DE2354663C3 - Stromrichter - Google Patents

Stromrichter

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DE2354663C3 DE19732354663 DE2354663A DE2354663C3 DE 2354663 C3 DE2354663 C3 DE 2354663C3 DE 19732354663 DE19732354663 DE 19732354663 DE 2354663 A DE2354663 A DE 2354663A DE 2354663 C3 DE2354663 C3 DE 2354663C3
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Description

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit in Scrie geschalteten Thyristoren, die zusammen mit Beschaltungselementen in ein mehrere Stützen enthaltendes Gerüst eingebaut sind, das aus gleichartigen Elementen im Baukastensystem aufgebaut ist.
Solche Stromrichter sind beispielsweise aus der DT-AS 12 73 074 bekannt. Bei diesem Stromrichter werden als Bauelemente langgestreckte, U-profilartige Wannen aus Kunststoff, insbesondere Polyester-Glasseide eingesetzt, in deren Bodenteil in Längsrichtung nebeneinander einzelne Stromrichterventile, beispielsweise Transistoren, und die zugehörigen Kühlkörper angeordnet und mit den Kühlkörpern befestigt sind. Dabei erstrecken sich die Stromrichlerventile durch Aussparungen des Bodenteils hindurch. Mehrere dieser Bauelemente liegen im Stromrichter nebeneinander und sind an den Außenflächen ihrer Seitenwände unmittelbar oder mittelbar über Trennplatten durch Verkleben mechanisch verbunden. Die U-profilartigcn Wannen sind an Querträgern aus isolierendem Material befestigt. Diese Bauelemente dienen in erster Linie uls Träger für die Stromrichterventil«·. Zur Stromführung müssen für jede U-profilartige Wanne gesondert Stromschienen vorgesehen werden, die vor den U-förmigen Wannen angeordnet und über Verbindungslcitungen mit den Stromrichterventilen und den Kühlkörpern verbunden sind. Bei diesem Stromrichter sind ulso die Stromzufülmingen nicht in das Baukastens) sicm einbezogen, sondern müssen gesondert in einer weiteren Montageebene aus Ein/elteilen aufgebaut werden. die der Serienfertigung nur bedingt zugänglich sind. Damit sind ein relativ hoher Raumbedarf und erhöhte Fertigungskosten verbunden. Außerdem muß für Stromrichter für höhere Spannungen, beispielsweise 5 kV und mehr ein Kunststoff mit sehr guten Isolationseigenschafien für die U-förmigen Wannen benutzt werden, was die Fertigungskosten weiter steigert.
Im Hände! erhältlich sind Stromrichter für höhere Spannungen, bei denen ähnlich wie bei dem aus der DT-AS 12 73 074 bekannten Stromrichter die in Serie geschalteten Thyristoren zu sogenannten Thyrisiorstapeln ode,- Thyristorsäulen zusammengefaßt sind, wie sie beispielsweise in flüssigkeitsgekühlter Ausführung in der Dl-OS 15 64 694 oder in luftgekühlter Ausführung in der DT-OS 19 13 546 beschrieben sind. Dabei ist es übiich, diese Thyristorstapcl oder Thyrisiorgruppen in Etagen übereinander anzuordnen. Beispielsweise der Literaturstelle »Silicium-Stromrichter Handbuch«. Herausgeber BBC, 1971. S. 83 ist zu entnehmen, daß in Serie geschaltete Thyristoren mit einer gesonderten Beschallung gegen unzulässige Beanspruchung /u schützen sind. In der genannten Literaturstcllc ist hier für beispielsweise eine RCL-Beschaltung vorgesehen, bei der allen in Reihe geschalteten Thyristoren einer Thynstorsäule eine gemeinsame Sperrdrossel \orgeschaltct ist und jedem Thyristor der Thyristorsäule ein ÄC-Glied parallelliegt.
