DE2611260A1 - Multiple semiconductor rectifier system - has at least two diodes for each phase with heat conducting contact surfaces on common cooling plate - Google Patents

Multiple semiconductor rectifier system - has at least two diodes for each phase with heat conducting contact surfaces on common cooling plate

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Abstract

The rectifier has a common cooling element for all diodes. The diodes (T1-T6) have strongly heat conducting, electrically insulating surfaces (11) and their terminals (12-14) are on the opposite side of the cooling contact surface (11). There are contact surfaces (11) of all diodes (T1-T6) which rest on a plane cooling surface (9) of the cooling element (7), and there are diode terminals which are connected to rigid, long conductors (17). These conductors serve as supports for components (5, 2) mounted in one or several parallel mounting planes (E1, E2).

Description

StromrichterbaueinheitConverter unit

Die Erfindung betrifft eine Stromrichterbaueinheit mit mindestens zwei Halbleiterventilen je Wechselstromphase und einem allen Halbleiterventilen gemeinsamen Kühlkörper.The invention relates to a converter module with at least two semiconductor valves per AC phase and one for all semiconductor valves common heat sink.

Eine derartige Stromrichterbaueinheit ist aus der DT-PS 1 514 463 nur für Gleichrichteranlagen mit gesteuerten Ventilen bekannt, bei denen je Phase mindestens zwei Ventile antiparallel geschaltet sind und bei denen jeweils immer nur die Ventile einer Durchlaßrichtung geöffnet sind. Bei üblichen Stromrichterbaueinheiten wird fiir jedes Halbleiterventil ein eigener Kühlkörper vorgesehen. Mehrere solcher Einheiten werden zusammen mit anderen Funktionselementen im Inneren eines Gehäuses, sei es eines Elektronikschranks oder eines Baugruppenträgers, weitgehend separat montiert. So müssen die Drehstromleitungen beispielsweise mit Stromwandlern versehen werden, eine Stromistwerterfassungsschaltung, Ansteuerbaugruppen mit Verstärkern und Beschaltungsbaugruppen sowie Stromschienen sind als weitere Funktionselemente in das Gehäuse einzubringen und schließlich muß ein Lüfter so angebracht werden, daß eine hinreichende Kühlung von thermisch hoch belasteten Bauelementen oder Baugruppen erreicht wird. Die elektronischen Bsugruppen sowie die Stromrichterbaueinheit müssen schließlich noch funktionsgerecht verdrahtet werden. Hinzu kommt noch, daß für die Stromrichterbaueinheit und die notwendigen Funktionselemente mechanische Trag- und Führungssysteme vorzusehen sind.Such a power converter module is from DT-PS 1 514 463 only known for rectifier systems with controlled valves in which each phase at least two valves are connected in antiparallel and always for each of them only the valves in one flow direction are open. With conventional power converter modules a separate heat sink is provided for each semiconductor valve. Several such Units are installed together with other functional elements inside a housing, be it an electronics cabinet or a subrack, largely separately assembled. For example, the three-phase lines must be equipped with current transformers , a current actual value detection circuit, control modules with amplifiers and wiring assemblies as well as busbars are additional functional elements to be brought into the housing and finally a fan must be attached in such a way that that sufficient cooling of thermally highly stressed components or assemblies is achieved. The electronic components as well as the converter component must finally still be wired functionally. On top of that, for them Power converter unit and the necessary functional elements mechanical support and Management systems are to be provided.

Es besteht die Aufgabe, eine Stromrichterbaueinheit der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie bei kompakter Bauweise und großer Fertigungs- und Montagefreundlichkeit alle funktionell zusammengehörigen Elemente vereint.The task is to create a converter module of the type mentioned at the beginning Kind of designed so that they are more compact Construction and large Ease of manufacture and assembly, all functionally related elements united.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halbleiterventile eine thermisch gut leitende, elektrisch isolierende Auflagefläche aufweisen und die elektrischen Anschlüsse der Halbleiterventile der Auflagefläche abgewandt sind, daß alle Halbleiterventile mit ihren Auflageflächen an einer ebenen Kühlfläche des Kühlkörpers anliegen, daß die Anschlüsse der Halbleiterventile mit starren, länglichen Leiterelementen verbunden sind und daß die Leiterelemente als Träger von in einer oder mehreren parallelen Montageebenen angeordncteri ciektrischen Funktionselementen dienen.The object is achieved according to the invention in that the semiconductor valves have a thermally highly conductive, electrically insulating support surface and the electrical connections of the semiconductor valves face away from the contact surface, that all semiconductor valves with their bearing surfaces on a flat cooling surface of the Heat sink rest that the connections of the semiconductor valves with rigid, elongated Conductor elements are connected and that the conductor elements as a carrier of in one or several parallel assembly levels arranged ciektrischen functional elements to serve.

Damit werden Halbleiterventile, Kühlkcrper sowie die für einen Stromrichter funktionanotwendigen Funktionselemnte zu einer selbsttragenden, stabilen Einheit mit hoher Packungsdichte vf-rbunden, mit der sich Stromrichter aller Art, beispielsweise auch gesteuerte Gleichrichter realisieren lassen. Durch die Anordnung der elektrischen Funktionselemente in einer oder mebreren Ebenen bleiben diese gut einsehbar und leicht zugänglich.This makes semiconductor valves, heat sinks and those for a power converter functionally necessary functional elements into a self-supporting, stable unit with high packing density vf-rbunden, with which converters of all kinds, for example also have controlled rectifiers implemented. By arranging the electrical Functional elements in one or more levels, these remain easily visible and easily accessible.

