DE3012687C2 - Modulblock für Stromrichteranlagen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Modulblock für Stromrichteranlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (vgl. DE-OS 28 29 300).

Es ist wohlbekannt, daß wegen den vielartig möglichen Verbrauchern, die durch Stromrichter gespeist werden, sich die Herstellungstechnologie in der Richtung entwickelt, daß zur konkreten Ausbildung von unterschiedlichen Ein- oder Dreiphasenspeisesystemen Modulelemente zur Verfügung gestellt werden, die grundsätzlich einander gleich ausgebildet sind und die miteinander unmittelbar verschaltet sein können (DE-Z »Elektrotechnik«, Heft 3, Febr,76, S, 10-12, DE-Z »Elektronilk«, 1978, Heft 13, S, 72-74), Das eine grundsätzliche Modulelement ist die Stromrichtereinheit, in welcher der stromrichtende Halbleiter (Diode oder Thyristor) bereits mit seiner Sicherung und mit einem ÄC-Glied ausgestattet ist Falls die Einheit Thyristoren aufweist, ist auch der Zündstromkreis bereits einbezogen. So kann aus Modulelementen — die gegebenenfalls in elementaren Fächern einer Modulbiockes angeordnet sind — ein halb- oder vollgesteuertes Brückensystem ausgebildet werden, in welchem der aus miteinander verbundenen Modulelementen ausgebildete Block durchgehend oder nur teilweise mit Thyristoren bestückt ist

Ein anderes grundsätzliches Modulelement ist die Drosseleinheit Diese wird in einem großen Teil der Anlagen nicht verwendet In diesem Fall sind in einem Fach oder mehreren Fächern des Modulblockes ausschließlich Stromrichtereinheiten angeordnet In anderen Fällen braucht man eine Verkoppelung der Stromrichter mit Drosseln, wobei z. B. die Stromrichtereinheiten in dem ersten Fach, und in dem benachbarten Fach die Drosseleinheiten angeordnet sind, während die Koppelung zwischen den Modulelementen dieser beiden Typen durch ihre unmittelbare Verbindung hergestellt ist Die beiden so verschalteten Modulen werden einerseits an das Wechselstrumnetz, andererseits an die Zu- und Ableitungen des Gleichstromnetzes — zumeist mit Hilfe eines Stromschienensystems — angeschlossen. An den Anschlußenden der Stromschienen sind die Speisekabel angeschlossen.

Diese modulartige Konstruktion hat in der Fertigungstechnologie einen großen Fortschritt hervorgerufen und die Auswahl der nach Normeinheiten typisierten Anordnungen ist größer geworden. Die aus Modulelementen aufgebauten Anordnungen enthalten aber einen grundsätzlich individuellen Teil, der die elektrischen Verbindungen zwischen den Modulelementen und den Speisekabeln in Form sines Stromschienensystems herstellt Die individuelle Ausbildung dieses Systems verursacht vielseitige Probleme sowohl in technischer als auch in ökonomischer Hinsicht, so daß in letzter Zeit die Lösung dieser Probleme auf dem Gebiet der Entwicklung von Stromrichtersystemen ebenfalls in den Vordergrund getreten ist Häufig benutzt man eine Lösung, bei welcher das Stromschienennetz an der Rückseite der nach Normreihen gestalteten Gehäuse angeordnet ist (DE-OS 28 29 300). In letzter Zeit gab es Vorschläge, das Stromschienensystem selbsttragend auszubilden und durch es das von dem Gehäuse gegebene Skelett zu ersetzen. Beide Lösungsarten haben Vorteile und Nachteile, von denen ein Teil für die jeweilige spezielle Lösungsart charakteristisch ist, ein anderer Teil jedoch für beide Lösungsarten gültig ist So ist es beispielsweise für jede Lösungsart charakteristisch, daß das Stromschienensystem nur von einer Seite des Modulblockes her zugänglich ist, so daß der Anschluß der Kabel, die Montage und das Auswechseln einiger Bestandteile des Modulblockes nur an einer Seite desselben, und zwar an der Rückseite, möglich ist. Da bei den an sieh bekannten Schrank-Fach-Systemen das Einsetzen der Modulelemente von vorn erfolgt, ist die Anordnung des Stromschienennetzes an der Rückseite folgerichtig, wenngleich sich daraus eine Beschränkung ergibt, durch welche die Flexibilität der Anordnung und der Bedienung bedeutend herabgesetzt wird. Es gibt auch Lösungen, bei denen die nach hinten laufenden Stromschienen nicht innerhalb des Modul-

blookes ausgebildet sind, sondern zwischen Isolierplatten in der Seitenwand des den Modulblock aufnehmenden Gehäuses festgelegt sind. Derartige Lösungen zählen jedoch ebenfalls zu den sogenannten einseitigen Ausführungsformen für den Aufbau des Modulblockes und die Herstellung der Anschlüsse,

Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß im Gegensatz zu der herkömmlichen Auffassung, das Stromschienennetz je nach dem konkreten Aufbau des jeweiligen Modulblockes individuell zu gestalten, die Variierbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Aufbaus von Stromrichtereinheiten im Modulsystem gesteigert werden können, wenn dabei das Prinzip des Baukastensystems noch konsequenter pagewendet wird.

