sinks are mounted, trough-shaped insulating sleeves are provided, which together with the Heat sinks form a channel that carries the coolant, and the semiconductor components one below the other

ίο elektrisch isolieren (DT-Gbm 18 93 188). Beim Aufbau einer Stapelanordnung von Halbleiter-Bauelementen und derartigen Kühlkörpern für eine Kühlflüssigkeit würden ebenfalls für jeden Kühlkörper äußere Anschlüsse und Anschlußleitungen für die Kühlflüssigkeit vorzusehen sein.ίο electrically isolate (DT-Gbm 18 93 188). When building a stacked arrangement of semiconductor components and such heat sinks for a cooling liquid would also have external connections and connecting lines for the coolant for each heat sink to be provided.

Bei einer weiteren bekannten flüssigkeitsgekühlten Halbleiterstromrichteranlage ist ein für alle Elemente gemeinsamer mit Isolierflüssigkeit gefüllter Kühlkessel vorgesehen, auf welchem Träger isoliert aufgesetzt sind, in die die Stromrichterelemente mit den Kühlkörpern derart eingebaut sind, daß sie in die Flüssigkeit eintauchen (CH-PS 415 870). Bei dieser bekannten flüssigkeitsgekühlten Halbleiterstromrichteranlage findet kein Durchfluß des Kühlmittels durch die Kühlkör-In another known liquid-cooled semiconductor converter system, one is for all elements common cooling vessel filled with insulating liquid is provided, on which carrier is placed in an insulated manner are, in which the converter elements with the heat sinks are installed in such a way that they are in the liquid immerse (CH-PS 415 870). With this well-known The liquid-cooled semiconductor converter system does not find the coolant to flow through the heat sink

per statt.by instead of.

Aus dem Aufsatz »Untersuchung der Wärmeabfuhr an Hochstromthyristoren« (Siemens-Zeitschrift, 1965, S. 1304 bis 1306, insbesondere Bild 6) ist ein flüssigkeitsgekühlter Baustein für Thyristor-Scheibenzellen bekannt. Zwischen den Scheibenzellen ist jedoch kein elektrisch isolierendes Verbindungsstück vorgesehen. Ein Verbindungsschlauch, der zwei Kühldosen miteinander verbindet, ist außerhalb des Bausteins angeordnet. From the article "Investigation of heat dissipation on high-current thyristors" (Siemens-Zeitschrift, 1965, Pp. 1304 to 1306, in particular Fig. 6), a liquid-cooled component for thyristor disc cells is known. However, no electrically insulating connector is provided between the disc cells. A connecting hose, which connects two cooling boxes to one another, is arranged outside the module.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichteranordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Anzahl der äußeren Anschlüsse und Anschlußleitungen für die Kühlflüssigkeit erheblich reduziert wird.The invention is based on the object of providing a rectifier arrangement of the type mentioned at the outset train that the number of external connections and connecting lines for the cooling liquid is considerable is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlkörper im geschlossenen Kreislauf der Kühlflüssigkeit dadurch in Reihe geschaltet sind, daß an mindestens einer Flachseite jedes der Kühlkörper für die Kühlflüssigkeit eine Ein- oder Austrittsöffnung vorgesehen ist, die über eine Durchtrittsöffnung in einem der elektrisch isolierenden Materialstücke, welche aus einem elastischen Material bestehen, mit einer entsprechenden Aus- bzw. Eintrittsöffnung des benachbarten Kühlkörpers verbunden istAccording to the invention, this object is achieved in that the heat sinks are in a closed circuit the cooling liquid are connected in series that each of the heat sinks on at least one flat side an inlet or outlet opening is provided for the cooling liquid, which has a passage opening in one of the electrically insulating pieces of material, which are made of an elastic material a corresponding outlet or inlet opening of the adjacent heat sink is connected

