DE212011100212U1 - Frame for a modular voltage-driven converter and insulation device - Google Patents

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Abstract

Rahmen (13) für einen modularen spannungsgeführten Wandler (11), umfassend ein oder mehrere Wandlermodule (121, ..., 12n), wobei der Rahmen (13) umfasst: – ein Gehäuse (15) zum Aufnehmen des einen oder der mehreren Wandlermodule (121, ..., 12n), und – eine Isolationsvorrichtung (10), umfassend: – eine erste elektrisch leitende Schicht (16), umfassend ein erstes Verbindungsmittel (19) für eine Verbindung mit einer Einhausung (14), die den Rahmen (13) aufnimmt, – eine zweite elektrisch leitende Schicht (17), umfassend ein zweites Verbindungsmittel (20) zum Verbinden mit einem Wandlermodul (121) des einen oder der mehreren Wandlermodule (121, ..., 12n), und – eine Isolationsschicht (18), die die erste elektrisch leitende Schicht (16) und die zweite elektrisch leitende Schicht (17) trennt.Frame (13) for a modular live converter (11), comprising one or more converter modules (121, ..., 12n), the frame (13) comprising: - a housing (15) for receiving the one or more converter modules (121, ..., 12n), and - an insulation device (10), comprising: - a first electrically conductive layer (16), comprising a first connection means (19) for connection to a housing (14) which forms the frame (13), - a second electrically conductive layer (17), comprising a second connecting means (20) for connecting to a converter module (121) of the one or more converter modules (121, ..., 12n), and - an insulation layer (18), which separates the first electrically conductive layer (16) and the second electrically conductive layer (17).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der spannungsgeführten Wandler, und insbesondere Wandlerrahmen, Isolation und Schutz dafür.The invention relates generally to the field of voltage-driven converters, and more particularly to transducer frames, isolation and protection therefor.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Spannungsgeführte Wandler (Voltage Source Converters, VSC), auch als STATCOM bezeichnet, stellen heutzutage eine wertvolle Lösung zum Erhöhen der Leistungsqualität eines elektrischen Leistungsgitters und zum Sicherstellen der Konformität mit Gittercodes im Falle der Integration von stochastischer Erzeugung (also Windkraft, Solarkraft) dar. Das Bedürfnis zur Reduktion von Systemkosten führt die Technologie hin zu Standardlösungen, und unter Bezugnahme auf 1 werden Multilevelwandler 1 oft durch eine serielle/parallele Verbindung von Standardwandlermodulen 2 1, ..., 2 n, (auch als Wandlerzellen, Wandlerlinks oder Ventile bezeichnet) gebaut. Diese Standardwandlermodule 2 1, ..., 2 n werden in mechanischen Rahmen 3 gestapelt. Der Multilevelwandler 1 ist typischerweise mit einer Mittel-/Hochspannung verbunden, und die Wandlerphase muss hinreichend von einem Gehäuse 4 isoliert sein, beispielsweise einem Container, in dem der Multilevelwandler 1 platziert ist. Eine solche Isolation wird durch Isolatoren und einen geeigneten Luftabstand zu Wänden, Boden und Decke des Gehäuses erreicht, wie es in den Figuren durch die Doppelpfeile angedeutet ist.Voltage Source Converters (VSCs), also referred to as STATCOMs, are now a valuable solution for increasing the power quality of an electric power grid and ensuring grid code compliance in the case of stochastic generation integration (ie, wind power, solar power) The need to reduce system costs leads the technology towards standard solutions, and with reference to 1 become multilevel converters 1 often through a serial / parallel connection of standard converter modules 2 1 , ..., 2 n , (also referred to as converter cells, transducer links or valves) built. These standard converter modules 2 1 , ..., 2 n be in mechanical framework 3 stacked. The multilevel converter 1 is typically connected to a medium / high voltage, and the converter phase must be sufficient from a housing 4 be isolated, for example, a container in which the multilevel converter 1 is placed. Such insulation is achieved by insulators and a suitable air clearance to walls, floor and ceiling of the housing, as indicated in the figures by the double arrows.

Genügend Luftabstände zwischen den Rahmen und dem Gehäuse muss somit für die elektrische Isolation sichergestellt werden, was die Kompaktheit der Lösung begrenzt und die Systemkosten stark beeinflusst, wenn der spannungsgeführte Wandler 1 direkt mit Verteilungs- und Übertragungsspannungspegeln verbunden ist. Die Luftisolationsabstände begrenzen die Größe und die Anzahl von Rahmen, die in Standardcontainern installiert werden können, was zu einer erhöhten Anzahl von erforderlichen Containern zum Aufnehmen der spannungsgeführten Wandler führt.Sufficient air gaps between the frame and the housing must thus be ensured for the electrical insulation, which limits the compactness of the solution and greatly affects the system cost when the voltage-controlled converter 1 is directly connected to distribution and transmission voltage levels. The air isolation distances limit the size and number of frames that can be installed in standard containers, resulting in an increased number of required containers for accommodating the voltage-driven transducers.

US 3,805,140 offenbart eine Lösung, wo eine Isolationsbarriere an der inneren Wand eines Metallcontainergehäuses eines AC-DC-Wandlers befestigt ist. Das Anordnen einer solchen Isolationsbarriere an den Containerwänden kann beschwerlich sein, und das Herstellen einer solchen Isolationsbarriere für einen ganzen Container ist sowohl teuer als auch schwierig. US 3,805,140 discloses a solution where an isolation barrier is attached to the inner wall of a metal container housing of an AC-DC converter. Placing such an isolation barrier on the container walls can be cumbersome, and making such an isolation barrier for an entire container is both expensive and difficult.