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, wobei wenigstens ein Teil der stromführenden Bauteile in das Bausteinsystem integriert sein sollen und eine kompakte, raumsparende Anordnung erzielt werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Stütze wenigsiens ein Knotenelement aufweist, das als Topf mit mehreren ebenen Seitenflächen ausgebildet ist und das mit Stützelementen aus elektrisch isolierendem Material verschraubt ist und daß wenigstens ein Teil der Knotenelemente aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist und zur Stromführung dient.
Bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter wird ein Gerüst aus gleichartigen, miteinander verschraubtcn Knoten- und Stützelementen aufgebaut, wobei an den Knotenelementen die Thyristoren befestigt werden und die Knotenelemente zur Stromzuführung zu den Thyristoren dienen. Gesonderte Bauteile für die Stromzuführung sind daher praktisch nicht mehr vorzusehen. Die Knotenelemente 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 die Stromzuführungen enthaltendes Gerüst nach dem Bausteinsystem aufgebaut ist und praktisch beliebig erweitert werden kann und bei dein weder zur Konstruktion
Anlage, noch /u ihrer Montage ein besonders geulies Personal erforderlich ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Stromrichter, bei dem jjc in Serie geschalteten Thyristoren in Gruppen unterteilt sind, die in mehreren Etagen übereinander und sind, besitzt vorzugsweise jede Slit/.e für Ktlt d di Kl
10
Lie Etage ein Knotenelement und die Knotenelemen-•ejeder Stütze sind über Stützelemente aus elektrisch isolierendem Material miteinander verschraubt. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Siromchters wirkt sich das Bausteinsystem besonders aus. Es enügt. die Zahl der in Serie zu schaltenden Thyristoen und ihre Beschallung für eine Etage festzulegen. hie übrigen Etagen können völlig identisch ausgeführt sein und man kann mit einer entsprechenden Anzahl on Etagen einen Stromrichter für eine bestimmte Soannung ohne weiteren Konstruktion- und Entwicklungsaufwand erstellen.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Stromrichler beispielhaft an Hand der F i g. 1 bis 3 näh-r erlau- M gert Jn den Figuren sind gleiche Bauelemente mn den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig-1 /.eigl i<i einem Aufriß die Hochspannungsseile eines erfindnngsgemäßen Stromrichters. In Stapelbauweise sind in drei Etagen 1, 2 und 3 Thyrisiorsäulen 4 auf Tragschienen 5 angeordnet. Es können luft- oder flüssigkeitsgekühlte Thyristorsäulen verwendet werden wie sie beispielsweise in den obengenannten Literaiu'rstellen beschrieben sind. Im Ausführungsbeispicl sind ölgekühlte Thyristorsäulen 4 vorgesehen. Aus einer gemeinsamen Ölzuleitung 6 wird über Röhren 6;.. %b und 6c jede Etage 1. 2 und 3 des Stromrichters mit Kühlmittel versorgt. Aus den Röhren 6a. bb oder 6c fließ« das Kühlmittel jedem Kühlblock jedes Thyristors der Thyristorsäulen 4 zu. Über Röhren 7a, Tb und 7c und eine gemeinsame Ölableitung 7 fließt das Kühlmittel wieder von den Thyristoren ab. Diese Leitungen zur Kühlmittelzu- bzw. -abfuhr sind in den nachfolgenden Fig. la und Ic weggelassen, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
Im Gerüst des Stromrichters sind auf der Hochspan nungsseite zwei Stützen 8 vorgesehen, die aus Knotenelementen 9 und Stützelementen 10 aus isolierendem Material bestehen. Die Stützelemente 10 können beispielsweise handelsübliche Gießharzstützer sein. Die Knotenelemente 9 sind Töpfe, die im Ausführungsbeispiel quaderförmig .ind. Alle oder wenigstens die zur Stromführung dienenden Knotenelemente 9 können aus gut elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Messing hergestellt sein. Die restlichen Knotendememe sind dann aus einem elektrisch schlecht leiten den Metall oder aus nicht leitendem Material hergestellt. Der F ig. la ist zu entnehmen, daß jede Stütze in jeder der Etagen 1. 2 und 3 ein Knotenelement aufweist. An den Knotenelementen 9 sind die Trag- bzw. Verbindungsschienen 5 befestigt, von denen die Thyristorstapel 4 getragen werden.
