DE1856204U

DE1856204U - SEMICONDUCTOR RECTIFIER, IN PARTICULAR SILICON RECTIFIER FOR HIGH VOLTAGES.

Info

Publication number: DE1856204U
Application number: DEM39107U
Authority: DE
Original assignee: C H F MUELLER GmbH
Current assignee: C H F MUELLER GmbH
Priority date: 1961-08-30
Filing date: 1961-08-30
Publication date: 1962-08-09

Description

ifalbleitergleichrichter, insbesondere Silicium- gleichrichter für hohe Spannungen. ' Die neuerung bezieht sich auf einen Halbleitergleichrichter, insbesondereSiliciumgleichrichter für hohe Bpannungen, bei (ZD dem den Gleichriohterzellen Schutzwiderstände parallel-ge- schaltet sind. Bei Hochspannungsgleichrichtern, die aus einer Reihenschal- tung einer großen Anzahl von Gleichrichterzellen bestehen, wer- CD ID den durch die Streukapazitäten der einzelnen Zellen gegenüber ihrer Umgebung, oder aber auch in Störungsfällen, die sprung- hafte Spannungsänderungen zur Folge haben kennen, in Sperr- richtung Sperrströme erzwungen. Diese Sperrströme können zur c-i-tD- Zerstörung der Gleiclrichterzellen führen. I. Iit zunehmender Betriebsspannung und Frequenz nimmt die Zerstörungsgefahr dabei zu. Es ist bekannt, die in Reihe geschalteten Gleichrichterzel- lenmittels Kondensatoren zu überbrücken. Diese Kondensatoren stellen kapazitive Spannungsteiler dar, die Überspannungen -in-U-in diese an den Gleichrichtersellen vorbeiführen, und dann, wenn diese c dieReihenschaltung einschließen die Streufelder abschirmen u-vor- Gleichrichteranordnungen lit ondensatoren aLnd jedoch unvor- teilhaft groß. zi Es ist auch bekannt, die Gleichrichterzellen mittels widerstände zu überbrücken. Diese räumlich vorteilhafte Anordnung bietet den Halbleiterzellen jedoch keinen ausreichenden Schutz gegen Zerstörung. Zwar übernehmen diese Widerstände den durch eine Überspannung erzwungenen Sperrstrom bis zu einem gewis- sen Betrag der Überspannung, erreicht diese Spannung aber die Durchbruchspannung der Halbleiterzellen, dann übernehmen die betreffenden Zollen den Sperrstrom) was zu ihrer Zerstörung führen kann. Es ist auch möglich, die Widerstände so zu dimensionieren, daß diese den Sperrstrom in jedem Fall führen. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, daß die Widerstände bereits bei einer relativ geringen Sperrspannung einen relativ hohen Sperrstrom führen und die Verlustleistung des Gleichrichters dadurch unerwünscht groß ist. Gemäß der Neuerung sind als Widerstände spannungsabhängige C> Widerstände verwendet. Diese Widerstände können gegenüber den bisher benutzten Widerständen mit linearer Charakteristik jeden vorhersehbaren Sperrstrom aufnehmen, ohnejedoch bei niedrigen Sperrspannungen bereits einen beachtlichen Strom zu führen. Werden die spannungsabhängigen Widerstände außerdem um die Gleichrichterzellen herum angeordnet, dann schirmen diese gleichzeitig Streufelder ab. semiconductor rectifiers, especially silicon rectifier for high voltages. ' The innovation relates to a semiconductor rectifier, especially silicon rectifiers for high voltages (ZD the protective resistors connected in parallel to the rectifier cells are switched. In the case of high-voltage rectifiers that consist of a series circuit consist of a large number of rectifier cells, CD ID compared to that caused by the stray capacities of the individual cells their surroundings, or even in the event of a fault, the sudden cause permanent voltage changes, in blocking direction of reverse currents forced. These reverse currents can be used to ci-tD- Destruction of the rectifier cells. I. Iit increasing Operating voltage and frequency reduce the risk of destruction doing too. It is known that the series-connected rectifier cells by means of capacitors. These capacitors represent capacitive voltage dividers, the overvoltages -in-U-in this lead past the rectifier points, and then, if these c Include the series connection to shield the stray fields u-before- Rectifier arrangements lit ondensatoren aLnd, however, unpredictable partly big. zi It is also known to bridge the rectifier cells by means of resistors. However, this spatially advantageous arrangement does not offer the semiconductor cells adequate protection against destruction. Although these resistors take over the reverse current forced by an overvoltage up to a certain sen amount of overvoltage, this voltage reaches the Breakdown voltage of the semiconductor cells, then the relevant inches take over the reverse current) which can lead to their destruction. It is also possible to dimension the resistors so that they carry the reverse current in any case. However, this has the disadvantage that the resistors already carry a relatively high reverse current at a relatively low reverse voltage and the power loss of the rectifier is undesirably large as a result. According to the innovation, the resistors are voltage-dependent C> Resistors used. Compared to the previously used resistors with linear characteristics, these resistors can absorb any predictable reverse current without, however, already carrying a considerable current at low reverse voltages. If the voltage-dependent resistors are also arranged around the rectifier cells, then these simultaneously shield stray fields.

