DE2354663A1 - Stromrichter - Google Patents

Stromrichter

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DE2354663A1 DE19732354663 DE2354663A DE2354663A1 DE 2354663 A1 DE2354663 A1 DE 2354663A1 DE 19732354663 DE19732354663 DE 19732354663 DE 2354663 A DE2354663 A DE 2354663A DE 2354663 A1 DE2354663 A1 DE 2354663A1
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Description

Die Erfindung "betrifft einen Stromrichter mit in Serie geschalteten Thyristoren, die zusammen mit Beschaltungselementen in ein G-erüst eingebaut sind, das mehrere Stützen enthält,
Solche Stromrichter sind im'Handel erhältlich. Sie werden insbesondere als Wechsel-, G-leich- oder Umrichter für höhere Spannungen, beispielsweise für Spannungen von 5kV und mehr eingesetzt. Die in Serie geschalteten Thyristoren können dabei sog. Thyristorstapel oder Thyristorsäulen sein, wie sie beispielsweise in flüssigkeitsgekühlter Ausführung in der DT-OS 1 564 694 oder in luftgekühlter Ausführung in der DT-OS 1 913 546 beschrieben sind. Dabei ist es üblich, diese Thyristorstapel als Thyristorgruppen in Etagen übereinander anzuordnen. Beispielsweise der Literaturstelle "Silizium-Stromrichter Handbuch", Herausgeber BBC, Seite 83 ist zu ententnehmen, daß in Serie geschaltete Thyristoren mit einer gesonderten Beschaltung gegen unzulässige Beanspruchungen zu schützen sind. In der genannten Literaturstelle ist hierfür beispielsweise ein RCL-Beschaltung vorgesehen, bei der allen in Reihe geschalteten Thyristoren einer Thyristorsäule eine gemeinsame Sperrdrossel vorgeschaltet ist und jedem Thyristor der Thyristorsäule ein RC-Glied parallel liegte
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Bei einem Stromrichter der eingangs genannten Art sind also im allgemeinen sehr viele Bauelemente in dem Gerüst anzuordnen. Dies führt zu einem großen Bauvolumen und dazu, daß die handelsüblichen Stromrichter meist in Einzelfertigung herge- , stellt werden müssen und daß die Serienfertigung auch von Einzelteilen nur- in Sonderfällen möglich ist.
Es besteht die Aufgabe, einen Stromrichter der eingangs genannten Art so aufzubauen, daß im Bausteinsystem Stromrichter für verschiedene Spannungen aus gleichen Einzelteilen aufgebaut werden können und daß man eine kompakte, raumsparende Anordnung erhält.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Stütze wenigstens einen Träger aufweist, der als Topf mit mehreren ebenen Seitenflächen ausgebildet ist und der mit Tragelementen aus elektrisch isolierendem Material verschraubt ist und daß wenigstens ein Teil der Träger aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist und zur Stromführung dient. Der Träger kann im wesentlichen quaderförmig sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter besteht das Gerüst aus gleichartigen Trägern, die mit den isolierenden Tragelementen verschraubt sind. Diese Träger können in Serienfertigung vorzugsweise als Metallgußstücke billig hergestellt werden. Es ist lediglich erforderlich, sie abhängig vom Einbauort im Gerüst mit unterschiedlichen Bohrungen zu versehen. Man erhält damit einen Stromrichter, dessen Gerüst nach dem Bausteinsystem aufgebaut ist' und praktisch beliebig erweitert werden kann und bei dem weder zur Konstruktion einer Anlage noch zu ihrer Montage ein besonders geschultes Personal erforderlich ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Stromrichter, bei dem die in Serie geschalteten Thyristoren in Gruppen unterteilt sind, die in mehreren Etagen übereinander angeordnet sind, besitzt vorzugsweise jede Stütze für jede Etage einen Träger und die
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Träger jeder Stütze sind über Tragelemente aus elektrisch isolierendem Material miteinander verschraubt. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters wirkt sich das Bausteinsystem besonders aus. Es genügt, die Zahl der in Serie zu schaltenden Thyristoren und ihre Beschaltung für eine Etage festzulegen. Die übrigen Etagen können völlig identisch ausgeführt sein und man kann mit einer entsprechender Anzahl von Etagen einen Stromrichter für eine bestimmte'Spannung ohne weiteren Konstruktions- und Entwicklungsaufwand erstellen.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Stromrichter beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Bauelementen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einem Aufriß die Hochspannungsseite eines erfindungsgemäßen Stromrichters. In Stapelbauweise sind in drei Etagen 1,2 und 3 Thyristorsäulen 4 auf Tragschienen 5 angeordnet. Es können luft- oder flüssigkeitsgekühlte Thyristorsäulen verwendet werden, wie sie beispielsweise in den obengenannten Literaturstellen beschrieben sind. Im Ausführungsbeispiel sind ölgekühlte Thyristorsäulen 4 vorgesehen. Aus einer gemeinsamen Olzuleitung 6 wird über Röhren 6a, 6b und 6c jede Etage 1, 2 oder 3 des Stromrichters mit Kühlmittel versorgt. Aus den Röhren 6a, 6b oder 6c fließt das Kühlmittel jedem Kühlblock jedes Thyristors der Thyristorsäulen 4 zu. Über Röhren 7a, 7b und 7c.und eine gemeinsame Olableitung 7 fließt das Kühlmittel wieder von den Thyristoren ab. Diese Leitungen zur Kühlmittelzu- bzw. Abfuhr sind in den nachfolgenden Fig. 1b und 1c weggelassen, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