Der in der Fig. la gezeigte Stromrichter besitzt noch eine weitere Etage U. in der auf der Tragschiene 5 eine Baugruppe 12 für Sicherungen angeordnet ist. Dabei übernehmen die Knotenelemenie 9 die Stromführung der Sicherungsanschlüsse, wie mn den Leitungen 12a und der Stromzuführung 13 für den Stromrichter angedeutet ist.
F i g. Ib zeigt einen Schnitt längs der Linie \b-\b der Fig. la. Dieser Schnitt verdeutlicht die Form der Knotenelemente 9, die noch ausführlich besprochen werden wird und die Verbindung der Knotenelemcnte 4 mit den Stützelementen 10 mittels Schrauben 14.
Der Schmu der Fig. Ib üegt in der Sammelschienenebene des Stromrichters und zweigt neben einer Stütze 8 der Hc*:hspannungsseite eine Stütze 8a der Seite, die im folgenden mit Niederspannungsseite bezeichnet wird. Die Knotenelemente 9 dieser Stütze 8a der Niederspannungsseite dienen zur Stromführung, wie noch ausführlich erläutert werden wird. Die Knolenelemente 9 der Stütze 8a der Niederspannungsseite sind mit stromführenden Bolzen 15a aus elektrisch leitendem Material verschraubi, die über Leitungen 16 entweder mit der Thyrisiorsäule 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 Beschallung der Th\ ristorstapel 4 jeder Etage darstellen.
Die Stromschienen 17 sind über Stützen 18 aus isolierendem Material mit den Knotenelementen 9 einer .Stutze 8 der Hochspannungsseite verschraubt. Hierdurch wird das Gerüst vervollständigt und verfestig«. In der Figur ist außerdem schemalisch eingezeichnet, daß über eine Schiene 19 die Stromzuführung 20 an eine ; Sperrdrossel 15 der unteren Etage 1 gelegt ist.
F 1 g. Ic zeigt einen Schnitt längs der Lime Ic-Ic der F 1 g. la und ib. Das mit den Stützen 8 der Hochspannungsseiie 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 gebildet. Die Knotenelemenie 9 der Stützen 8a der Niederspannungsseite sind in jeder Etage 1, 2 und 3 über Verbindungsschienen 21 aus isolierendem Material miteinander verbunden. Auf der Verbindungsstelle 21 jeder Etage sind Ansteuer- und Beschallungsbaugruppen 22 befestigt. Fur jeden Thyristor des Thyristorstapels 4 isi jeweils eine Ansteuer- und Beschallungsbaugruppe 22 vorgesehen. In der Figur ist schematisch angedeutet, daß jede Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppe 22 mit einem Thyristor der Thyristorsaule 4 über eine Leitung 23 verbunden ist. Die Ansteuer- und Beschaltungsbau gruppen 22 enthalten im allgemeinen einen Impulsverstärker und einen Impulsübertrager zur Übertragung des Zündimpulses für den zugehörigen Thyristor und die fur die Beschallung des zugehörigen Thyristors erforderliche Widerstände und Kondensatoren. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß in der F 1 g. Ic die Bohrungen 24 zu erkennen sind, die zur Verschraubung jedes Knotenelements 9 mit einem Stützelement 10 die-
neu.