Bei einer Ausführungsform nach der Neuerung sind die Umhüllungen der Gleichrichterzellen von spannungsabhängigem Widerstandsmaterial umgeben.In one embodiment according to the innovation, the casings are the Rectifier cells surrounded by voltage-dependent resistance material.

Bei einer anderen Ausführungsform sind mehrere Gleichrichter- zelleneinem spannungsabhängigen Widerstand parallelgeschaltet. Um zu hohen Spannungen gelangen zu können, werden vorteilhaft- ZD tcrweise viele aus mehreren Gleichrichterzellen und einem span- nungsabhängigon Widerstand bestehende Baueinheiten zusammenge- setzt und räumlich so angeordnet, daß die spannungsabhängigen Widerstände die Gleichrichterzellen einschließen. d Die Neuerung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.In another embodiment, several rectifier cells connected in parallel with a voltage-dependent resistor. In order to be able to reach high voltages, it is advantageous to ZD Many of them consist of several rectifier cells and a chip- voltage-dependent resistance existing units together sets and spatially arranged so that the voltage-dependent resistors enclose the rectifier cells. d The innovation is shown on the basis of the drawing Embodiments explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Gleichrichterzelle mit einer Umhüllung aus spannungsabhängigen Uiderstandsmaterial nach der Neuerung.Fig. 1 shows a rectifier cell with an envelope made of voltage-dependent Resistance material according to the innovation.

Fig. 2 und 3 zeigen eine aus Gleichrichterzellen und einem spannungsabhängigen Widerstand bestehende Gleichrichterbaueinheit.Figs. 2 and 3 show one of rectifier cells and one voltage-dependent Resistance existing rectifier module.

Fig, 4 und Fig. 5 zeigen einen Gleichrichter nach der Neuerung, Bei der in Fig. 1 dargestellten Gleichrichterzelle ist auf einer Scheibe 1 ein Kristall 3 angeordnet. Eine auf den Elistall 3 druckende Kontaktfeder 5 stellt die Verbindung zu einer den zweiten Kontakt bildenden Scheibe 7 her. Für den vakuumdichten Abschluß der Kristallanordnung sorgt eine keramische Hälse 9, die beiderseits von den Scheiben 1 verschlossen ist. Über die Hülse 9 ist noch eine weitere Hülse 11 aus spannungsabhängigem Widerstandmaterial geschoben, die die beiden Kontaktscheiben 1 und 2 der Gleichrichterzelle ebenfalls verbindet.Fig, 4 and Fig. 5 show a rectifier according to the innovation, Bei The rectifier cell shown in FIG. 1 is a crystal on a disk 1 3 arranged. A contact spring 5, which presses on the Elistall 3, establishes the connection to a disk 7 forming the second contact. For the vacuum-tight seal The crystal arrangement is provided by a ceramic neck 9 on either side of the disks 1 is closed. About the sleeve 9 is another sleeve 11 made of voltage-dependent Resistance material pushed that the two contact disks 1 and 2 of the rectifier cell also connects.