Bei der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung ist somit nur noch ein äußerer Anschluß mit einer Anschlußleitung zur Zuführung der Kühlflüssigkeit an einem endseitigen Kühlkörper sowie ein weiterer äußerer Anschluß mit einer Leitung zur Abführung der Kühlflüssigkeit am gegenüberliegenden endseitigen Kühlkörper vorgesehen. Der Ein- und Austritt der Kühlflüssigkeit zu den übrigen Kühlkörpern erfolgt über Durchtrittsöffnungen in den elektrisch isolierenden Materialstücken. Somit wird eine besonders kompakte Gleichrichteranordnung in einer säulenförmigen Baueinheit ohne eine Vielzahl von Anschlüssen und Anschlußleitungen für die Kühlflüssigkeit geschaffen.In the rectifier arrangement according to the invention, there is thus only one external connection with a connecting line for supplying the cooling liquid to a heat sink at the end and another external one Connection with a line for discharging the cooling liquid at the opposite end Heat sink provided. The coolant enters and exits the remaining heat sinks Via openings in the electrically insulating pieces of material. This makes a particularly compact one Rectifier arrangement in a columnar structural unit without a plurality of connections and Connection lines created for the coolant.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausgestaltungen werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben:An embodiment of the invention and its refinements characterized in the subclaims are described in more detail below with reference to the drawing:

Zwei Gleichrichterzellen 2 und 3 für hohe Stromstärken von beispielsweise 1000 A und mehr, sogenannteTwo rectifier cells 2 and 3 for high currents of, for example, 1000 A and more, so-called

Scheibenzellen, die beispielsweise zu einer Gleichrichteranlage in Brückenschaltung gehören sollen, sind an die Wechselspannungszuleitung R einerseits und an die positive bzw. negative Gleichstromleitung Pbzw. N andererseits angeschlossen. Sie sind jeweils in Materialstücken aus elastischem Material, welche als flache Verbindungsstücke 4 bzw. 5 ausgebildet und mit einer entsprechenden Bohrung versehen sind, angeordnet und liegen auf beiden Flachseiten jeweils an einem der Kühlkörper 7 bis 10 an. Die notwendige Anpreßkraft von vorzugsweise mehreren 100 kg kann mit einer bekannten Vorrichtung hergestellt werden, die als Schraube 12 mit einem Joch 13 und seitlichen Verbindungsbolzen 14 und 15 sowie einer Bodenplatte 16 angedeutet ist. Zur Verbesserung der Druckverteilung auf der Gleichstromleitung N kann noch eine Druckplatte 18 aus einem druckfesten Kunststoff oder auch aus Stahl mit einer entsprechenden isolierenden Zwischenlage vorgesehen sein. Der Kühlkörper 10 ist mit einer seitlichen Eintrittsöffnung 21 zur Zuführung der Kühlflüssigkeit und der Kühlkörper 7 mit einer seitlichen Austrittsöffnung 20 zur Abführung der Kühlflüssigkeit versehen, wie jeweils durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Kühlkörper 8 und 9 sind mit der Wechselspannungszuleitung R flüssigkeitsdicht verbunden. In einer anderen Anordnung können sie auch unmittelbar miteinander verbunden sein.Disk cells, which should belong, for example, to a rectifier system in a bridge circuit, are connected to the AC voltage supply line R on the one hand and to the positive or negative direct current line Pbzw. N connected on the other hand. They are each arranged in pieces of elastic material, which are designed as flat connecting pieces 4 and 5 and are provided with a corresponding bore, and are in each case on one of the heat sinks 7 to 10 on both flat sides. The necessary contact pressure of preferably several 100 kg can be produced with a known device, which is indicated as a screw 12 with a yoke 13 and lateral connecting bolts 14 and 15 and a base plate 16. To improve the pressure distribution on the direct current line N , a pressure plate 18 made of pressure-resistant plastic or steel with a corresponding insulating intermediate layer can also be provided. The cooling body 10 is provided with a lateral inlet opening 21 for supplying the cooling liquid and the cooling body 7 is provided with a lateral outlet opening 20 for discharging the cooling liquid, as indicated in each case by an arrow. The heat sinks 8 and 9 are connected to the AC voltage supply line R in a liquid-tight manner. In another arrangement, they can also be directly connected to one another.