Durch die Erfindung wird daher die Aufgabe gelöst, einen Modulblock der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art derart auszubilden, daß auch die Leitungsanschlüsse der Modulen möglichst, weitgehend in das Baukastensystem einbezogen sind, so daß dadurch der Gesamtaufbau des Modulblockes übersichtlicher und auch hinsichtlich der Leitungsverbindungen einfacher wird und die Variierbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Aufbaus von Stromrichtereinheiten im Modulsystem gesteigert wird.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand jeweils der Ansprüche 2 und 3.

Wenn daher von einem Modulblock ausgegangen wird, in welchem in einem Modulfach oder mehreren Modulfächern Module in P Modulreihen (P = 1 oder 2) je Modulfach und in einer Anzahl von K (K z. B. 2 oder 3) Modulen je Modulreihe als Bausteine mit Normabmessungen eingebaut sind, sind gemäß der Erfindung an dem unter, über oder zwischen den Modulfächern angeordneten Stromleiterrahmen die für den Anschluß der Module vorgesehenen Verbindungselemente in einer Anzahl von P ■ K angeordnet und in den Stromleiterrahmen sind Stromschienenstücke in einer Anzahl von Q (Q = 1,2 oder 3) angeordnet, an die an einer zu den Modulreihen parallelen Seite des Stromleiterrahmens in einer Anzahl von K aus diesem herausragende Verbindungselemente angeschlossen sind (wenn P = 2, ragen die anderen Verbindungselemente in einer Anzahl von K aus der anderen, parallel zu den Modulreihen verlaufenden Seite des Stromleiterrahmens heraus) und deren Enden, weiche selbst als Anschlußarmaturen ausgebildet sind oder mit Anschlußarmaturen, z. B. Kabelanschlüssen, ausgerüstet sind, als Hauptstromanschlüsse aus einer senkrecht zu den Modulreihen verlaufenden Seite des Stromleiterrahmens aus diesem herausragen. Die Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse der Modulen, die in dem diesem Stromleiterrahmen benachbarten Fach des Modulblokkes angeordnet sind, sind in Reihenfolge an die Verbindungselemente angepaßt angeordnet, welche aus der einen oder anderen parallel zu den Modulreihen verlaufenden Seiten des Stromleiterrahmens herausragen.

Der Modulblock gemäß der Erfindung ermöglicht somit eine weitergehende Typisierung der einzelnen Systemglieder, was dazu führt, daß die Bestandteile des Modulsystems in einer optimalen Serienzahl hergestellt und daraus in breitem Umfang variierbare spezielle Modulblöcke, auch solche in beliebig geringer Stückzahl, zusammengebaut werden können. Außerdem gestattet die Erfindung daß bei unveränderlicher Herstellungstechnologie und unveränderlicher Gestaltung der Stromrichtermodulen die AnscblußrichUing und die Wahl der Anschlußstellen der Speisekabel variierbar sin<i

Die Erfindung wird anhand von Ausfflhrungsbeispie-(en erläutert, die aus der Zeichnung ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 schematisch eine Ausführungsform des Stromschienensystems eines zum Stand der Technik zählenden Modulblockes,

Fig,2 eine Ausführungsform eines Modulblockes gemäß der Erfindung, und zwar

Fig.2a einen Stromleiterrahmen zum Wechselstromanschluß,

Fig.2b die Verbindungsanschlüsse der in zwei

is Fächern des Modulblockes übereinander angeordneten Stromrichtermodulen untereinander und mit den Stromleiterrahmen, und

F ig. 2c einen Stromleiterrahmen zum Gleichstromanschluß,

Fig.3 Auiführungsformen möglicher Stromleiterrahmen und

Fig.4a bis e Ausführungsformen ff-r spezielle Stromrichter-Modulblöcke.
Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist bei bekannten Anordnungen zwischen der Sicherung 1, dem Zündstromkrei-2, dem ÄC-GIied 3, dem Stromrichterhalbleiter 4 mit zugehöriger Kühlungsarmatur, und den Drosselelementen 5 ein individuell ausgebildetes Stromnetz aus Stromschienen aufgebaut, zu welchem die zum

JO Wechselstromanschluß dienenden Stromschienen R, S, T und die zum Gleichstromanschluß dienende positive und negative Stromschiene zählen. Wie ersichtlich, sind die Ausgangsanschlüsse des Stromschienennetzes an der hinteren Wand des Modulblockes ausgebildet