Neben den obigen Lösungen des Dimensionierens des Gehäuses, um hinreichende Luftabstände bereitzustellen, und des Auskleidens des Gehäuses mit Isolationsmaterial, sind Lösungen bekannt, die Isolationsöl oder Vakuumisolation verwenden.In addition to the above solutions of sizing the housing to provide sufficient air gaps and lining the housing with insulation material, solutions using insulation oil or vacuum insulation are known.

Die oben erwähnten bekannten Lösungen weisen einen oder mehrere Nachteile auf, wie hohe Material-, Produktions- und Installationskosten, und das Erfordernis einer großen Grundfläche, was eine Gefahr für die Umwelt darstellt. Weiter sind die Instandhaltungskosten hoch, insbesondere für öl- oder gasisolierte Strukturen, und mechanische Kosten zum Sicherstellen der Dichtungen aller Teile sind sehr hoch.The above-mentioned known solutions have one or more disadvantages, such as high material, production and installation costs, and the requirement of a large footprint, which is a danger to the environment. Furthermore, the maintenance costs are high, especially for oil or gas insulated structures, and mechanical costs for ensuring the seals of all parts are very high.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Hinsichtlich des Obigen ist es eine Aufgabe der Erfindung, kosteneffiziente und kompakte Isolationsmittel für Wandlermodulanordnungen bereitzustellen.In view of the above, it is an object of the invention to provide cost effective and compact isolation means for transducer module assemblies.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch einen Rahmen für einen modularen spannungsgeführten Wandler, der ein oder mehrere Wandlermodule umfasst, gelöst. Der Rahmen umfasst ein Gehäuse zum Aufnehmen des einen oder der mehreren Wandlermodule; und eine Isolationsvorrichtung, die umfasst: eine erste elektrisch leitende Schicht, umfassend ein erstes Verbindungsmittel zum Verbinden mit einer Einhausung, die den Rahmen aufnimmt, eine zweite elektrisch leitende Schicht, umfassend ein zweites Verbindungsmittel zum Verbinden mit einem Wandlermodul des einen oder der mehreren Wandlermodule, und eine Isolationsschicht, die die erste elektrisch leitende Schicht und die zweite elektrisch leitende Schicht trennt.The object is achieved according to a first aspect of the invention by a frame for a modular voltage-driven converter comprising one or more converter modules. The frame includes a housing for receiving the one or more transducer modules; and an insulation device comprising: a first electrically conductive layer comprising a first connection means for connection to a housing which houses the frame, a second electrically conductive layer comprising a second connection means for connection to a transducer module of the one or more transducer modules, and an insulating layer separating the first electrically conductive layer and the second electrically conductive layer.

Die Erfindung stellt eine kompakte Isolationslösung für modulare Wandlersysteme bereit, was die Reduktion der Größe und der Anzahl von Einhausungen zum Aufnehmen der Wandlermodule erlaubt. Die Erfindung ermöglicht somit auch eine Reduzierung von Systemkosten. Das reduzierte Größenerfordernis der Einhausungen kann stattdessen durch das Einführen zusätzlicher Wandlermodule für Anwendungen ausgenutzt werden, wo ein solcher Bedarf besteht.The invention provides a compact isolation solution for modular transducer systems, which allows the reduction of the size and number of housings for accommodating the transducer modules. The invention thus also enables a reduction of system costs. The reduced size requirement of the enclosures may instead be exploited by introducing additional transducer modules for applications where such a need exists.

Des Weiteren kann die Lösung der Erfindung standardisiert werden und für Massenproduktion geeignet sein, was wiederum ein kompaktes System mit geringen Kosten erlaubt. Die geringe Grundfläche, die beim erfindungsgemäßen Rahmen und der Isolationsvorrichtung erforderlich ist, macht diese insbesondere zum Beispiel für Offshore-Windkraftplattformen geeignet.Furthermore, the solution of the invention can be standardized and suitable for mass production, which in turn allows a compact system with low cost. The small footprint that is required in the frame and the insulation device according to the invention makes them particularly suitable for example for offshore wind power platforms.

Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch eine Isolationsvorrichtung für einen Rahmen, der einen modularen spannungsgeführten Wandler mit einem oder mehreren Wandlermodulen aufnimmt, gelöst. Die Isolationsvorrichtung umfasst eine erste elektrisch leitende Schicht, umfassend ein erstes Verbindungsmittel zum Verbinden mit einer Einhausung, die den Rahmen aufnimmt. Die Isolationsvorrichtung umfasst weiter eine zweite elektrisch leitende Schicht, umfassend ein zweites Verbindungsmittel zum Verbinden mit einem Wandlermodul des einen oder der mehreren Wandlermodule. Die Isolationsvorrichtung umfasst weiter eine Isolationsschicht, die die erste elektrisch leitende Schicht und die zweite elektrisch leitende Schicht trennt. Dem Obigen entsprechende Eigenschaften werden auch für diesen Aspekt der Erfindung erreicht.The object is achieved according to a second aspect of the invention by a frame isolation device comprising a modular voltage-driven converter having one or more Transducer modules receives, solved. The isolation device comprises a first electrically conductive layer comprising a first connection means for connection to an enclosure which receives the frame. The isolation device further comprises a second electrically conductive layer comprising a second connection means for connecting to a transducer module of the one or more transducer modules. The insulation device further comprises an insulation layer separating the first electrically conductive layer and the second electrically conductive layer. The above-mentioned properties are also achieved for this aspect of the invention.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch das Lesen der folgenden Beschreibungen und aus den angehängten Zeichnungen klar werden.Other features and advantages of the invention will become apparent upon reading the following descriptions and accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Wandlerrahmen gemäß dem Stand der Technik. 1 shows a transducer frame according to the prior art.