Dies trägt zu einer erhöhten Fertigungs-, Montage- und Wartungfreundlichkeit bei. Der Einsatz von Halbleiterventilen, deren Kühl- und Anschlußflächen einander diametral gegenüberliegen, ermöglicht eine klare räumliche Trennung von Kühlfunktion und elektrischer Leitungsfunktion. Durch eine lösbare, mechanisch stabile Verbindung der Anschlüsse der Halbleiterventile mit starren, länglichen, dem Kühlkörper abgewandten Leiterelementen wird durch diese letzteren eine Art "Gerüst" vorgegeben, an dem zugeordnete elektrische Funktionselemente befestigt werden können. Da dieses Gerüt aber gleichzeitig in die elektrische Leitungsführung integriert ist, können, woimmer in den verschiedenen Montageebenen nötig, unmittelbar elektrische Verbindungen zu den in den Montageebenen angeordneten Funktionselementen hergestellt werden. Die Leiterelemente haben somit eine Doppelfunktion, die einerseits in mechanischer Abstützung und andererseits in der Führung des elektrischen Heuptatromes besteht. Die zielgerichtete Nutzung dieser Doppçlfunktion trägt neben einer erheblich besseren Raumnutzung zu einer Erhöhung der Funktionssicherheit bei, da damit erhebliche Teile einer umständlichen, möglicherweise mit Fehlern behafteten Verdrahtung entfallen und die Gefahr undefinierter Leitungseinstreuungen vermieden wird.This contributes to an increased ease of manufacture, assembly and maintenance at. The use of semiconductor valves, their cooling and connecting surfaces to each other diametrically opposite, enables a clear spatial separation of the cooling function and electrical management function. With a detachable, mechanically stable connection the connections of the semiconductor valves with rigid, elongated ones facing away from the heat sink Conductor elements a kind of "framework" is given by the latter, on which associated electrical functional elements can be attached. Because this device but at the same time it is integrated into the electrical wiring, wherever electrical connections are necessary in the various assembly levels the functional elements arranged in the assembly levels are produced. the Conductor elements thus have a double function, on the one hand mechanical support and on the other hand consists in the conduct of the electrical Heuptatromes. The targeted use of this double function contributes to a considerably better one Use of space contributes to an increase in functional reliability, since it involves considerable parts There is no need for cumbersome, possibly faulty wiring and the risk of undefined line interference is avoided.

Mehrere vorgefertigte, werkseitig vollständig durchgeprüfte Stromrichterbaueinheiten können am Einsatzort mühelos, beispielsweise als modulare Einheiten zum Aufbau einer Stromversorgung für Gleichstrommotoren, durch wenige Steckverbindungen und Stromschienenanschliisse in ein größeres Gerät integriert werden.Several prefabricated converter modules that have been completely checked at the factory can easily be used on site, for example as modular units to build a Power supply for DC motors, through a few plug connections and busbar connections can be integrated into a larger device.

Es ist günstig, wenn die Montageebenen im wesentlichen senkrecht zu den Leiterelementen verlaufen. Dies gewährleistet einen einfachen und doch robusten Aufbau.It is advantageous if the assembly planes are essentially perpendicular to run the ladder elements. This ensures a simple yet robust Construction.

In einer vorteilhaften Ausfahrungsform sind die in einer der Montageebenen liegenden elektrischen Funktionselemente auf einer Leiterplatte untergebracht, die von den Leiterelementen durchstoßen wird. Dabei kann an den Durchstoßungsstellen ein mechanisch belastbarer und elektrischer Kontakt zwischen Leiterpiatte und Leiterelement hergestellt sein. Solche Funktionselemente können beispielsweise für einen gesteuerten Stromrichter Beschaltungabaugruppen zum Schutz der IIalbleiterventile gegen überströmte und Überspannungen und Ansteuerbaugruppen zur Übertragung der Steuerimpulse auf die Halbleiterventile sein. Eine mit solchen Funktionselementen versehene Leiterplatte kann vorgefertigt und voll geprüft werden, ehe sie in die Stromrichterbaueinheit eingebracht wird. Um eine handliche und gegen mechanische Beschädigungen weitgehend sichere Bauform zu erreichen, wird man die Leiterplatte in ihren Abmessungen auf die Abmessungen des Kühlkörper2 abstimmen, so daß sie den Kühlkörper seitlich nicht wesentlich überragt. Durch die Herstellung des Kontaktes zwischen Leiterplatte und Leiterelement wird die Leiterplatte mechanisch zuverlässig gehaltert, wobei gleichzeitig die auf der Leiterplatte untergebrachten elektrischen Funktionselemente über die Leiterelemente mit den Anschlüssen der Halbleiterventile kontaktsicher verbunden sind. Die Verbindung zwischen Leiterplatte und leiterelement kann derart erfolgen, daß die Leiterplatte an der Durchstoßungsstelle eine ringförmige Leiterbahn aufweist. Bei dem nach der Bestückung der Leiterplatte ohnehin erforderlichen Schwallvorgang kann dann das Leiterelement an dieser Stelle sofort mit eingelötet werden.In an advantageous embodiment, they are in one of the assembly levels lying electrical functional elements housed on a circuit board, the is pierced by the conductor elements. This can be done at the penetration points a mechanically resilient and electrical contact between printed circuit board and conductor element be made. Such functional elements can, for example, be used for a controlled Converter wiring assemblies to protect the semiconductor valves against overflow and overvoltages and control modules for the transmission of the control pulses be the semiconductor valves. A printed circuit board provided with such functional elements can be prefabricated and fully tested before being installed in the converter module is introduced. To a handy and largely against mechanical damage To achieve a safe design, the printed circuit board is based on its dimensions Match the dimensions of the heatsink2 so that they do not touch the heatsink laterally significantly towers above. By making the contact between the circuit board and Conductor element, the circuit board is held mechanically reliable, while at the same time the electrical functional elements accommodated on the circuit board above the conductor elements are connected to the terminals of the semiconductor valves in a secure manner are. The connection between the printed circuit board and the conductor element can be made that the circuit board has an annular conductor path at the piercing point. During the surge process that is required anyway after the circuit board has been fitted the conductor element can then be soldered in at this point immediately.

