DE2739245C2

DE2739245C2 - Hochleistungsstromrichter

Info

Publication number: DE2739245C2
Application number: DE19772739245
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl.-Ing. Dr.Techn. 8520 Erlangen Bardahl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1979-08-16
Also published as: DE2739245B1; IN149447B; JPS5447486A

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochleistungsstromrichter mit zwei Stromschienen, die in Form und Fläche im wesentlichen gleichen Querschnitt besitzen und die mit einer Breitseite elektrisch isoliert etwa parallel zueinander liegen oder aneinander befestigt sind, wobei auf beiden an diese Breitseite angrenzenden Schmalseiten einer Stromschiene jeweils eine Reihe von Stromrichtervcntilen elektrisch leitend befestig! sind, aufeinanderfolgende Stromrichterventile jeder Reihe etwa gleichen Abstund zueinander besitzen und jedes Stromrichterventil mit einem Anschluß auf der benachbarten Schmalseite der zweiten Stromschiene elektrisch leitend verbunden ist und aufeinanderfolgende Anschlüsse etwa in gleichem Abstand wie die Stromrichterventile zueinander liegen.

Ein solcher Hochleistungsstromrichter ist beispielsweise aus dem Artikel »Hohe Parallelschaltzahlen in Silicium-Großgleichrichtern«, in Siemens Zeitschrift 42 (1968), Seite 544 bis 549, insbesondere Rg. 7, bekannt. Bei solchen Hochleistungsstromrichtern mit einer Vielzahl von parallelgeschalteten Stromrichterventilen muß eine möglichst gleichmäßige Belastung aller Stromricherventile gewährleistet sein, was mit einer gleichmäßigen Stromverteilung über die gesamte Länge der Stromschienen verbunden ist Aus dem genannten Artikel ist es bekannt, daß neben der Streuung der Durchlaßkennlinien der parallelgeschalteten Stromrichterventile die Stromverteilung von den Längs- und den Querinduktivitäten des Stromschienenpaares abhängt Dabei ist unter Längsinduktivität die Induktivität zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromrichterventilen zu verstehen, die Querinduktivität ist die Induktivität, die zwischen jedem Stromrichterventil und dem zugehörigen Anschluß auf der anderen Stromschiene vorhanden ist Der durch unterschiedliche Durchlaßkennlinien der parallelgeschalteten Stromrichterventile bedingten Inhomogenität der Stromverteilung muß durch ein entsprechendes Aussuchen von Stromrichterventilen mit gleichen Durchlaßkennlinieii begegnet werden. Zur Abhängigkeit der Stromverteilung von den Längs- und Querinduktivitäten ist dem genannten Artikel zu entnehmen, daß der Einfluß der Querinduktivitäten wesentlich geringer als der Einfluß der Längsinduktivitäten ist und daß man die Homogenität der Stromverteilung dadurch wesentlich verbessern kann, daß das Verhältnis von Längs- zu Querinduktivität möglichst klein ist, wobei vorausgesetzt wird, daß die Längsinduktivität zwischen zwei Stromrichterventilen einer durch die Anzahl der Zellen gegebenen mittleren Induktivität entspricht. Weiterhin weist der Artikel darauf hin, daß die Längsinduktivität vom Abstand der beiden Stromschienen zueinander abhängt und mit einem möglichst geringen Abstand zwischen beiden Stromschienen verringert werden kann. Messungen an einem serienmäßig hergestellten, eingangs beschriebenen Hochleistungsstromrichter zeigten jedoch, daß trotz Beachtung der vorstehend beschriebenen Erkenntnisse starke Abweichungen in der Stromverteilung längs der Stromschienen auftreten, die bis zu 15% vom Mittelwert betragen.

Es besteht die Aufgabe, einen Hochleistungsstromrichter der eingangs genannten Art in einfacher Weise so auszugestalten, daß die Homogenität der Stromverteilung längs der Stromschienen verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an den einander abgewandten Breitseiten jeder Stromschiene wenigstens ein sich im Bereich der Stromrichterventile über wenigstens einen Teil der Stromschienenlänge erstreckender Formkörper aus elektrisch leitendem Material elektrisch leitend befestigt ist und daß die Formkörper beider Stromschienen etwa mit gleicher Höhe von der zugehörigen Stromschiene abstehen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß einerseits für eine Vergleichmäßigung der Stromverteilung die Längsinduktivitäten die zwischen zwei Stromrichterventilcn auf der einen Stromschiene und den entsprechenden Anschlußpunkten auf der anderen Stromschiene auftreten, möglichst gleich sein müssen und daß sich diese beiden Längsinduktivitäten durch Umfangs- bzw. Querschnittsflächenvergrößerung der

Stromschienen mit Hilfe der Formkörper wesentlich verkleinern lassen. Hingegen zeigte es sich — in Abweichung zur Aussage der oben genannten Literaturstelle — daß sich der Abstand beider Stromschienen zueinander nicht so wesentlich auf die Stromverteilung auswirkt. Messungen ergaben, daß diirch Formkörper, die auf den Stromschienen des oben erwähnten serienmäßig hergestellten Hochleistungsstromrichters befestigt waren und mit denen eine Queischnittiflächenverdopplung erhalten wurde, sich die Abweichungen der Stromverteilung vom Mittelwert auf etwa 7% senken ließen.