2 zeigt einen Wandlerrahmen und eine Isolationsvorrichtung gemäß der Erfindung. 2 shows a converter frame and an isolation device according to the invention.

3 zeigt ein Detail der 2. 3 shows a detail of 2 ,

4 zeigt die Erfindung für einen Delta-verbundenen spannungsgeführten Wandler. 4 shows the invention for a delta-connected voltage-controlled converter.

5 zeigt einen Vorteil, der durch die Erfindung erreicht wird. 5 shows an advantage achieved by the invention.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

In der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung und nicht der Begrenzung spezifische Details, wie besondere Architekturen, Schnittstellen, Techniken, usw. aufgeführt, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu bieten. Es wird dem Fachmann jedoch offensichtlich sein, dass die Erfindung in anderen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, die von diesen spezifischen Details abweichen. In anderen Fällen werden detaillierte Beschreibungen von bekannten Vorrichtungen, Schaltungen und Verfahren weggelassen, um die Beschreibung der Erfindung nicht mit unnötigen Details zu verwirren. Dieselben Bezugszeichen beziehen sich in der Beschreibung auf ähnliche Elemente.In the following description, for purposes of explanation and not limitation, specific details, such as particular architectures, interfaces, techniques, etc., are set forth in order to provide further understanding of the invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the invention may be embodied in other embodiments that depart from these specific details. In other instances, detailed descriptions of known devices, circuits, and methods are omitted so as not to obscure the description of the invention with unnecessary detail. The same reference numerals in the description refer to similar elements.

Bezug nehmend auf 2 ist ein mechanischer Rahmen 13 auch als Wandlerrahmen bezeichnet, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Rahmen 13 ist für einen modularen spannungsgeführten Wandler 11 vorgesehen, und könnte einen standardisierten mechanischen Wandlerrahmen mit den Anpassungen umfassen, die beschrieben werden. Der modulare spannungsgeführte Wandler 11 umfasst eines oder mehrere Wandlermodule 12 1, ..., 12 n (deshalb modular).Referring to 2 is a mechanical frame 13 Also referred to as a converter frame, shown according to an embodiment of the invention. The frame 13 is for a modular voltage-driven converter 11 and could include a standardized mechanical transducer frame with the adjustments described. The modular voltage-controlled converter 11 includes one or more transducer modules 12 1 , ..., 12 n (therefore modular).

Zum Beispiel könnte der spannungsgeführte Wandler 11 für eine Verwendung bei einer Verbindungsspannung von 33 kV ausgelegt sein, und der spannungsgeführte Wandler 11 könnte dann zum Beispiel 80 Wandlermodule umfassen. Jede Phase des spannungsgeführten Wandlers 11 kann somit eine Vielzahl von Rahmen 13 zum Aufnehmen der Wandlermodule, die für diesen spezifischen Spannungspegel gebraucht werden, erfordern (siehe auch 4).For example, the voltage-driven converter could 11 be designed for use at a connection voltage of 33 kV, and the voltage-controlled converter 11 could then include, for example, 80 converter modules. Each phase of the voltage-controlled converter 11 can thus a variety of frames 13 to accommodate the transducer modules needed for this specific voltage level (see also 4 ).

Der Rahmen 13 umfasst ein Gehäuse 15 zum Aufnehmen des einen oder der mehreren Wandlermodule 12 1, ..., 12 n. Das Gehäuse 15 kann beispielsweise aus Metall oder Plastik bestehen. Das Gehäuse 15 umfasst Mittel zum Aufnehmen der Wandlermodule, beispielsweise Anschlüsse oder Befestigungen, durch die ein Wandlermodul, das in das Rahmengehäuse 15 eingeführt ist, daran befestigt wird. Die Wandlermodule werden dann miteinander verkabelt, wodurch sie zusammen den gewünschten Spannungspegel bereitstellen.The frame 13 includes a housing 15 for receiving the one or more transducer modules 12 1 , ..., 12 n . The housing 15 can be made of metal or plastic, for example. The housing 15 includes means for receiving the transducer modules, such as terminals or fasteners, through which a transducer module inserted into the frame housing 15 is inserted, attached to it. The transducer modules are then cabled together to collectively provide the desired voltage level.

Der Rahmen 13 umfasst weiter eine Isolationsvorrichtung 10, die eine erste elektrisch leitende Schicht 16 und eine zweite elektrisch leitende Schicht 17 umfasst. Die elektrisch leitenden Schichten 16, 17 sind durch eine elektrische Isolationsschicht 18 getrennt. Die Isolationsvorrichtung 10 ist in 3 detaillierter gezeigt.The frame 13 further comprises an isolation device 10 which is a first electrically conductive layer 16 and a second electrically conductive layer 17 includes. The electrically conductive layers 16 . 17 are through an electrical insulation layer 18 separated. The isolation device 10 is in 3 shown in more detail.