Es tst vorteilhaft, wenn als Funktionselemente in einer der Montageebenen die Leiterelemente funktionsgerecht verbindende Stromschienen sowie Stromwandler angeordnet sind. In dieser Ebene erfolgt somit in übersichtlicher Form und gut zugänglich die funktionsgerechte elektrische Verbindung der Malbleiterventilanschlüsse sowie die Stromerfassung. In dieser Ebene erfolgt die elektrische Einspeisung sowie die Entnahme der durch die Wirkung des Stromrichters modifizierten Ströme.It is advantageous if the functional elements are in one of the assembly levels the conductor elements functionally connecting busbars and current transformers are arranged. This level is therefore clearly arranged and easily accessible the functional electrical connection of the malfunctioning valve connections as well as the current measurement. The electrical feed and the Removal of the currents modified by the action of the converter.

Die Leiterelemente können als Metallhülsen ausgebildet sein, die durch Verschraubung auf die elektrischen Anschlüsse der Halbleiterventile angepreßt sind. Die mit einer oder mehreren Leiterplatten fest verbundenen Metallhülsen, können mit geringem mechanischen Aufwand durch Schrauben, die durch die einzelnen Metallhülsen hindurchgesteckt werden, auf die Anschlüsse der Halbleiterventile aufgepreßt werden, wenn diese Anschlüsse ein Innengewinde aufweisen. Durch diese Schrauben können die am kühlkörperfernen Ende der MetallhUlsen in einer Ebene angeordreten Stromschienen gleichzeitig mit den Metallhülsen leicht demontierbar verbunden werden.The conductor elements can be designed as metal sleeves that pass through Screw connection are pressed onto the electrical connections of the semiconductor valves. The metal sleeves firmly connected to one or more printed circuit boards can with little mechanical effort by screws through the individual metal sleeves are pushed through, are pressed onto the connections of the semiconductor valves, if these connections have an internal thread. These screws allow the busbars arranged in one plane at the end of the metal sleeves remote from the heat sink at the same time can be easily dismantled connected to the metal sleeves.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind als Halbleiterventile Bauelemente eingesetzt, die jeweils zwei in Serie geschaltete Halbleiterventile umfassen, wobei die beiden dem Eingang und dem Ausgang der Serienschaltung zugeordneten Anschlüsse sowie ein dritter, dem Verbindungsleiter zwischen den Halbleiterventilen zugeordneter Anschluß auf dem Bauelement in einer Reihe angecrdnet sind. Diese Bauelemente können mit geringem Montageaufwand auf dem Kühlkörper befestigt werden und verringern wegen der Maßhaltigkeit ihrer Anschlüsse Toleranzprobleme bei der Befestigung mehrerer in einer Leiterplatte befestigter Leiterelemente.In an advantageous embodiment, the semiconductor valves Components used, each two series-connected semiconductor valves include, the two associated with the input and the output of the series circuit Connections as well as a third, the connecting conductor between the semiconductor valves associated terminal are angecrdnet on the component in a row. These components can be attached to the heat sink with little installation effort and reduce because the dimensional accuracy of your connections tolerance problems in the Fastening of several conductor elements fastened in a printed circuit board.

Bei einer Stromrichterbaueinheit für ein Drehstromsystem jst es günstig, wenn drei derartige Bauelemente parallel zueinander angeordnet sind. Dies ergibt einen einfachen Aufbau und einen übersichtlichen, geradlinigen Stromachienenverlauf.In the case of a converter module for a three-phase system, it is advantageous to when three such components are arranged parallel to one another. This gives a simple structure and a clear, straight streamline course.

In einer vorteilhaften Auegeatltuneform dient als Kühlfläche eine Außenfläche eines Kühlkörpers, dessen vun der Außenfläche abgewandte Kühlfahnen durch Luftleitwände unter Bildung eines rechteckigen Strömungskanals abgedeckt sind, wobei die Rühlfahnen durch einen stirnseitig angebrachten hxiallufter zwangabelUftet sind. Die kompakte Lüfter-Kühlkörpereinheit sorgt ftir eine wirksame Kühlung der thermisch hochbelasteten Halbleiterventile und stellt in Form einer gut zugänglichen, ebenen Außenfläche eine günstige Befestigungsebene für die IIalbleiterventile dar.In an advantageous Auegeatltuneform a serves as a cooling surface Outer surface of a heat sink, whose cooling tabs facing away from the outer surface are covered by air baffles to form a rectangular flow channel, whereby the Rühlfahnen forcedly ventilated by an axial fan attached to the front are. The compact fan / heat sink unit ensures effective cooling of the thermally highly stressed semiconductor valves and represents in the form of an easily accessible, The flat outer surface is a convenient mounting level for the semiconductor valves.