Im Gerüst des Stromrichters sind auf der Hochspannungsseite zwei Stützen 8- vorgesehen, die aus Trägern 9 und Tragelementen 10 aus isolierendem Material bestehen. Die Tragelemente 10 können beispielsweise handelsübliche Gießharzs.tützer sein. Die Träger 9 sind Töpfe, die im Ausführungsbeispiel quaderförmig sind. Alle oder wenigstens, die zur-'Stromführung dienenden
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Träger 9 können aus gut elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Messing hergestellt sein. Die restlichen Träger sind dann aus einem elektrisch schlechten leitenden Metall oder aus nicht leitendem Material hergestellt. Der Fig. 1a ist zu entnehmen, daß jede Stütze 8 in jeder der Etagen 1, 2 und 3 einen Träger 9 aufweist. An den Trägern 9 sind die Trag- bzw. Yerbindungsschienen 5 befestigt, von denen die Thyristorsiapel 4 getragen werden.
Der in der Pig. 1a gezeigte Stromrichter besitzt noch eine weitere Etage 11, in der auf der Tragschiene 5 eine Baugruppe 12 für Sicherungen angeordnet ist. Dabei übernehmen die Träger 9 die Stromführung der Sicherungsanschlüase, wie mit den leitungen 12a und der-Stromzuführung 13 für den Stromrichter angedeutet ist.
Pig. 1b zeigt einen Schnittlängs der Linie Ib-Ib der Pig. 1a. Dieser Schnitt verdeutlicht die Form der Träger 9, die noch ausführlich besprochen werden wird und die Verbindung der Träger 9 mit den Gießharzstützern 10 mittels Schrauben 14.
Der Schnitt der Fig. 1b liegt in der Sammelschienenebene des Stromrichters und zeigt neben einer Stütze 8 der Hochspannungsseite eine Stütze 8a der Seite, die im folgenden mit Niederspannungsseite bezeichnet wird. Die Träger 9 dieser Stütze 8a der Niederspannungsseite dienen zur Stromführung, wie noch ausführlich erläutert werden wird. Die Träger 9 der Stütze 8a der Niederspannungsseite sind mit stromführenden Bolzen 15a aus elektrisch leitendem Material verschraubt, die über Leitungen 16 entweder mit der ThyristorsäUle 4 der gleichen Etage oder über eine Stromschiene 17 mit einem Bolzen 15a der nachfolgenden Etage verbunden sind. Auf die Bolzen 15a sind ringförmige Ferritkerne 15b aufgeschoben. Durch die Bolzen 15a und die Ferritkerne 15b werden Sperrdrosseln 15 gebildet, die ein Teil der Beschaltung der Thyristoratapel 4 jeder Etage darstellen.
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Die Stromschienen 17 sind über Stützen 18 aus isolierendem Material mit Trägern 9 einer Stütze 8 der Hochspannungsseite■ verschraubt. Hierdurch wird das Gerüst vervollständigt und verfestigt. In der Figur ist außerdem schematisch eingezeichnet, daß über eine Schiene 19 die Stromzuführung 20 an eine Sperrdrossel 15 der unteren Etage 1 gelegt ist.
Figur 1c zeigt einen Schnitt längs der Linie Ic-Ic der Fig. 1a und 1b. Das mit den Stützen 8 der Hochspannungsseite und den Stützen 8a der Niederspannungsseite aufgebaute Gerüst ist im Ausführungsbeispiel rechteckförmig und die Ecken des Gerüstes für den Stromrichter werden durch die Stützen 8 und 8a gebildete Die Träger 9 der Stützen 8a der Hiederspannungsseite sind in jeder Etage 1 , 2 und 3 über "Verbindungsschienen 21 aus isolierendem Material miteinander verbunden. Auf der Verbindungsschiene 21 jeder Etage sind Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen 22 befestigt. Für jeden Thyristor des Thyristorstapels 4 ist jeweils eine Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppe 22 vorgesehen. In der Figur ist schematisch angedeutet, daß jede Ansteuerund Beschaltungsbaugruppe 22 mit einem Thyristor der Thyristorsäule 4 über eine leitung 23 verbunden ist. Die Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen 22 enthalten im allgemeinen einen Impulsverstärker und einen Impulsübertrager zur Übertragung des Zündimpulses für den zugehörigen Thyristor und die für die Besehaltung des zugehörigen Thyristors erforderli.chen Widerstände und Kondensatoren. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß in der Fig. 1c die Bohrungen 24 zu erkennen sind, die zur Verschraubung jedes Trägers 9 mit einem Gießharzstützer 10 dienen.