Die erste elektrisch leitende Schicht 16 umfasst ein erstes Verbindungsmittel 19, das für eine Verbindung beispielsweise mit einer Einhausung 14, die den Rahmen 13 aufnimmt, geeignet ist. Typischerweise ist der Rahmen 13 (oder eine Anzahl von Rahmen) in einem Container mit Standardgröße vorhanden, und die Einhausung 14 kann einen solchen Container umfassen. In einem anderen Beispiel kann die Einhausung 14 eine Beton-Einhausung mit inneren Metallstrukturen sein (also zum Begrenzen von elektromagnetischer Emission). Die erste elektrisch leitende Schicht 16 sollte ein Verbindungsmittel 19 umfassen, das mit einer solchen Einhausung verbindbar ist, wobei die Einhausung typischerweise geerdet ist. Alternativ könnte die erste elektrisch leitende Schicht 16 mit einem anderen Massepotential verbindbar sein. Das erste Verbindungsmittel 19 kann geschweißte Verbindungen umfassen, d. h. die erste leitende Schicht 16 ist durch Schweißen mit der Einhausung 14 verbunden. Ein anderes Beispiel umfasst entfernbare elektrische Anschlüsse, die durch mechanischen Druck erzeugt werden, und durch die das erste Verbindungsmittel 19 mit der Einhausung 14 verbunden wird. Noch andere Beispiele umfassen Bolzen und/oder Schrauben.The first electrically conductive layer 16 comprises a first connection means 19 that for a connection, for example, with an enclosure 14 that the frame 13 absorbs, is suitable. Typically, the frame 13 (or a number of frames) in a standard size container, and the enclosure 14 may include such a container. In another example, the enclosure 14 a concrete enclosure with internal metal structures (ie for limiting electromagnetic emission). The first electrically conductive layer 16 should be a lanyard 19 include, which is connectable to such a housing, the housing is typically grounded. Alternatively, the first electrically conductive layer 16 be connectable to another ground potential. The first connection means 19 may comprise welded joints, ie the first conductive layer 16 is by welding with the enclosure 14 connected. Another example includes removable electrical connections created by mechanical pressure and through which the first connection means 19 with the enclosure 14 is connected. Still other examples include bolts and / or screws.

Die zweite elektrisch leitende Schicht 17 umfasst ein zweites Verbindungsmittel 20 zum Verbinden mit einem Wandlermodul 12 1 des einen oder der mehreren Wandlermodule 12 1, ..., 12 n. Das zweite Verbindungsmittel 20 ist typischerweise mit einem aktiven Teil mit dem höchsten elektrischen Potential (relativ zum Beispiel zum Massepotential) in der Richtung des Isolationsabstands, der reduziert werden soll, verbunden, also im gezeigten Fall vertikal in Richtung zur Decke der Einhausung 14, und vertikal in Richtung zum Boden der Einhausung 14. Das zweite Verbindungsmittel 20 könnte identisch zum ersten Verbindungsmittel sein, und beispielsweise einen elektrischen Anschluss, geschweißte Verbindungen, Bolzen oder Schrauben umfassen. The second electrically conductive layer 17 comprises a second connecting means 20 for connection to a converter module 12 1 of the one or more converter modules 12 1 , ..., 12 n . The second connection means 20 is typically connected to an active part having the highest electrical potential (relative to ground potential, for example) in the direction of the insulation distance to be reduced, that is, in the case shown, vertically toward the ceiling of the enclosure 14 , and vertically towards the floor of the enclosure 14 , The second connection means 20 could be identical to the first connection means, and include, for example, an electrical connection, welded connections, bolts or screws.

Die Isolationsschicht 18 ist zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitenden Schichten 16, 17 angeordnet und trennt somit die erste elektrisch leitende Schicht 16 von der zweiten elektrisch leitenden Schicht 17. Die Isolationsschicht 18 kann ein festes Isolationsmaterial umfassen, vorzugsweise mit einer hohen dielektrischen Konstante, wie Plastik oder Gummi.The insulation layer 18 is between the first and second electrically conductive layers 16 . 17 arranged and thus separates the first electrically conductive layer 16 from the second electrically conductive layer 17 , The insulation layer 18 may comprise a solid insulating material, preferably with a high dielectric constant, such as plastic or rubber.

In einer Ausführungsform ist die Isolationsschicht 18 dimensioniert, um die Isolationsvorrichtung 10 mit einer Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers 11 vor schnellen hereinkommenden Spitzenströmen zu versehen. Das heißt, die Isolationsschicht 18 kann dimensioniert sein, um die Isolationsvorrichtung 10 mit einer Kapazität zu versehen, die für ihre beabsichtigte Verwendung geeignet ist. Die Isolationsvorrichtung 10 dient dann als verteilte extra Shunt-Kapazität entlang dem spannungsgeführten Wandler 11. Das Material der Isolationsschicht 18 kann zusätzlich oder alternativ ausgewählt werden, um die Isolationsvorrichtung 10 mit der gewünschten Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers 11 vor solchen schnellen hereinkommenden Spitzenströme zu versehen.In one embodiment, the insulating layer is 18 dimensioned to the isolation device 10 with a capacity to protect the modular voltage-driven converter 11 to provide for fast incoming peak currents. That is, the insulation layer 18 can be dimensioned to the isolation device 10 with a capacity suitable for their intended use. The isolation device 10 then serves as a distributed extra shunt capacitance along the voltage-driven converter 11 , The material of the insulation layer 18 may additionally or alternatively be selected to the isolation device 10 with the desired capacity to protect the modular voltage-driven converter 11 to provide for such fast incoming peak currents.

Beim Auslegen und Herstellen der Isolationsvorrichtung 10 sollte sichergestellt werden, dass die erste elektrisch leitende Schicht 16, die zweite elektrisch leitende Schicht 17 und die Isolationsschicht 18 hergestellt und verbunden werden, um jedwede Luft zwischen ihnen zu eliminieren. So werden Teilentladungen vermieden. Weiter sollte sichergestellt werden, dass jede der ersten elektrisch leitenden Schicht 16, der zweiten leitenden Schicht 17 und der Isolationsschicht 18 frei von Luft ist.When laying out and making the insulation device 10 It should be ensured that the first electrically conductive layer 16 , the second electrically conductive layer 17 and the insulation layer 18 be made and connected to eliminate any air between them. This prevents partial discharges. Next, it should be ensured that each of the first electrically conductive layer 16 , the second conductive layer 17 and the insulation layer 18 is free from air.