Die Stromrichterbaueinheit eignet sich je nach Einsatzzweck sowohl für die Bestückung mit gesteuerten wie auch ungesteuerten Halbleiterventilen. So können als Halbleiterventile auch Thyristoren eingesetzt sein. In diesem Fall kann die Leiterplatte als Funktionselemente Impulsübertrager, Trägerstaueffekt-Beschaltung und Bauelemente für die Stromistwerterfassung sowie Kontakteinheiten für den Anschluß äußerer Verbindungsleiter aufweisen.The converter module is suitable for both for equipping with controlled as well as uncontrolled semiconductor valves. So Thyristors can also be used as semiconductor valves. In this case it can the circuit board as functional elements pulse transmitter, carrier jam effect circuitry and components for current actual value acquisition as well as contact units for connection have outer connecting conductor.

Speziell bei dem höheren Beschaltungsaufwand für gesteuerte Halbleiterventile kommt der äußerst raumökonomische Aufbau der Stromrichterbaueinheit zur Geltung. Durch die Integration aller funktionswichtigen Elemente, durch die räumliche Anordnung dieser Elemente und durch die Kombination mechanischer und elektrischer Verbindungen in Form der Leiterelemente konnte in Bezug auf konventionelle, d.h. aus getrennten Funktionseinheiten bestehenden, leistungsgleiche Stromrichterbaueinheiten das Bauvolumen um 90% und das Gewicht um 80% reduziert werden.Especially with the higher wiring costs for controlled semiconductor valves the extremely space-saving design of the converter module comes into its own. Through the integration of all functionally important elements, through the spatial arrangement these elements and through the combination of mechanical and electrical connections in the form of the ladder elements could be compared to conventional, i.e. from separate Functional units existing, power converter units of the same power the construction volume can be reduced by 90% and the weight by 80%.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfahrungsbeispiels in den Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 das Blockschaltbild einer Thyristorbaueinheit, Fig. 2 den räumlichen Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Stromrichterbaueinheit in pers#ektivischer Darstellung und Fig. 3 einen Schnitt durch die Stromrichterbaueinheit entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 2.In the following the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail in FIGS. It shows: Fig. 1 the block diagram a thyristor unit, Fig. 2 shows the spatial structure of a designed according to the invention Power converter module in a personal representation and FIG. 3 a section through the converter module along the section line III-III in FIG. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt schematisch den Aufbau einer Stromrichterbaueinheit mit den zugehörigen elektrischen Funktionselementen. gm Zentrum des Schaltbildes ist mit dem Bezugszeichen 1 die Halbleiterventileinheit des Stromrichter2 bezeichnet. Sie umfaßt sechs Thyristoren T1 bis T6 in einer sechspoligen Drehstrom-Brückenschaltung. Die Sinspeisung der Drehspannung erfolgt am Eingang E über Stromwandler 2. Die Ausgangsklemmen der Stromrichterbaueinheit sind mit Al, A2 bezeichnet.The block diagram shown in Fig. 1 shows the structure schematically a converter module with the associated electrical functional elements. In the center of the circuit diagram, the reference number 1 is the semiconductor valve unit of the converter2. It comprises six thyristors T1 to T6 in a six-pole Three-phase bridge circuit. The three-phase voltage is fed in at the input E via current transformer 2. The output terminals of the converter unit are marked with Al, A2.

Die Stromrichterbaueinheit umfaßt ferner Impulsöbertrager 3, gegebenenfalls mit nachgeschalteten Impulaverstärkern zur Einkoplung der Steuerimpulse auf die Zündelektroden der Thyristoren T1 bis T6, die Trägerstaueffekt-Beschaltung 4, eine Stromiatwerterfassungsachaltung 5 als elektrische Funktionselemente sowie einen Lüfter 6 zur Kühlung der thermisch hochbelasteten Thyristoren T1 bis T6.The converter module also includes pulse transducers 3, if necessary with downstream pulse amplifiers for coupling the control pulses to the Ignition electrodes of the thyristors T1 to T6, the carrier jam effect circuit 4, a Stromiatwerterfassungsachaltung 5 as electrical functional elements and a Fan 6 for cooling the thermally highly stressed thyristors T1 to T6.

Wie eingangs bereits erwähnt, wurde bislang die Halbleiterventileinheit sowie die zugeordneten elektrischen Funktionselemente getrennt aufgebaut und angeordnet.As already mentioned at the beginning, the semiconductor valve unit has hitherto been used and the associated electrical functional elements constructed and arranged separately.