Anhand, der Fig. 1a bis 1c wird im folgenden die elektrische Verbindung der Thyristorstapel 4 des in den Figuren gezeigten Stromrichters kurz erläutert. Dieser Stromrichter kann beispielsweise der Brückenzweig einer Drehs'trombrücke sein. Der Fig. 1c ist die Verdrahtung einer Etage' zu entnehmen» Jeweils eine Sperrdrossel 15 einer der Stützen der 8a der Hiederspannungsseite.ist über eine leitung 16 mit dem Thyristorstapel 4
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verbunden. Die Fig. 1b zeigt, daß beide Sperrdrosseln 15 jedes Trägers 9 der ffiederspannungsseite 8a über diesen Träger 9 elektrisch leitend verbunden sind. In jeder Etage 1,2 und 3 sind 'daher dem Thyristorstapel 4 jeweils zwei Sperrdrosseln 15 vor- und nachgeschaltet. Die Etagen 1, 2 und 3 sind über die Stromschienen 17 elektrisch leitend miteinander verbunden, die wie die Pig. 1b zeigt zwischen den Sperrdrosseln 15 aufeinanderfolgender Etagen angeordnet ist. Eine solche Stromschiene 17 führt auch von der Sicherungsetage 11 zu der letzten Sperrdrossel der vorhergehenden Etage 3. Über die Leitungen 13 und 20 liegt die Gesamtanordnung an Spannung.
Die Schaltung zweier aufeinanderfolgender Etagen zeigt in einem Übersichtsschaltbild die Fig. 2. Die über einen Träger 9 miteinander verbundenen Sperrdrosseln 15 die in einer Etage jeder Thyristorsäule 4 vor- bzw. nachgeschaltet sind, sind über die Stromschienen 17 mit den Sperrdrosseln 15 der nachfolgenden bzw. vorausgehenden Etage verbunden. Bei dieser Schaltung liegen daher die Thyristorstapel 4 aller Etagen in Reihe. Selbstverständlich kann anstelle dieser Reihenschaltung auch eine Parallelschaltung der Thyristorstapel der einzelnen Etagen vorgenommen werden oder es kann der Thyristorstapel jeder Etage beispielsweise der Brückenzweig einer Stromrichterbrücke sein. Der Aufbau der einzelnen Etagen braucht für diese Schaltungsvarianten nicht verändert zu werden.
In der Fig. 2 sind außerdem noch Widerstände 25 und Kondensatoren 26 gezeigt, die zur RCL-Beschaltung der Thyristoren der Thyriatorstapel 4 in den Ansteuer- und BeSchaltungsbaugruppen 22 des Stromrichters enthalten sind.
Zusammenfassend ist zu betonen, daß mit dem erfindungsgemäßen Stromrichter ein Bausteinsystem erhalten ist, das einen einfachen Aufbau des Stromrichters gewährleistet. Zur Aufnahme der Thyristorsäulen 4, der Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen 22, der Strom- bzw. Sammelschienen 17 und der erforderlichen Ferritkerne 15b sowie der Sicherungen werden gleichartige Trä-
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ger 9 verwendet, die sich nur durch Lage und Größe der Bohrungen unterscheiden, die zur Verschraubung mit den übrigen Bauelementen erforderlich sind. Die Träger übernehmen nicht nur die tragende Punktion der übereinander angeordneten Etagen 1, 2 und 3 sondern ein Teil von ihnen dient auch gleichzeitig zur Stromführung und zur elektrisch leitenden Befestigung von Beschaltungselementen, beispielsweise Sperrdrosseln 15. Dadurch kann ein sehr kompaiiter und preiswerter Aufbau erreicht werden, weil eine zusätzliche Isolierung entfällt. Außerdem wird, wie insbesondere in Pig« 2 gezeigt ist, eine gleichmäßige Aufteilung der Ferritkerne 15b und damit der. Sperrdrosseln 15 über die gesamte Reihenschaltung der Thyristorsäulen 4 erhalten. Hierzu können, falls erforderlich, auch noch in der, Sicherungsetage 11 Sperrdrosseln 15 mit den Trägern 9 der Stützen 8a verschraubt sein. "
Bei der Sieherungsetage 11 übernehmen die Träger 9 ebenfalls die Stromführung der Sicherungsanschlüsse. Dabei kann teilweise auf die Zwischenschaltung isolierender Stützer verzichtet werden.