Ein anderer Auslegungsaspekt mit Bezug auf solche Teilentladungen ist die Gestalt der ersten elektrisch leitenden Schicht 16, der zweiten elektrisch leitenden Schicht 17 und der Isolationsschicht 18. Insbesondere sollten sie gestaltet sein, um ein elektrisches Feld gleichmäßig zu verteilen, beispielsweise durch Versehen der Schichten mit geglätteten (gerundeten) Rändern.Another design aspect with respect to such partial discharges is the shape of the first electrically conductive layer 16 , the second electrically conductive layer 17 and the insulation layer 18 , In particular, they should be designed to evenly distribute an electric field, for example by providing the layers with smoothed (rounded) edges.

Die Isolationsvorrichtung 10 kann an einem oberen Teil 21 des Gehäuses 15 und/oder einem unteren Teil 22 des Gehäuses 15 angeordnet sein. Die ersten elektrisch leitenden Schichten 16 jeder Isolationsvorrichtung sind mit der Einhausung 14 verbunden, und somit typischerweise mit dem Massepotential, da die Einhausung typischerweise geerdet ist. Die zweiten elektrisch leitenden Schichten 17 sind mit den Anschlüssen der benachbarten Wandlermodule verbunden. Im gezeigten Fall wären dies entsprechend das oberste Wandlermodul eines Stapels von Wandlermodulen und das ganz unten platzierte Wandlermodul des Stapels von Modulen. Die zweiten elektrisch leitenden Schichten 17 nehmen somit dasselbe Potential wie diese Wandlermodule an.The isolation device 10 can be at an upper part 21 of the housing 15 and / or a lower part 22 of the housing 15 be arranged. The first electrically conductive layers 16 each isolation device are with the enclosure 14 connected, and thus typically with the ground potential, since the housing is typically grounded. The second electrically conductive layers 17 are connected to the terminals of the adjacent converter modules. In the case shown, these would accordingly be the topmost converter module of a stack of converter modules and the converter module of the stack of modules placed at the bottom. The second electrically conductive layers 17 thus assume the same potential as these converter modules.

Die Isolationsvorrichtung 10 kann auf verschiedene Arten am Rahmen 13 befestigt werden. Ein erstes Beispiel umfasst die Verwendung elektrisch isolierender Befestigungsmitteln, beispielsweise zusammenwirkende Eingriffselemente, wie männliche und weibliche Verbindungsmittel. Das heißt, das Rahmengehäuse 15 kann mit weiblichen Verbindungsmitteln versehen sein, in die männliche Verbindungsmittel, die an der Isolationsvorrichtung 10 bereitgestellt sind, eingeführt werden.The isolation device 10 Can frame in different ways 13 be attached. A first example involves the use of electrically insulating fasteners, such as cooperating engagement members, such as male and female fasteners. That is, the frame housing 15 may be provided with female connecting means, in the male connecting means connected to the isolation device 10 are introduced.

Wenn das Rahmengehäuse 15 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, wie Metall, und das Gehäuse 15 mit dem obersten Wandlermodul verbunden ist (Wandlermodul 12 1 im gezeigten Fall), dann wäre das Gehäuse 15 beim selben Potential wie die zweite elektrisch leitende Schicht 17. Die Isolationsvorrichtung 10 und insbesondere die zweite elektrisch leitende Schicht 17 derselben könnte dann einfach durch Metallschrauben oder ähnliches am Rahmen 13 befestigt werden.If the frame housing 15 is made of an electrically conductive material, such as metal, and the housing 15 connected to the top converter module (converter module 12 1 in the case shown), then the housing would be 15 at the same potential as the second electrically conductive layer 17 , The isolation device 10 and in particular the second electrically conductive layer 17 The same could then simply by metal screws or the like on the frame 13 be attached.

Die Erfindung umfasst auch die Isolationsvorrichtung 10 für einen Rahmen 13 wie er oben beschrieben ist. Das heißt, einen Rahmen 13, der einen modularen spannungsgeführten Wandler 11 aufnimmt, der eines oder mehrere Wandlermodule 12 1, ..., 12 n umfasst. Die Isolationsvorrichtung 10 ist unter Berücksichtigung der Aspekte gestaltet, die schon oben beschrieben wurden. Die Isolationsvorrichtung 10 umfasst eine erste elektrisch leitende Schicht 16, eine zweite elektrisch leitende Schicht 17 und eine Isolationsschicht 18, die diese trennt.The invention also includes the isolation device 10 for a frame 13 as described above. That is, a frame 13 , which is a modular voltage-driven converter 11 receives one or more converter modules 12 1 , ..., 12 n includes. The isolation device 10 is designed taking into account the aspects already described above. The isolation device 10 comprises a first electrically conductive layer 16 , a second electrically conductive layer 17 and an insulation layer 18 that separates them.

In einer Ausführungsform sind die erste elektrisch leitende Schicht 16, die zweite elektrisch leitende Schicht 17 und die Isolationsschicht 18 verbunden, um jede Luft zwischen ihnen zu eliminieren. Vorzugsweise ist auch sichergestellt, dass jede Schicht 16, 17, 18 frei von Luft ist. In one embodiment, the first electrically conductive layer 16 , the second electrically conductive layer 17 and the insulation layer 18 connected to eliminate any air between them. Preferably, it is also ensured that each layer 16 . 17 . 18 is free from air.

In einer Ausführungsform sind die erste elektrisch leitende Schicht 16, die zweite elektrisch leitende Schicht 17 und die Isolationsschicht 18 so geformt, dass sie geglättete Ecken umfassen, wodurch ein elektrisches Feld gleichmäßig verteilt wird.In one embodiment, the first electrically conductive layer 16 , the second electrically conductive layer 17 and the insulation layer 18 shaped so as to include smoothed corners, whereby an electric field is evenly distributed.