Die Kühlflüssigkeit kann der Eintrittsöffnung 21 zugeführt und über mehrere, beispielsweise vier parallelliegende Kühlkanäle zu geeigneten Austrittsöffnungen 22 und 23 geführt werden. Von dort gelangt die Kühlflüssigkeit über Durchtrittsöffnungen im Verbindungsstück 5 zu entsprechenden öffnungen in der unteren Flachseite des Kühlkörpers 9. Von dort werden Kühlkanäle, beispielsweise in Form einer Spirale, zur Mitte des Kühlkörpers 9 geführt, wo die Kühlflüssigkeit in den Kühlkörper 8 übertritt. Dieser Verlauf wird sinngemäß fortgesetzt, bis die Kühlflüssigkeit an der Austrittsöffnung 20 wieder heraustritt. Die Übergänge zwischen den Kühlkörpern und den Verbindungsstücken sowie den Leitungen R, N und P können in bekannter Weise mit besonderen Dichtungen, beispielsweise mit Rundschnurdichtungen, versehen werden.The cooling liquid can be fed to the inlet opening 21 and guided to suitable outlet openings 22 and 23 via several, for example four, parallel cooling channels. From there, the cooling liquid passes through openings in the connector 5 to corresponding openings in the lower flat side of the cooling body 9. From there cooling channels, for example in the form of a spiral, are led to the center of the cooling body 9, where the cooling liquid passes into the cooling body 8. This course is continued analogously until the cooling liquid emerges again at the outlet opening 20. The transitions between the heat sinks and the connecting pieces as well as the lines R, N and P can be provided in a known manner with special seals, for example with round cord seals.

Eine ausreichende Dichtheit wird durch Zusammenpressen der ganzen Anordnung mittels der Schraube 12 sichergestellt. Die Anordnung muß ohnehin zur Herstellung eines ausreichenden Druckkontaktes der Gleichrichterzellen 2 und 3, die auch Thyristoren sein können, zusammengepreßt werden. Durch die Reihenschaltung der Kühlkörper 7 bis 10 im Kühlkreislauf der gesamten Anlage sind nur zwei Anschlußleitungen an den öffnungen 20 und 21 für den gesamten Stapel erforderlich, der auch aus einer noch größeren Anzahl von Kühlkörpern und Gleichrichterzellen aufgebaut sein kann.Sufficient tightness is achieved by pressing the entire arrangement together by means of the screw 12 ensured. The arrangement must anyway to produce sufficient pressure contact Rectifier cells 2 and 3, which can also be thyristors, are pressed together. Through the series connection the heat sink 7 to 10 in the cooling circuit of the entire system are only two connecting lines the openings 20 and 21 required for the entire stack, which also consists of an even larger number can be constructed from heat sinks and rectifier cells.

Im Ausführungsbeispiel sind als Gleichrichterzellen Thyristoren oder ungesteuerte Silizium-Dioden vorgesehen. Es können aber auch andere Halbleiter-Schaltelemente für große Stromstärken vorgesehen sein.In the exemplary embodiment, thyristors or uncontrolled silicon diodes are provided as rectifier cells. However, other semiconductor switching elements for large currents can also be provided.

Die Verbindungsstücke 4 und 5 können auch in Form eines Vielecks gestaltet sein. Die Durchtrittsöffnungen für die Kühlflüssigkeit können dann zweckmäßig in der Nähe der Ecken angeordnet sein.The connecting pieces 4 and 5 can also be designed in the form of a polygon. The passage openings for the cooling liquid can then expediently be arranged in the vicinity of the corners.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Rectifier arrangement with disk-shaped rectifier cells for high currents that alternate with heat sinks through which a cooling liquid flows together in a closed circuit are, including electrically insulating pieces of material in a columnar Structural unit are clamped together, characterized in that the heat sinks (7 to 10) are connected in series in the closed circuit of the cooling liquid that at least one flat side of each of the heat sinks (e.g. 10) has an inlet or outlet opening for the cooling liquid (22, 23) is provided, which via a passage opening in one of the electrically insulating pieces of material (e.g. 5), which consist of an elastic material, with a corresponding training or Inlet opening of the adjacent heat sink (z. B. 9) is connected

2. Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that the pieces of material as annular or tubular connecting pieces are formed.

3. Rectifier arrangement according to claim 1, characterized in that the pieces of material as flat connecting pieces (4, 5) are formed which have a central opening for receiving a disk-shaped Have rectifier cell (2, 3) and with passage openings for forwarding the Cooling liquid are provided between two heat sinks (7 to 10).

4. Rectifier arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized by means for Centering of the insulating connecting pieces (4, 5) and thus their passage openings opposite the corresponding openings (22, 23) of the heat sinks (7 to 10).