Die Außenflächen 13 der kontaktscheiben sind in an sich bekannter Weise plangeschliffen, damit viele derartige Gleichrichterzellen übereinander geschichtet werden könnon. Die Hülsen 11 aus spannungsabhängigcm iderstandsmaterial stellen einen wirksamen schütz gegen zu hohe S annungen bzw. S err- strömen in den Zellen dar, indem diese bei zu hoch ansteigen- denSperrspannungen zunehmend stromführend werden. The outer surfaces 13 of the contact disks are ground flat in a manner known per se so that many rectifier cells of this type can be layered one on top of the other. the Make sleeves 11 made of voltage-dependent resistance material an effective protection against excessive sensations or err- flow into the cells by increasing them too high- the blocking voltages are increasingly live.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind übliche Gleichrichterzellen 15 ohne zusätzliche Ummantelung nach Fig. 1 in einer Öffnung 17 eines Isolierkörpers 19 übereinander gestapelt. Eine Feder 21 sorgt für einen guten Kontakt der Gleichrichterzellen 15 untereinander. In eine weitere Öffnung 22 des Isolierkörpers 19 ist parallel zu dem Gleichrichterzellenstapel ein spannungsabhängiger Widerstand 23 eingesetzt. Je ein Anschluß dieses Widerstandes 23 steht mit einem Ende des Gleichrichterstapels über Kontaktstreifen 24 elektrisch in Verbindung.In the arrangement shown in FIG. 2, normal rectifier cells are used 15 without additional sheathing according to FIG. 1 in an opening 17 of an insulating body 19 stacked on top of each other. A spring 21 ensures good contact between the rectifier cells 15 among each other. Another opening 22 of the insulating body 19 is parallel A voltage-dependent resistor 23 is used for the rectifier cell stack. One connection of this resistor 23 is connected to one end of the rectifier stack electrically connected via contact strips 24.

In dem dargestellten Beispiel sind zehn Gleichrichterzellen 15 in Reihe geschaltet. Bei Verwendung von zehn Silieiumgleichrichterzellen 15 mit einer mittleren Betriebsscheitelspannung von je 500 V entspricht dies einem Gleichrichter für 5 kV Betriebswechsispannung. Der dem Gleichrichter parallelgeschaltete spannungsabhängige Widerstand führt dabei etwa einen : Jjtrom von 0,5 m@. 3in Gleichrichter für hoch höhere Spannungen beispielsweise 150 kVe läßt sich leicht durch das Inreihesohalten von 30 Ein- heiten 25 nach Fig. 2 aufbauen, die an einer isolierenden Trägerplatte 26 befestigt sind (Fig. 4). Die Verbindugnen zwischen den einzelnen Baueinheiten stellen dabei die Kontaktstreifen 24 her, wobei jeweils der Endstreifen 24 der einen Baueinheit 25 mit den auf der anderen Trägerplattenseite befindlichen Anfangsstreifen 24 der nächsten Baueinheit 25 verbunden ist. Die leichrichterzellen 15 liegen an der Trägerplatte, so daß die spannungsabhängigen Widerstände 23 CD- die Gleichrichterzellen 15 einschließen können, Dadurch schirmen die spannungsabhängigen Widerstände 23 gleichzeitig die Streufelder der Gleichrichterzellen 15 ab. Um die Isolationsfestigkeit zu erhöhen, ist die gesamte Gleichrichteranordnung in eine isolierende Hasse eingegossen oder wird in Öl eingebettet betrieben. Isolierende Bügel 27 schützen die Verbindungsstellen der einzelnen Kontaktstreifen. Durch das An- bringen von Kontakt-köpfen 28 an den Enden der Gesamtanordnung kann diese als leicht auswechselbares Bauteil Verwendung fin- den.In the example shown, ten rectifier cells 15 are connected in series. When using ten silicon rectifier cells 15 with an average peak operating voltage of 500 V each, this corresponds to a rectifier for 5 kV alternating operating voltage. The voltage-dependent resistor connected in parallel with the rectifier has a current of approximately 0.5 m @. 3in rectifiers for higher voltages, for example 150 kVe can easily be achieved by holding 30 single Build units 25 according to FIG. 2, which are attached to an insulating Support plate 26 are attached (Fig. 4). The connections between the individual structural units are established by the contact strips 24, the end strip 24 of one structural unit 25 being connected to the starting strip 24 of the next structural unit 25 located on the other side of the carrier plate. The judge cells 15 are present the support plate, so that the voltage-dependent resistors 23 CD- which can enclose the rectifier cells 15, as a result of which the voltage-dependent resistors 23 simultaneously shield the stray fields of the rectifier cells 15. In order to increase the insulation strength, the entire rectifier arrangement is cast in an insulating hatch or is operated while it is embedded in oil. Insulating brackets 27 protect the connection points of the individual contact strips. By the arrival bring contact heads 28 at the ends of the overall arrangement this can be used as an easily replaceable component the.