In einer Ausführungsform umfasst die Isolationsschicht 18 ein festes Isolationsmaterial mit einer hohen dielektrischen Konstante, wie Plastik oder Gummi.In one embodiment, the insulating layer comprises 18 a solid insulating material with a high dielectric constant, such as plastic or rubber.

In einer Ausführungsform ist die Isolationsschicht 18 so dimensioniert, dass sie die Isolationsvorrichtung 10 mit einer Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers 11 vor schnellen hereinkommenden Spitzenströmen versieht.In one embodiment, the insulating layer is 18 dimensioned so that they are the isolation device 10 with a capacity to protect the modular voltage-driven converter 11 provides for fast incoming peak currents.

In einer Ausführungsform ist ein Material der Isolationsschicht 18 ausgewählt, um die Isolationsvorrichtung 10 mit einer Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers 11 vor schnellen hereinkommenden Spitzenströmen zu versehen.In one embodiment, a material is the insulating layer 18 selected to the isolation device 10 with a capacity to protect the modular voltage-driven converter 11 to provide for fast incoming peak currents.

In einer Ausführungsform umfassen das erste Verbindungsmittel 19 und das zweite Verbindungsmittel 20 geschweißte Verbindungen oder entfernbare elektrische Anschlüsse.In an embodiment, the first connection means comprises 19 and the second connection means 20 welded connections or removable electrical connections.

In einer Ausführungsform ist das erste Verbindungsmittel 19 mit Massepotential verbunden, und das zweite Verbindungsmittel 20 ist mit einem aktiven Teil des modularen spannungsgeführten Wandlers 11 mit dem höchsten elektrischen Potential verbunden.In one embodiment, the first connection means 19 connected to ground potential, and the second connection means 20 is with an active part of the modular voltage-driven converter 11 connected to the highest electrical potential.

Obwohl oben einige besondere Ausführungsformen der Isolationsvorrichtung 10 beschrieben sind, kann die Isolationsvorrichtung 10 mit jeder Kombination von Merkmalen bereitgestellt werden, die schon bei der Erläuterung des Rahmens 10 beschrieben wurden.Although some special embodiments of the isolation device above 10 described, the isolation device 10 be provided with any combination of features already in the explanation of the frame 10 have been described.

4 zeigt einen Delta-verbundenen spannungsgeführten Wandler 11, der somit drei Phasenstränge L1, L2, L3 aufweist. Wie zuvor erwähnt, ist der Rahmen 13 (oder eine Anzahl von Rahmen) in einem Container mit Standardgröße aufgenommen, wobei die Einhausung 14 einen solchen Container umfasst. Dies ist für eine Anzahl von Gründen dienlich; viel von der Verkabelung kann beispielsweise für alle Wandler an ein und demselben Ort durchgeführt werden. Die Container werden dann zu ihrem beabsichtigten Betriebsort verschifft, wobei das Verschiffen durch die Container mit den Standardgrößen vereinfacht ist. 4 shows a delta-connected voltage-controlled converter 11 which thus has three phase phases L1, L2, L3. As previously mentioned, the frame is 13 (or a number of frames) housed in a standard size container, with the enclosure 14 includes such a container. This is useful for a number of reasons; For example, much of the wiring can be done on the same site for all transducers. The containers are then shipped to their intended location of operation, with shipping being simplified by the standard size containers.

Es wird angemerkt, dass die Delta-Verbindung des spannungsgeführten Wandlers lediglich als Beispiel gegeben ist und andere Arten von Verbindungen ebenso ihren Nutzen aus der Lehre der Erfindung ziehen können, wie beispielsweise Stern(why)-verbundene spannungsgeführte Wandler oder Einzelphasenwandler.It is noted that the delta connection of the voltage-driven converter is given by way of example only and other types of connections may also benefit from the teachings of the invention, such as star-connected voltage-controlled converters or single-phase converters.

5 zeigt den kurz erwähnten Aspekt des Bereitstellens einer verteilten extra Shunt-Kapazität entlang des spannungsgeführten Wandlers 11. Dies ist ein natürlicher Schutz gegen schnelle hereinkommende Spitzenströme, die beispielsweise durch Blitzphänomene (wie durch den Pfeil ganz links gezeigt) entstehen können. Solche Blitzphänomene können die Wandlermodule möglicherweise beschädigen. Wie erwähnt, kann der Kapazitätswert der Isolationsvorrichtung 10 durch Variieren des Isolationsmaterials (mit verschiedenen dielektrischen Konstanten) und/oder durch Anpassen der Isolationsdicke ausgewählt werden. Die Isolationsvorrichtung(en) 10 stellt somit verteilte Spitzenkapazitäten bereit, die die Wandlermodule schützen. 5 shows the briefly mentioned aspect of providing a distributed extra shunt capacitance along the voltage-driven converter 11 , This is a natural protection against fast incoming peak currents, which can be caused, for example, by lightning phenomena (as shown by the arrow at the far left). Such flash phenomena may possibly damage the converter modules. As mentioned, the capacitance value of the isolation device 10 by varying the insulating material (with different dielectric constants) and / or by adjusting the insulation thickness. The isolation device (s) 10 thus provides distributed peak capacities that protect the transducer modules.