Dieser Weg wird in der vorliegenden Erfindung zugunsten eines integrierten Aufbaus verlassen. Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Stromrichterbaueinheit. Mit 7 ist ein durch Luftleitwände zur Quaderform ergänzter Kühlkörper bezeichnet, dessen eine Stirnfläche mit einem Axiallüfter 6 versehen und dessen gegenüberliegende Stirnfläche offen ist. Die kanalähnliche Gestaltung des Kühlkörpers 7 führt zu einer einwandfreien und gleichmäßigen Xülllgasströmung an den im Kanalinneren befindlichen Kuhlfahnen 8.This approach is used in the present invention in favor of an integrated one Leave construction. Fig. 2 shows a perspective view of an inventive Embodiment of the converter module. With 7 is a through air baffles to Cuboid shape of supplemented heat sink denotes, one end face of which with an axial fan 6 and its opposite end face is open. The channel-like design of the heat sink 7 leads to a perfect and uniform flow of filler gas at the cooling vanes 8 located in the interior of the duct.

Der Innenaufbau des Kühlkörpers 7 ist aus Fig. 3 ersichtlich.The internal structure of the heat sink 7 can be seen from FIG. 3.

Fig. 3 stellt einen Schnitt entlang der Schnittlinie 111-111 in Fig. 2 dar. Die ins Innere des quaderförmigen Kühlkörperz 7 gewandten Kühlfahnen 8 geben die an der Kühlfläche 9 von den zu kühlenden IIalbleiterventilen T1 bis T6 Ubernommene Wärme an den laminaren Kühlluftstrom ab.Fig. 3 shows a section along the section line 111-111 in Fig. 2. The cooling lugs 8 facing into the interior of the cuboid cooling element 7 are shown that taken over on the cooling surface 9 by the semiconductor valves T1 to T6 to be cooled Heat from the laminar cooling air flow.

Die Stromrichterbaueinheit wird im Einsatzf31l gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Lage um 900 verdreht, also säulentartig stehend montiert. Der Axialltifter 6 liegt über der Eintrittsöffnung des Kühlkörpers 7 und unterstftzt durch Sosirkung die Konvektionsatrömung des Kühlgases.The converter module is used in comparison to the one shown in Fig. 2 rotated by 900, i.e. mounted in a standing columnar manner. The Axialltifter 6 is above the inlet opening of the heat sink 7 and supported by Sosirkung the convection flow of the cooling gas.

Anstelle einzelner Halbleiterventile T1 bis T6 sind untereinander baugleiche Bauelemente 10 eingesetzt, die jeweils zwei in Serie geschaltete Halbleiterventile in einem länglichen Gehäuse vereinen. Diese Bauelemente sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt.Instead of individual semiconductor valves T1 to T6 are one below the other identical components 10 are used, each of which has two series-connected semiconductor valves unite in an elongated housing. These components are shown in FIGS shown.

Die Wärmeabfuhr von den Halbleiterventilen dieser Bauelemente 10 erfolgt elektrisch isoliert über thermisch gut leitende Oxidkeramik an die metallische Auflagefläche 11 der Bauelemente 10. Die elektrischen Anschlüsse dieser Bauelemente 10 liegen der Auflagefläche 11 gegenüber und sind in einer Reihe hintereinander angeordnet. Dabei sind die dem Eingang und die dem Ausgang der Serienschaltung zugeordneten Anschlüsse 12, 13 benachbart. An sie schließt sich als dritter, der dem Verbindungsleiter zwischen den Halbleiterventilen zugeordnete Anschluß 14 an. Die Anschlüsse 12, 13 und 14 weisen jeweils ein Innengewinde auf. Die Schaltung der Thyristoren, beispielsweise T1 und 22, und die Kontaktzuordnung in einem solchen Bauelement 10, ist in Fig. 3 dargestellt.The heat dissipation from the semiconductor valves of these components 10 takes place electrically insulated from the metal contact surface by means of thermally highly conductive oxide ceramics 11 of the components 10. The electrical connections of these components 10 are located the support surface 11 opposite and are arranged in a row one behind the other. They are assigned to the input and the output of the series circuit Connections 12, 13 adjacent. They are followed by the third person, the connection manager Terminal 14 assigned between the semiconductor valves. The connections 12, 13 and 14 each have an internal thread. The circuit of the thyristors, for example T1 and 22, and the contact assignment in such a component 10, is shown in Fig. 3 shown.

Endseitig weisen die Bauelemente 10 jeweils eine Ausnehmung 15 auf, in der eine durch die Auflagefläche hindurchgehende Befestigungsbohrung 16 mündet. Derartige Bauelemente 10 sind beispielsweise aus dem DT-Gbm 75 12 573 bekannt.At the end, the components 10 each have a recess 15, in which a fastening bore 16 extending through the support surface opens. Such components 10 are known from DT-Gbm 75 12 573, for example.

Zur Realisierung der im Blockschaltbild der Fig. 1 aufgezeigten Drehstrombrückenschaltung mit den sechs Thyristoren T1 bis T6 sind drei solche Bauelemente 10 parallel zueinander auf der Kühlfläche 9 des Kühlkörpers 7 angeordnet und durch Schrauben 25 an diese Kühlfläche 9 angepreßt. FEr jede der drei Drehstromphasen ist dabei ein derartiges Bauelement 10 vorgesehen, so daß beispielsweise die Thyristoren T1 und T2 ebenso wie die Thyristoren T3 und T4 oder die Thyristoren T5 und T6 in jeweils einem Bauelement 10 enthalten sind.To implement the three-phase bridge circuit shown in the block diagram of FIG with the six thyristors T1 to T6, three such components 10 are parallel to one another arranged on the cooling surface 9 of the heat sink 7 and by screws 25 to this Cooling surface 9 pressed on. There is one for each of the three three-phase phases Component 10 is provided so that, for example, the thyristors T1 and T2 as well like the thyristors T3 and T4 or the thyristors T5 and T6 in one component each 10 are included.