Vorzugsweise sind für jede Stromschiene zwei Formkörper vorgesehen, von denen jeder mit einer seiner Seiten etwa bündig mit einer Schmalseite der zugehörigen Stromschiene ist Mit dieser Ausführungsform erhält man bei sonst gleichen Formkörpern eine maximale Vergrößerung des Umfangs bzw. der Querschnittsfläche.

Man erhält weitgehend gleiche Längsinduktivitäten auf beiden Stromschienen, wenn bei Stromrichterventilen die Formkörper Bänder mit etwa gleicher Breite und Dicke sind.

Die Formkörper können mit der zugehörigen Stromschiene ein Stück bilden. Damit ist eine serienmäßige Fertigung der Stromschienen beispielsweise als Strangpreßmaterial möglich.

Zur Vergrößerung der Querinduktivität und damit zur weiteren Verkleinerung des obengenannten Verhältnisses können in wenigstens einem Teil der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen Stromrichterventilen und zugehörigen Anschlüssen Luftdrosseln angeordnet sein.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Hochleistungsstromrichter beispielsweise anhand der Fig. la und Ib näher erläutert.

Die Fig. la zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäflen Hochleistungsstromrichters. In der Fig. Ib ist ein Schnitt längs der Linie \b-\bder Fig. la dargestellt.

Die Figuren zeigen Stromschienen 1 und 2, die mit ihren Breitseiten über eine elektrisch isolierende Schicht

3 aneinander befestigt sind. Damit wird ein relativ kleiner Abstand zwischen den Stromschienen 1 und 2 erhalten. Selbstverständlich läßt sich ein solch kleiner Abstand auch einstellen, wenn die beiden Stromrichterventile nicht aneinander befestigt sind. Eine der Stromschienen ist stromzu-, die andere stromabführend.

Auf der Stromschiene 1 sind Stromrichterventile 4 elektrisch leitend befestigt; diese Stromrichterventile können gesteuert oder ungesteuert, beispielsweise Dioden oder Thyristoren sein. Jedes Stromrichterventil

4 ist über eine elektrisch leitende Verbindung 5 mit einem Anschluß 6 auf der benachbarten Schmalseite der Stromschiene 2 elektrisch leitend verbunden. In der perspektivischen Ansicht der Fig. la sind die Stromrichterventile 4, die elektrisch leitenden Verbindungen 5 und die Anschlüsse 6 nur angedeutet, um die Übersichtlichkeit zu wahren. Die Fig. Ib zeigt die im allgemeinen verwirklichte Ausführungsform, bei der die Anschlüsse 6 durch Sicherungen realisiert sind, weswegen im folgenden die Anschlüsse 6 auch mit Sicherungen 6' bezeichnet werden. Der Fig. Ib ist weiter zu entnehmen, daß Stromrichterventile 4 und Sicherungen 6 auf beiden Schmalseiten der Stromschienen 1 und 2 angeordnet sind.

Auf den voneinander abgewandten Breitseiten der Stromschienen 1 und 2 sind beim Ausführungsbeispiel je zwei Formkörper la und \b bzw. 2a und 26 befestigt. Die Formkörper la bis 2b bestehen aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer und sind mit den Stromschienen 1 und 2 elektrisch leitend verbunden, beispielsweise verschweißt. Beim Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, daß es sich bei den Stromrichterventilen 4 um ausgesuchte Stromrichterventüe mit in etwa gleicher Kennlinie handelt. Als Formkörper la bis 2b sind daher

ιυ bandförmige Materialstücke aufgebracht, die sich über die gesamte mit Stromrichterventilen 4 besetzte Lange der Stromschienen 1 und 2 erstrecken. Außerdem ist die Breite und die Dicke der Formkörper la und Ib etwa gleich, so daß die Formkörper beider Stromschienen etwa mit gleicher Höhe h von der zugehörigen Stromschiene abstehen. Außerdem fluchten im Ausführungsbeispiel die Außenflächen der Formkörper la bis 2b mit den entsprechenden Schmalseiten der Stromschienen 1 und 2, womit man, wie bereits erwähnt, bei vorgegebener Formkörpergestalt die beste Wirkung erzielt.