Für kleinere Betriebsspannungen, beispielsweise 10-30 kV, ist es zweckmäßige nur Baueinheiten 25 mit fünf Gleichrichterzellen 15 in Reihe zu verwenden, denen dann jeweils ein span- nungsabhängiger Widerstand 23 parallelgesohaltet ist. , D D 5 Die Auswirkungen von Überspannungen, die im Störungsfall an den Gleichrichterzellen 15 liegen, werden mit Hilfe der spannungsabhängigen widerstände 23 wesentlich vermindert, da an die einzelnen Baueinheiten 25 nur Teilspannugnen dieser Überspannungen gelangen und die spannungsabhängigen Widerstände diese Teilspannungen durch Übernahme von Sperrströmen erniedri- gen. Schatzanspmiche. For smaller operating voltages, for example 10-30 kV, it is expedient to use only units 25 with five rectifier cells 15 in series, each of which then has a voltage voltage-dependent resistor 23 is held in parallel. , DD 5 The effects of overvoltages that are in the rectifier cells 15 in the event of a fault are significantly reduced with the help of the voltage-dependent resistors 23, since only partial voltages of these overvoltages reach the individual units 25 and the voltage-dependent resistors reduce these partial voltages by taking over reverse currents. gene. Treasury mark.

Claims

New protection claims: 1. Semiconductor rectifiers, especially silicon rectifiers for high voltages, where protective resistors are connected in parallel to the rectifier cells are, characterized in that voltage-dependent resistors are used as resistors (11, 23) are used.

2. Rectifier according to claim 1, characterized in that the Coverings (9) of the rectifier cells (15) made of voltage-dependent resistance material are surrounded.

3. Rectifier according to Claim 1, characterized in that a plurality of rectifier cells (15) is assigned a voltage-dependent resistor (25).

4. Rectifier according to Claims 1 and 3, consisting of several structural units which are assembled from several rectifier cells (15) with associated voltage-dependent resistors (23). 5. Rectifier according to claim 1, 3 and 4, characterized characterized in that the voltage-dependent resistors (23)

of the structural units (25) enclose the rectifier cells (15) in the overall arrangement.

6. Rectifier according to Claims 4 and 5, characterized in that that the entire semiconductor rectifier is cast in an insulating mass.

7. Rectifier according to Claim 1 to 6, characterized by contact heads (27), which form the connections of the entire rectifier arrangement.