An die Anschlüsse 12, 13 und 14 der Bauelemente 10 werden langgestreckte Leiterelemente in Form von MetallhUlsen 17 angepreßt, indem durch die Metallhülsen je eine Schraube 23 von oben her hindurchgeführt und mit dem Innengewinde der Anschlüsse 12, 13 und 14 verschraubt ist. Die Metallhülsen 17 sind in einer Leiterplatte 18 befestigt, die senkrecht zur Achse der Metallhülsen 17 angeordnet ist und die über die durch die Kombination von Kühlkörper 7 und Axiallüfter 6 vorgegebenen Grundrißabmessungen nicht hinausragt. Auf der Leiterplatte 18 sind als Funktionselemente beispielhaft Impulsübertrager, Trägerstaueffekt-Beschaltung und eine Stromistwerterfassungsschsltung 5 untergebracht. Diese Schaltungen sind nur in Fig. 2 in Form einiger weniger elektronischer Bauelemente 19 angedeutet. Die auf der Leiterplatte 18 durch das gestrichelte Rechteck umachlossenen Bauelemente 19 stellen als Beispiel die Schaltung 5 zur Stromistwerterfassung dar. Ferner weist die Leiterplatte 18 eine Kontakteinheit 20 zum Anschluß peripherer Einheiten, beispielsweise des Steuersatzes auf. Allerdings kann - abweichend vom AusfUhrungsbeispiel - der Steuersatz auch in einer weiteren Montageebene angeordnet und auf einer Leiterplatte untergebracht sein. Diese Leiterplatte kann ebenfalls von Metallhülsen getragen und über diese funktionsgerecht mit den Steueranschltissen der Thyristoren verbunden sein. Die mit den Anschlüssen 12, 13, 14 der in den Bauelementen 10 untergebrachten Halbleiterventile T1, T2, T3, T4, T5, T6 in Kontakt stehenden Metallhlllaen 17 dienen nicht nur als Träger ftir die Leiterplatte 18, sondern gleichzeitig als verlängerte Anschlüsse der Halbleiterventile T1 bis T6, von denen in der Ebene der Leiterplatte 18 - soweit für die auf der Leiterplatte 18 untergebrachten Funktionselemente nötig - Strom- oder Spannungswerte abgegriffen werden.At the connections 12, 13 and 14 of the components 10 are elongated Conductor elements in the form of metal sleeves 17 pressed by through the metal sleeves one screw 23 each passed through from above and with the internal thread of the connections 12, 13 and 14 is screwed. The metal sleeves 17 are in a circuit board 18 attached, which is arranged perpendicular to the axis of the metal sleeves 17 and the over the plan dimensions given by the combination of heat sink 7 and axial fan 6 does not protrude. On the circuit board 18 are exemplary functional elements Pulse transmitter, carrier jam effect circuit and a current actual value recording circuit 5 housed. These circuits are only in Fig. 2 in the form of a few electronic ones Components 19 indicated. The one on the circuit board 18 by the dashed rectangle Enclosed components 19 represent the circuit 5 for current actual value acquisition as an example The printed circuit board 18 also has a contact unit 20 for connecting peripheral devices Units, for example the tax rate. However, different from Exemplary embodiment - the tax rate is also arranged in a further assembly level and housed on a printed circuit board. This circuit board can also carried by metal sleeves and functionally connected to the control connections via these the thyristors must be connected. The ones with the connections 12, 13, 14 in the components 10 housed semiconductor valves T1, T2, T3, T4, T5, T6 in contact Metal shells 17 serve not only as a carrier for the printed circuit board 18, but at the same time as extended connections of the semiconductor valves T1 to T6, from those in the plane of the circuit board 18 - as far as those on the circuit board 18 housed functional elements required - current or voltage values tapped will.

Die Befestigung der Leiterplatte 18 an den Metallhülsen 17 ist daher gleichzeitig als Kontakt ausgebildet. Zu diesem Zweck weist die Leiterplatte 18 an den Durchstoßungsstellen 24 der Metallhülsen 17 jeweils ringförmige Leiterbahnen auf, die die Metallhülsen 17 umschließen. Im Fertigungsprozeß für die Leiterplatte 18 werden nach der BestUckung die elektronischen Bauelemente im Schwallbad mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 18 verlötet.The attachment of the circuit board 18 to the metal sleeves 17 is therefore at the same time designed as a contact. For this purpose, the printed circuit board 18 at the penetration points 24 of the metal sleeves 17, each ring-shaped conductor tracks which enclose the metal sleeves 17. In the manufacturing process for the printed circuit board 18, the electronic components in the surge bath with the Conductor tracks of the circuit board 18 are soldered.

Dabei werden gleichzeitig auch die in die Leiterplatte 18 eingesetzten Metallhülsen 17 mit den ringfcrmigen Leiterbahnen elektrisch und mechanisch zuverlässig verbunden. Die Leiterplatte 18 stellt somit eine erste Montageebene El dar.At the same time, those used in the circuit board 18 are also used Metal sleeves 17 with the annular conductor tracks electrically and mechanically reliable tied together. The circuit board 18 thus represents a first mounting level El.