An Hand der Fig. la bis Ic wird im folgenden die elektrische Verbindung der Th>ristorstapel 4 des in den Figuren gezeigten Stromrichters kurz erläutert. Dieser Stromrichter kann beispielsweise der Bruckcn/weig einer Drehstrombrücke sein. Der Fig. Ie ist die Verdrahtung einer Etage zu entnehmen, jeweils eine Sperrdrossel 15 einer der Stützen 8a der Niederspannungsseite isi über eine Leitung 16 mit dem Th\ ristorstapel 4 verbunden. Die F 1 g. Ib zeigt, daß beide Sperrdrosseln 15 jedes Knotenelements 9 der Niederspannungsseite 8.1 über dieses Knotenelement 9 elektrisch leitend \erblinden sind. In jeder Etage 1. 2 und 3 sind daher dem Thyrisiorstapel 4 jeweils zwei Sperrdrosseln 15 \or- und nachgeschaltet. Die Etagen 1. 2 und 3 sind über die Stromschienen 17 elektrisch leitend miteinander verbunden, die wie die F i g. Ib zeigt zwischen den Sperrdrosseln 15 aufeinanderfolgender Etagen an-
geordnet ist. Eine solche Stromschiene 17 führt auch von der Siehcrungsetage 11 /ti der let/ten Sperrdrossel der vorhergehenden Etage 3. Über die Leitungen 13 und 20 liegt die Gesamtanordnung an Spannung.
Die Schaltung zweier aufeinanderfolgender Etagen zeigt in einem Übcrsichtsschaltbild die Γ i g. 2. Die über ein Knotenclemcnt 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 Etagen verbunden. Bei dieser Schaltung liegen daher die Thyristorstapel 4 aller Etagen in Reihe. Selbstverständlich kann an Stelle dieser Reihenschaltung auch ene Parallelschaltung der Thyristorstapel der einzelnen Etagen vorgenommen werden oder es kann der ThyristorstapL-l jeder Etage beispielsweise der Brückenzweig einer Stromrichterbrücke sein. Der Aufbau der einzelnen Etagen braucht für diese Schaltungsvarianten nicht verändert zu werden.
In der F i g. 2 sind außerdem noch Widerstände 25 und Kondensatoren 26 gezeigt, die zur /fCL-ßcschaltung der Thyristoren der Thyristorstapcl 4 in den Ansteuer- und Beschallungsbaugruppen 22 des Stromrichters enthalten sind.
Zusammenfassend ist zu betonen, daß mit dem crfindungsgcmäßen Stromrichter ein Bausteinsystem erhalten ist. das einen einfachen Aufbau des Stromrichters gewährleistet. Zur Aufnahme der Thyristorsäulcn 4. der Anstcucr- und Bcschaltungsbaugruppen 22. der Slrom- bzw. Sammclschienen 17 und der erforderlichen Ferritkerne 15£> sowie der Sicherungen werden gleichartige Knotenelemente 9 verwendet, die sich nur durch Lage und Größe der Bohrungen unterscheiden, die zur Verschraubung mit den übrigen Bauelementen erforderlich sind. Die Knotenelcmentc übernehmen nicht nur die tragende Funktion der übereinander angeordneten Etaecn 1. 2 und 3, sondern ein Teil von ihnen dient auch gleichzeitig zur Stromführung und zur elektrisch leitenden Befestigung von Beschaltungselcmcnien. beispielsweise Sperrdrosscln 15. Dadurch kann ein sehr kompakter und preiswerter Aufbau erreicht werden, weil eine zusätzliche Isolierung entfällt. Außerdem wird, wie insbesondere in F i g. 2 gezeigt ist. eine gleichmäßige Aufteilung der Ferritkerne 15έ> und damit der Sperrdrosseln 15 über die gesamte Reihenschaltung der Thyristorsäulcn 4 erhalten. Hierzu können, falls erforderlich, auch noch in der Sicherungsctage 11 Sperrdrosscln 15 mit den Knoteneiementcn 9 der Stützen 8.) vcrschraubl sein.