Durch die Erfindung kann die durch die Isolationsvorrichtung 10 bereitgestellte elektrische Isolation mit einem begrenzten Abstand sichergestellt werden, was zu einem sehr viel kompakteren Wandlersystem im Vergleich zum Stand der Technik führt. Die Isolationsvorrichtung 10 kann mit dem mechanischen Rahmen 13, der die Wandlermodule hält, integriert sein. Die Produktionskosten sind dank einer Lösung, die standardisierte Einschübe verwendet, reduziert, sogar minimiert.By the invention, the through the insulation device 10 provided electrical insulation with a limited distance, resulting in a much more compact transducer system compared to the prior art. The isolation device 10 can with the mechanical frame 13 , which holds the converter modules, be integrated. Production costs are reduced, even minimized, thanks to a solution that uses standardized inserts.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (21)

Rahmen (13) für einen modularen spannungsgeführten Wandler (11), umfassend ein oder mehrere Wandlermodule (12 1, ..., 12 n), wobei der Rahmen (13) umfasst: – ein Gehäuse (15) zum Aufnehmen des einen oder der mehreren Wandlermodule (12 1, ..., 12 n), und – eine Isolationsvorrichtung (10), umfassend: – eine erste elektrisch leitende Schicht (16), umfassend ein erstes Verbindungsmittel (19) für eine Verbindung mit einer Einhausung (14), die den Rahmen (13) aufnimmt, – eine zweite elektrisch leitende Schicht (17), umfassend ein zweites Verbindungsmittel (20) zum Verbinden mit einem Wandlermodul (12 1) des einen oder der mehreren Wandlermodule (12 1, ..., 12 n), und – eine Isolationsschicht (18), die die erste elektrisch leitende Schicht (16) und die zweite elektrisch leitende Schicht (17) trennt.Frame ( 13 ) for a modular voltage-controlled converter ( 11 ) comprising one or more transducer modules ( 12 1 , ..., 12 n ), the frame ( 13 ) comprises: - a housing ( 15 ) for receiving the one or more transducer modules ( 12 1 , ..., 12 n ), and - an isolation device ( 10 ), comprising: - a first electrically conductive layer ( 16 ), comprising a first connecting means ( 19 ) for a connection to an enclosure ( 14 ), the frame ( 13 ), - a second electrically conductive layer ( 17 ), comprising a second connecting means ( 20 ) for connection to a converter module ( 12 1 ) of the one or more converter modules ( 12 1 , ..., 12 n ), and - an isolation layer ( 18 ), which is the first electrically conductive layer ( 16 ) and the second electrically conductive layer ( 17 ) separates. Rahmen (13) nach Anspruch 1, wobei die erste elektrisch leitende Schicht (16), die zweite elektrisch leitende Schicht (17) und die Isolationsschicht miteinander verbunden sind, um jegliche Luft zwischen ihnen zu eliminieren.Frame ( 13 ) according to claim 1, wherein the first electrically conductive layer ( 16 ), the second electrically conductive layer ( 17 ) and the insulating layer are connected to each other to eliminate any air between them. Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der ersten elektrisch leitenden Schicht (16), der zweiten leitenden Schicht (17) und der Isolationsschicht (18) frei von Luft ist.Frame according to claim 1 or 2, wherein each of the first electrically conductive layer ( 16 ), the second conductive layer ( 17 ) and the insulation layer ( 18 ) is free from air. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste elektrisch leitende Schicht (16), die zweite elektrisch leitende Schicht (17) und die Isolationsschicht (18) so geformt sind, um ein elektrisches Feld gleichmäßig zu verteilen.Frame ( 13 ) according to one of the preceding claims, wherein the first electrically conductive layer ( 16 ), the second electrically conductive layer ( 17 ) and the insulation layer ( 18 ) are shaped so as to evenly distribute an electric field. Rahmen (13) nach Anspruch 4, wobei die zweite elektrisch leitende Schicht (17) und die Isolationsschicht (18) geglättete Ränder umfassen.Frame ( 13 ) according to claim 4, wherein the second electrically conductive layer ( 17 ) and the insulation layer ( 18 ) comprise smooth edges. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (18) ein festes Isolationsmaterial mit einer hohen dielektrischen Konstante umfasst, wie zum Beispiel Plastik oder Gummi.Frame ( 13 ) according to any one of the preceding claims, wherein the insulating layer ( 18 ) comprises a solid insulation material having a high dielectric constant, such as plastic or rubber. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (18) dimensioniert ist, um die Isolationsvorrichtung (10) mit einer Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers (11) vor schnellen hereinkommenden Spitzenströmen zu versehen.Frame ( 13 ) according to any one of the preceding claims, wherein the insulating layer ( 18 ) is dimensioned to the isolation device ( 10 ) with a capacity to protect the modular voltage-driven converter ( 11 ) to provide fast incoming peak currents. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Material der Isolationsschicht (18) ausgewählt ist, um die Isolationsvorrichtung (10) mit einer Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers (11) vor schnellen hereinkommenden Spitzenströmen zu versehen.Frame ( 13 ) according to one of the preceding claims, wherein a material of the insulating layer ( 18 ) is selected to the isolation device ( 10 ) with a capacity to protect the modular voltage-driven converter ( 11 ) to provide fast incoming peak currents. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungsmittel (19) und das zweite Verbindungsmittel (20) geschweißte Verbindungen oder entfernbare Anschlüsse umfassen.Frame ( 13 ) according to one of the preceding claims, wherein the first connection means ( 19 ) and the second connecting means ( 20 ) welded connections or removable connections. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungsmittel (19) mit einem Massepotential verbunden ist, und das zweite Verbindungsmittel (20) mit einem aktiven Teil des modularen spannungsgeführten Wandlers (11) mit dem höchsten elektrischen Potential verbunden ist.Frame ( 13 ) according to one of the preceding claims, wherein the first connection means ( 19 ) is connected to a ground potential, and the second connection means ( 20 ) with an active part of the modular voltage-driven converter ( 11 ) is connected to the highest electrical potential. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolationsvorrichtung (10) an einem oberen Teil (21) des Gehäuses (15) und/oder an einem unteren Teil (22) des Gehäuses (15) angeordnet ist.Frame ( 13 ) according to one of the preceding claims, wherein the isolation device ( 10 ) at an upper part ( 21 ) of the housing ( 15 ) and / or at a lower part ( 22 ) of the housing ( 15 ) is arranged. Rahmen (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Isolationsvorrichtung (10) durch elektrisch isolierende Befestigungsmittel am Rahmen (13) befestigt ist.Frame ( 13 ) according to one of the preceding claims, wherein the isolation device ( 10 ) by electrically insulating fasteners on the frame ( 13 ) is attached. Isolationsvorrichtung (10) für einen Rahmen (13), der einen modularen spannungsgeführten Wandler (11) aufnimmt, der ein oder mehrere Wandlermodule (12 1, ..., 12 n) umfasst, wobei die Isolationsvorrichtung (10) umfasst: – eine erste elektrisch leitende Schicht (16), umfassend ein erstes Verbindungsmittel (19) zum Verbinden mit einer Einhausung (14), die den Rahmen (13) aufnimmt, – eine zweite elektrisch leitende Schicht (17), umfassend ein zweites Verbindungsmittel (20) zum Verbinden mit einem Wandlermodul (12 1) des einen oder der mehreren Wandlermodule (12 1, ..., 12 n), und – eine Isolationsschicht (18), die die erste elektrisch leitende Schicht (16) und die zweite elektrisch leitende Schicht (17) trennt.Isolation device ( 10 ) for a frame ( 13 ), a modular voltage-driven converter ( 11 ) receiving one or more converter modules ( 12 1 , ..., 12 n ), wherein the isolation device ( 10 ) comprises: - a first electrically conductive layer ( 16 ), comprising a first connecting means ( 19 ) for connecting to an enclosure ( 14 ), the frame ( 13 ), - a second electrically conductive layer ( 17 ), comprising a second connecting means ( 20 ) for connection to a converter module ( 12 1 ) of the one or more converter modules ( 12 1 , ..., 12 n ), and - an isolation layer ( 18 ), which is the first electrically conductive layer ( 16 ) and the second electrically conductive layer ( 17 ) separates. Isolationsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei die erste elektrisch leitende Schicht (16), die zweite elektrisch leitende Schicht (17) und die Isolationsschicht miteinander verbunden sind, um jegliche Luft zwischen ihnen zu eliminieren.Isolation device ( 10 ) according to claim 13, wherein the first electrically conductive layer ( 16 ), the second electrically conductive layer ( 17 ) and the insulating layer are connected to each other to eliminate any air between them. Isolationsvorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei jede der ersten elektrisch leitenden Schicht (16), der zweiten leitenden Schicht (17) und der Isolationsschicht (18) frei von Luft ist.Isolation device ( 10 ) according to claim 12 or 13, wherein each of the first electrically conductive layer ( 16 ), the second conductive layer ( 17 ) and the insulation layer ( 18 ) is free from air. Isolationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die erste elektrisch leitende Schicht (16), die zweite elektrisch leitende Schicht (17) und die Isolationsschicht (18) so geformt sind, dass sie geglättete Ränder umfassen, wodurch ein elektrisches Feld gleichmäßig verteilt wird.Isolation device ( 10 ) according to one of claims 13 to 15, wherein the first electrically conductive layer ( 16 ), the second electrically conductive layer ( 17 ) and the insulation layer ( 18 ) are shaped that they include smooth edges, whereby an electric field is evenly distributed. Isolationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Isolationsschicht (18) ein festes Isolationsmaterial mit einer hohen dielektrischen Konstante umfasst, wie zum Beispiel Plastik oder Gummi.Isolation device ( 10 ) according to one of claims 13 to 16, wherein the insulating layer ( 18 ) comprises a solid insulation material having a high dielectric constant, such as plastic or rubber. Isolationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Isolationsschicht (18) dimensioniert ist, um die Isolationsvorrichtung (10) mit einer Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers (11) vor schnellen hereinkommenden Spitzenströmen zu versehen.Isolation device ( 10 ) according to one of claims 13 to 17, wherein the insulating layer ( 18 ) is dimensioned to the isolation device ( 10 ) with a capacity to protect the modular voltage-driven converter ( 11 ) to provide fast incoming peak currents. Isolationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei ein Material der Isolationsschicht (18) ausgewählt ist, um die Isolationsvorrichtung (10) mit einer Kapazität zum Schützen des modularen spannungsgeführten Wandlers (11) vor schnellen hereinkommenden Spitzenströmen zu versehen.Isolation device ( 10 ) according to one of claims 13 to 18, wherein a material of the insulating layer ( 18 ) is selected to the isolation device ( 10 ) with a capacity to protect the modular voltage-driven converter ( 11 ) to provide fast incoming peak currents. Isolationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das erste Verbindungsmittel (19) und das zweite Verbindungsmittel (20) geschweißte Verbindungen oder entfernbare Anschlüsse umfassen.Isolation device ( 10 ) according to one of claims 13 to 19, wherein the first connecting means ( 19 ) and the second connecting means ( 20 ) welded connections or removable connections. Isolationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das erste Verbindungsmittel (19) mit einem Massepotential verbunden ist, und das zweite Verbindungsmittel (20) mit einem aktiven Teil des modularen spannungsgeführten Wandlers (11) mit dem höchsten elektrischen Potential verbunden ist.Isolation device ( 10 ) according to one of claims 13 to 20, wherein the first connecting means ( 19 ) is connected to a ground potential, and the second connection means ( 20 ) with an active part of the modular voltage-driven converter ( 11 ) is connected to the highest electrical potential.
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