Über dieser ersten Montageebene El sind in einer weiteren Montageebene E2 Stromschienen 21 und 22 sowie Stromwandler 2 angeordnet.About this first assembly level El are in a further assembly level E2 busbars 21 and 22 and current transformer 2 are arranged.

Die Stromschiene 21 verbindet die Anoden der Thyristoren T1, T3 und T5, die Stromschiene 22 die Kathoden der Thyristoren T2, T4 und T6. Die Metallhülsen 17 dienen in diesem Fall einerseits als Träger und Abstandshalter, andererseits selbst als stromführende Elemente. Die Befestigung der Stromschienen 21 und 22 an den Metallhülsen 17 erfolgt durch die Schraube 23, die die Metallhülsen 17 selbst mit den nnschlüssen 12, 13, 14 der Bauelemente 10 verbinden. Die Stromschienen 21 und 22 weisen endseitig Anschlußbohrungen Al und A2 als Ausgang der Stromrichterbaueinheit auf, an die die Last angeschlossen werden kann.The bus bar 21 connects the anodes of the thyristors T1, T3 and T5, the busbar 22, the cathodes of the thyristors T2, T4 and T6. The metal sleeves 17 serve in this case on the one hand as a carrier and spacer, on the other hand even as live elements. The attachment of the busbars 21 and 22 to the metal sleeves 17 are made by the screw 23, which the metal sleeves 17 itself connect to the terminals 12, 13, 14 of the components 10. The busbars 21 and 22 have connection bores A1 and A2 at the end as the output of the converter module to which the load can be connected.

Die in Fig. 2 hinten liegenden Metallhülaen 17, die einerseits den Drehstromanschluß E, andererseits dem Verbindungsleiter je zweier seriengeschalteter Thyristoren, beispielsweise T1 und T2 zugeordnet sind, dienen als Tragelemente für einen Durchsteckstromwandler 2, der gegenüber der Stromsohienenebene E2 leicht erhöht angeordnet ist.The rear in Fig. 2 metal sleeves 17, which on the one hand the Three-phase connection E, on the other hand the connecting conductor of two series-connected Thyristors, for example T1 and T2 are assigned, serve as support elements for a through-hole current transformer 2, which is slightly increased compared to the busbar level E2 is arranged.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß durch die Erfindung eine kompakte Stromrichterbaueinheit zur Verfügung steht, die selbsttragend alle wesentlichen elektrischen und mechanischen Funktionselemente vereinigt. Eine derartige Stromrichterbaueinheit kann komplett vorgefertigt werden und am Einsatzort mit geringem Aufwand zum Aufbau von kompletten Stromrichtern, beispielsweise Stromversorgungseinheiten für elektrische Antriebe, eingesetzt werden. Die Stromrichterbaueinheit bleibt bei aller Kompaktheit montage- und wartungsfreundlich. Als Folge des kompakten Aufbaus wird gegenüber konventionellen getrennten Aufbauten die elektrische Verdrahtung verkürzt, wesentlich vereinfacht und wesentlich weniger störungsanfällig. Durch die räumliche Anordnung und den selbsttragenden Aufbau können Gewicht und Volumen einer derartigen Stromrichterbaueinheit gegenüber konventionellen Anordnungen um 80- bis 90% reduziert werden.In summary, it can be stated that the invention a compact power converter module is available that self-supporting all essential electrical and mechanical functional elements are combined. One Such a converter module can be completely prefabricated and on site with little effort for the construction of complete power converters, for example power supply units for electric drives. The converter module remains all compactness easy to assemble and maintain. As a result of the compact design the electrical wiring is compared to conventional separate structures shortened, much simplified and much less prone to failure. By the spatial arrangement and the self-supporting structure can be weight and volume such a converter module compared to conventional arrangements 80 to 90% can be reduced.

11 Patentansprüche 3 Figuren L e e r s e i t e11 claims 3 figures L e r s e i t e

Claims (11)