Die Potentialtrennung der Etagen 1,2 und 3 erfolgt über die Gießharzstützer 10. In gleicher Weise erfolgt die Isolierung zum Erdpotential durch Stützer 10, die beispielsweise auf einem Grundrahmen befestigt werden. Durch diesen Aufbau wird erreicht, daß die an den Leitungen 13 und 20 liegende Anschlußspannung lediglich von der Anzahl der in gleicher Teilung übereinander angeordneten Etagen abhängig ist, wenn man von der Isolierung zum Erdpotential absieht. Die zulässige Anschlußspannung ist also mit der Anzahl der Etagen veränderbar. Der Aufbau der einzelnen Etage braucht dazu nicht verändert zu werden.
Zur Vervollständigung ist in Pig» 3a und 3b ein Träger 9 dargestellt. Dabei zeigt die Pig. 3a eine Draufsicht auf die Höhlung des topfartigen Trägers und die Pig. 3b einen .Schnitt längs der Linie IHb-IIIb der Pig, 3a„ Im Ausführungsbeispiel
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13t der Träger quaderförmig mit vier ebenen Seitenwänden 9a und einer planen Bodenplatte 9b· Selbstverständlich icann der Träger auch eine andere geometrische lorm, beispielsweise eine Sechseckform besitzen, wenn dies aus konstruktiven Gründen nötig sein sollte.
Im Ausführungsbeispiel sind die Seitenwände 9a innen abgeschrägt. Hierdurch wird eine leichtere Yergießbarkeit erreicht, wenn der Träger 9 als Metallgußteil hergestellt wird. Außerdem kann man erreichen, daß alle Verschraubung mit handelsüblichen, abgeschrägten Vierkantscheiben durchgeführt werden können, wenn man die Innenseiten der Schenkel 9a mit einer Neigung von ungefähr 8% versieht.
In den Seitenwänden 9a und in der Bodenplatte 9b können an beliebiger Stelle Bohrungen angebracht sein. Damit ist eine reichhaltige Variationsmöglichkeit bei der Konstruktion von Stromrichtern möglich, wobei wie die Pig. 1b zeigt, die Träger 9 in den Stützen 8 und 8a auch noch in unterschiedlicher Stellung angeordnet sein können. Hierbei ist noch zu betonen, daß durch die Form des Trägers auch nach der Montage aller Etagen jede Schraubverbindung weiterhin zugänglich bleibt. Die Wartung und die Montage des erfindungsgemäßen Stromrichters wird damit wesentlich erleichtert.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Stromrichter ein Bausteinsystem gefunden ist, bei dem mit einfachen, in Serienfertigung zu produzierenden Bauelementen ein vielfach abwandelbarer, einfacher Aufbau ermöglicht ist, mit dem Stromrichter für unterschiedliche Spannungen nach einem einheitlichen Konstruktionsprinzip erstellt werden können. Es ist nicht nur die Konstruktion unterschiedlicher Stromrichter erleichtert, sondern auch die Montage und die Wartung ist ohne weitere Schwierigkeiten möglich.
3 Figuren
7 Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
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    Stromrichter mit in Serie geschalteten Thyristoren, die zusammen mit Beschaltungselementen in ein Gerüst eingebaut sind, das mehrere Stützen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stütze (8, 8a) wenigstens einen Träger (9) aufweist, der als Topf mit mehreren ebenen Seitenflächen ausgebildet ist und der mit Tragelementen (10) aus elektrisch isolierendem Material verschraubt ist und daß wenigstens ein Teil der Träger aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist und zur Stromführung dient. .
    Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die in Serie geschalteten Thyristoren "in Gruppen unterteilt sind, die in mehreren Etagen übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stütze (8, 8a) für jede Etage (1, 2, 3) einen Träger (9) besitzt und daß die Träger jeder Stütze über Tragelemente (10)· aus elektrisch isolierendem Material miteinander verschraubt sind.
    3. Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß jeder-Träger (9) im wesentlichen quaderförmig ist.
    4. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Seitenwände (9a) des Trägers (9) schräg geneigt so verlaufen, daß der Querschnitt des Hohlraums des Topfes am Topfrand größer als am Topfboden (9b) ist.
    5. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (9) Metallgußteile sind,,
    6. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Stromführung dienenden Träger (9) mit Beschaltungselementen (15) verschraubt ist»
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    Stromrichter nach einem der Ansprüche . 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Stromführung dienenden Träger (9) mit Sicherungen (12) verbunden ist.
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    Leerse ite
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