Die Fig. la zeigt, daß die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Stromrichterventilen 4 auf der Stromschiene 1 und die Abstände zwischen den Sicherungen 6' bzw. Anschlüssen 6 auf der Stromschiene 2 etwa gleich sind. In Fig. la wurden diese Abstände mit a bezeichnet. Da die Stromschienen 1 und 2 etwa gleiche Querschnittskonfiguration besitzen, können daher die Längsinduktivitäten L\ zwischen aufeinander-

jo folgenden Stromrichterventilen 4 und die Längsinduktivitäten Li zwischen aufeinanderfolgenden Sicherungen 6 etwa als gleich angenommen werden, vims wesentlich für eine gleichmäßige Stromverteilung ist. Durch die Formkörper la bis 2b wird nun der Umfang der

i") Stromschienen 1 und 2 bzw. die Querschnittsfläche, die durch die einander gegenüberliegenden Breitseiten la und 2a und die gestrichelten Linien 7 und 8 gegeben ist, vergrößert, wobei durch entsprechende Formgebung der Formkörper la und 2b immer erreicht werden kann,

w daß die Längsinduktivitäten L\ und Li zumindest dann gleich bleiben, wenn ausgesuchte Stromrichterventüe 4 verwendet werden. Durch diese Umfangsvergrößerung werden die Längsinduktivitäten L\ und Li wesentlich verkleinert, womit auch das oben erwähnte Verhältnis

η i von Längs- zu Querinduktivität möglichst klein gemacht wird. Es wurde bereits erwähnt, daß durch Formkörper entsprechend den Fig. la und Ib. mit denen die Querschnittsfläche etwa verdoppelt wurde, die Abweichungen der Stromverteilung von einem Mittelwert

">o etwa auf die Hälfte gesenkt werden konnten. Mit einer entsprechenden Vergrößerung der Formkörper la bis 2b läßt sich dieser Effekt noch wesentlich vergrößern.

Zu erwähnen ist noch, daß in den elektrisch leitenden Verbindungen 5 zur Vergrößerung der Querinduktivitäten L_q Luftdrosseln angeordnet sein können, womit das Verhältnis von Längs- zu Querinduktivität weiter verkleinert werden kann. Diese Luftdrosseln sind in die Verbindungsleitungen 5 im Ausführungsbeispiel nicht eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit zu wahren.

"i· Diese Maßnahme ist besonders geeignet, an bestimmten Stellen längs der Schiene, beispielsweise am Schienenanfang und Schienenende einzugreifen, um die sich dort erfahrungsgemäß einteilenden größeren Abweichungen der Stromverteilung vom Mitteile·; auszugleichen. Anzuführen ist noch, daß sich Fc; r^kurper entsprechend dem erfindungsgemäßen Hochlei^tiingsstromrichter bei beliebigen Querschnitten ■■: η S'-omschienen 1 und 2 einsetzen lai·. i-nd daß die geschilderten

Vorteile immer erhalten werden, wenn durch die Formung der Formkörper sichergestellt ist, daß die Querschnitlskonfiguration beider Slromschienen gleich bleibt und man sine wesentliche Umfangsvergrößerung erhält. Selbstverständlich lassen sirh die Stromschienen I und 2 zusammen mit den zugehörigen Formkörpern aucli aib o'nsti'ickiges Bauteil, beispielsweise im Sirangprcßverfahren, herstellen. Dan.α werden ein erhöhter Arbeitsaufwand und Kosten für das zusätzliche Material der Formkörper vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochleistungsstromrichter mit zwei Stromschienen, die in Form und Fläche im wesentlichen gleichen Querschnitt besitzet, und die mit einer Breitseite elektrisch isoliert etwa parallel zueinander liegen oder aneinander befestigt sind, wobei auf beiden an diese Breitseite angrenzenden Schmalseiten einer Stromschiene jeweils eine Reihe von Stromrichterventilen elektrisch leitend befestigt ist, aufeinanderfolgende Stromrichterventile jeder Reihe etwa gleichen Abstand zueinander besitzen und jedes Stromrichterventil mit einem Anschluß auf der benachbarten Schmalseite der zweiten Stromschiene elektrisch leitend verbunden ist und aufeinanderfolgende Anschlüsse etwa im gleichen Abstand wie die Stromrichterventile zueinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß an den einander abgewandten Breitseiten jeder Stromschiene (1, 2) wenigstens ein sich im Bereich der Stromrichterventile (4) über wenigstens einen Teil der Stromschienenlänge erstreckender Formkörper (la, Xb;2a,2b) aus elektrisch leitendem Material elektrisch leitend befestigt ist und daß die Formkörper (la, Xb;2a, 2b) beider Stromschienen (1, 2) an sich entsprechenden Stellen etwa mii gleicher Höhe von der zugehörigen Stromschiene abstehen.

2. Hochleistungsstromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Stromschiene (1, 2) zwei Formkörper (la, Xb; 2a, 2b) vorgesehen sind, von denen jeder mit einer Seite etwa bündig mii einer Schmalseite der zugehörigen Stromschiene ist.

3. Hochleistungsstromrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei Stromrichterventilen mit etwa gleicher Kennlinie die Formkörper (la, Xb; 2a, 2b) Bänder mit etwa gleicher Breite und Dicke sind.

4. Hochleistungsstromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (la, Xb; 2a, 2b) mit der zugehörigen Stromschiene ein Stück bilden.

5. Hochleistungsstromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Teil der elektrisch leitenden Verbindungen (5) zwischen Stromrichterventilen (4) und zugehörigen Anschlüssen (6) Luftdrosseln angeordnet sind.