Patentans riiche tromrichterbaueinheit mit mindestens zwei Halbleiterventilen je je Wechselstromphase und einem allen Halbleiterventilen gemeinsamen Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterventile (Ti, T2, T3, T4, T5, T6) eine thermisch gut leitende, elektrisch isolierende Auflagefläche (11) aufweisen und die elektrischen Ansohltisse (12, 13, 14) der Halbleiter-Ventile (T1, 2, T3, T4, T5, T6) der Auflagefläche (11) abgewandt sind, daß alle Halbleiterventile (T1, T2, T3, T4, T5, 26) mit ihren Auflageflächen (11) an einer ebenen Kühlfläche (9) des Kühlkörpers (7) anliegen, daß die Anschlüsse (12, 13, 14) der Halbleiterventile (T1, 2, T3, 4, T5, '1'6) mit starren, länglichen Leiterelementen (17) verhunclen sind und daß die Leiterelemente (17) als Träger von in einer oder mehreren parallelen Montageebenen (E1, F.2) angeordneten elektrischen Funktionselementen (3, 4, 5; 2; 21, 22) dienen. Patent application for a converter module with at least two semiconductor valves each for each alternating current phase and a heat sink common to all semiconductor valves, characterized in that the semiconductor valves (Ti, T2, T3, T4, T5, T6) one have thermally highly conductive, electrically insulating bearing surface (11) and the electrical connections (12, 13, 14) of the semiconductor valves (T1, 2, T3, T4, T5, T6) facing away from the support surface (11) so that all semiconductor valves (T1, T2, T3, T4, T5, 26) with their bearing surfaces (11) on a flat cooling surface (9) of the The heat sink (7) is in contact with the connections (12, 13, 14) of the semiconductor valves Cover (T1, 2, T3, 4, T5, '1'6) with rigid, elongated conductor elements (17) are and that the conductor elements (17) as a carrier of in one or more parallel Electrical functional elements (3, 4, 5; 2; 21, 22) serve. 2. Stromrichterbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageebenen (E1, E2) im wesentlichen senkrecht zu den Leiterelementen (17) verlaufen. 2. converter module according to claim 1, characterized in that that the assembly planes (E1, E2) are essentially perpendicular to the conductor elements (17) run. 3. Stromrichterbaueinheit nach Anspruch 1 oder L, dadurch gekennzeichnet, daß in einer (E1) der Montageebenen (E1, E2) liegende elektrische Funktionselemente (3, 4, 5) auf einer Leiterplatte (18) untergebracht sind, die von den Leiterelementen (17) durchstoßen wird. 3. converter unit according to claim 1 or L, characterized in that that in one (E1) of the assembly levels (E1, E2) lying electrical functional elements (3, 4, 5) are housed on a printed circuit board (18), which is from the conductor elements (17) is pierced. 4. Stromrichterbaueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Durchstoßungsstellen (24) ein mechanisch belastbarer und elektrischer Kontakt zwischen Leiterplatte (18) und Leiterelement (17) hergestellt ist. 4. converter module according to claim 3, characterized in that that at the penetration points (24) a mechanically resilient and electrical Contact between circuit board (18) and conductor element (17) is made. 5. Stromrichterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer (E2) der Montageebenen (E1, E2) ala Funktionselemente die Leiterelemente (17) funktionsgerecht verbindende Stromschienen (21, 22) sowie Stromwandler (2) angeordnet sind. 5. converter module according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that in one (E2) of the assembly levels (E1, E2) ala functional elements the conductor elements (17) functionally connecting busbars (21, 22) and Current transformers (2) are arranged. 6. Stromrichterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente (17) als Metallhülsen ausgebildet sind, die durch Verschraubung (23) auf die elektrischen Anschlüsse (12, 13, 14) der Halbleiterventile (T1, T2, 23, 4, T5, T6) angepreßt sind. 6. converter module according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the conductor elements (17) are designed as metal sleeves which by screwing (23) onto the electrical connections (12, 13, 14) of the semiconductor valves (T1, T2, 23, 4, T5, T6) are pressed. 7. Stromrichterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterventile (TI, 22, 13, T4, T5, T6) Bauelemente (10) eingesetzt sind, die jeweils zwei in Serie geschaltete Halbleiterventile (T1, 2; T3, T4; 25, 26) umfassen, wobei die beiden dem Eingang und dem Ausgang der Serienschaltung zugeordneten Anschlüsse (12, 13) sowie ein dritter, dem Verbindungsleiter zwischen den Haibleiterventilen (11, 2; 23, 4; 5, T6) zugeordneter Anschluß (14) auf dem Bauelement (10) in einer Reihe angeordnet sind.7. converter module according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that as semiconductor valves (TI, 22, 13, T4, T5, T6) components (10) are used, each of which has two series-connected semiconductor valves (T1, 2; T3, T4; 25, 26), the two being the input and the output of the series circuit associated connections (12, 13) and a third, the connecting conductor between the semiconductor valves (11, 2; 23, 4; 5, T6) associated connection (14) on the Component (10) are arranged in a row. 8. Stromrichterbaueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei Bauelemente (10) parallel zueinander angeordnet sind.8. converter module according to claim 7, characterized in that that three components (10) are arranged parallel to one another. 9. Stromrichterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlfläche (9) eine Außenfläche eines EWhlkörpers (7) dient, dessen von der Außenfläche abgewandte Ktihlfahnen (8) durch Luftleitwände unter Bildung eines rechteckigen Strömungskanals abgedeckt sind, wobei die Eühlfahnen (8) durch einen stirnseitig angebrachten Axiallüfter (6) zwangsbelüftet sind.9. converter module according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that an outer surface of a rotary body (7) serves as the cooling surface (9), its cooling flags (8) facing away from the outer surface by means of air baffles Forming a rectangular flow channel are covered, the Eühlfahnen (8) are forcibly ventilated by an axial fan (6) attached to the front. 10. Stromrichterbaueinheit nach einem der Anspräche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterventile (11, T2, 3, T4, 15, 26) Thyristoren eingesetzt sind.10. converter module according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that thyristors are used as semiconductor valves (11, T2, 3, T4, 15, 26) are. 11. Stromrichterbaueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (18) als Funktionselemente mindestens Impulsäbertrager (3), Trägerstaueffekt-Beschaltung (4) und Bauelemente für die Stromistwerterfassung sowie Kontakteinheiten (20) für den Anschluß äußerer Verbindungsleiter aufweist.11. converter module according to claim 10, characterized in that that the circuit board (18) as functional elements at least impulse carrier (3), Carrier jam effect circuitry (4) and components for current actual value acquisition as well Has contact units (20) for connecting external connecting conductors.
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