Bei der Sicherungsetage 11 übernehmen die Knotcnelemente 9 ebenfalls die Stromführung der Sichcrungsanschlüsse. Dabei kann teilweise auf die Zwischenschaltung isolierender Stützer verzichtet werden.
Die Potentialtrennung der Etagen 1, 2 und 3 erfolgt über die Stützelement 10. In gleicher Weise erfolgt die Isolierung zum Erdpolential durch Stützclemcntc 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 F. Uigen veränderbar. Der Aufbau der einzelnen Etage braucht dazu nicht verändert zu werden.
Zur Vervollständigung ist in F i g. 3a und 3b ein Knotcnclement 9 dargestellt. Dabei zeigt die F i g. 3a eine Draufsicht auf die Höhlung des topfartigen Knotenelemems und die F i g. 3b einen Schnitt längs der Linie IHi)-III/) der F i g. 3a. Im Ausführungsbeispicl ist das Knotenelement quaderförmig mit vier ebenen .Seitenwänden 9.1 und einer planen Bodenplatte 9b. Selbstverständlich kann das Knotenelemcnt auch eine andere geometrische Form, beispielsweise eine Sechseckform besitzen, wenn dies aus konstruktiven Gründen nötig sein sollte.
Im Ausführungsbeispiel sind die Seitenwände 9,j innen abgeschrägt. Hierdurch wird eine leichtere Vcrgießbarkcit erreicht, wenn das Knotcnclemcnt 9 als Metallgußteil hergestellt wird. Außerdem kann man erreichen, daß alle Verschraubungen mit handelsüblichen, abgeschrägten Vierkantscheiben durchgeführt werden können, wenn man die Innenseiten der Schenkel 9.7 mit einer Neigung von ungefähr 8% versieht.
In den Seitenwänden 9.1 und in der Bodenplatte 9Λ können an beliebiger Stelle Bohrungen angebracht sein. Damit ist eine reichhaltige Variationsmöglichkeit bei der Konstruktion von Stromrichtern möglich, wobei wie die Fig. Ib zeigt, die Knotenelemcntc 9 in den Stützen 8 und 8.1 auch noch in unterschiedlicher Stellung angeordnet sein können. Hierbei ist noch zu betonen, daß durch die Form des Knotcnciemenis auch nach der Montage aller Etagen jede Schraubvcrbindung weiterhin zugänglich bleibt. Die Wartung und die Montage des erfindungsgemäßen Stromrichters wird damit wesentlich erleichtert.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfitukingsgcmäßcn Stromrichter ein Bausteinsystem gefundcn 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 Schwierigkeiter möglich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Stromrichter nut in Serie geschalteten Thyristoren, die zusammen mit Beschaltungselemenien in ein mehrere Stützen enthaltendes Gerüst eingebaut sind, das aus gleichartigen Elementen im Baukastensystem aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stütze (8, 8a) wenigstens ein Knotenelement (9) aufweist, das als Topf mit mehreren ebenen Seitenflächen ausgebildet ist und das mit Stützelementen (10) aus elektrisch isolierendem Material verschraubt ist und daß wenigstens ein Teil der Knotenelemente (9) aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist und zur Stromführung dient.
2. 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 no Stütze (8. 8a) für jede Etage (1, 2, 3) ein Knotenelement (9) besitzt und daß die Knotenelcmentc (9) jeder Stütze (8, 8a) über Stützelement (iO) aus elektrisch isolierendem Material miteinander verschraubt sind.
3. Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Knotenelemeni (9) im wesentlichen quaderförmig ist.
•!'Stromrichter nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Seitenwände (9a) des Knotenelements (9) gegen deren Außenflächen 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 Knotenelemente
(9) Metallgußteile sind.
6. Stromrichter nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Stromführung dienenden Knotenelemente (9) mit Beschaltungselementen (15) verschraubt ist.
7. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Stromführung dienenden Knotenelemente (9) mit Sicherungen (12) verbunden ist.
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