Demgegenüber ist aus F i g. 2 ein Stromrichter-Modulblock gemäß der Erfindung ersichtlich. Gemäß Fig.2b sind in untereinander angeordneten Fächern des Modulblockes Thyristormodulen 6 bzw. Drosselmodulen 7 angeordnet Die Zeichenebene dei Fig, 2b verläuft parallel zu den Modulreihen, in welchen jeweils drei Modulen 6,7 angeordnet sind. Hinter jeder der aus F i g. 2b ersichtlichen Modulreihen ist in jedem Fach des Modulblockes eine weitere gleichartige Modulreihe vorhanden (in F i g. 2b nicht gezeigt). Die Thyristormodulen 6 und Drosselmodulen 7 bilden eine Dreiphasenbrückenschaltung. Zwischen den Thyristoren und den Drosseln ist eine unmittelbare Kopplung ausgebildet. Der Anschluß der Thyristormodulen 6 an die Wechselstromleitungen und der Anschluß der Drosselmodulen 7 an die Gleichstromleitungen sind gemäß F i g. 2b nicht als starres Stromschienennetz verwirklicht, sondern die Modulen 6,7 sind mit ihren Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen über kurze Verb^:ndungsschienen 8, 9 an die Verbindungselemente 11 jeweils eines über dem Thyristormodulfach angeordneten Stromleiterrahmens 56-3 bzw. unter dem Drosselmodulfach angeordneten Stromleiterrahmens 56-2 angeschlossen. Diese Stromleiterrahmen sind entsprechend Fig.2a bzw. 2c ebenfalls als Modulbausteine ausgebildet. Der aus Fig. 2c ersichtliche ,Stromleiterrahmen 56-2 enthält StromsQhienenstücke 10 in einer Anzahl Q = 2, welche jeweils mit A' = 3 Verbindungselementen 11 ausgestattet sind, die an den beiden einander entgegengesetzten Seiten des Stromleiterrahmens aus diesem herausragen.

In dem aus Fig.2a ersichtlichen Stromleiterrahmen 56-3 sind die Stromschienensiücke 10 in einer Anzahl von Q = 3 angeordnet, die jeweils mit zwei an einander entgegengesetzten Seiten aus dem Stromleiterrahmen

herausragenden Verbindungselementen 11 ausgestattet sind, so daß wieder für jede der in einer Anzahl von P = 2 in dem benachbarten Fach des Modulblockes vorhandenen Modulreihen eine der Anzahl von deren Modulen entsprechende Anzahl von K = 3 Verbin- ■ dungselemente 11 an dem Stromleiterrahmen zur Verfügung stehen. Es sind somit zwei vom Innenaufbau her zwar unterschiedliche, äußerlich jedoch noch einheitliche Typen von Stromleiterrahmen 56-2 bzw. 56-3 vorhanden, so daß durch diese vergleichbare u Stromleitungsmodulen gebildet sind. Innerhalb der Stromleiterrahmen sind die jeweils individuellen Leitungsverbindungen ausgebildet, während an den Rahmenseiten unmittelbare einheitliche Anschlußmöglichkeiten vorbereitet sind. Damit die Stromleiterrahmen ι 56-2 bzw. 56-3 achsensymmetrisch sind, können die Verbindungsanschlüsse an den beiden Rahmenseiten spiegelbildlich angeordnet sein. In dem Ausführungsbeisniel sind die Ausgänge der drei Drosselmodulen 7 der einen Modulreihe über die Verbindungsschienen 9 an > < die Verbindungselemente 11 des positiven Stromschienenstücks 10 angeschlossen, während die Ausgänge der Drosselmodulen 7 der anderen Modulreihe über entsprechende Verbindungsschienen 9 an die Verbindungselemente 11 des negativen Stromschienenstücks : 10 des Stromleiterrahmens 56-2 angeschlossen sind. Entsprechend sind die Ausgänge der drei Thyristormodulen 6 der einen Modulreihe über die Verbindungsschienen 8 an die Verbindungselemente 11 der R. 5, T-Stromschienenstücke 10 an der einen Seite des n Stromleiterrahmens 56-3 angeschlossen, wohingegen die Ausgänge der Thyristormodulen 6 der anderen Modulreihe an den Verbindungselementen 11 der R, S, T-Stromsühienenstücke 10 des Stromleiterrahmens 56-3 an der anderen Seite desse'ben angeschlossen sind. )·■

Die Kabelanschlußenden der Stromschienenstücke 10 ragen aus den Stromleiterrahmen 56-3 bzw. 56-2 an einer derjenigen Seiten desselben heraus, die senkrecht zu den Rahmenseiten verlaufen, an denen die Verbindungselemente 11 vorstehen. -m

Bei Einrichtungen größerer Strombelastung ist es möglich, daß oberhalb und unterhalb des Stromleiterrahmens 56-3 bzw. des Stromleiterrahmens 56-2 in einer spiegelsymmetrischen Anordnung weitere Fächer des Modulblockes mit Stromrichtermodulen bzw. *ΐ Drosselmodulen ausgebildet werden, wobei mit den Verbindungselementen 11 jedes Stromleiterrahmens 56-2 bzw. 56-3 gleicherweise von unten und/oder von oben her Anschlußverbindungen hergestellt werden können. ">·''

Die charakteristischen Abmessungen (im vorliegenden Beispiel die Breite) sind für die Modulbausteine dieselben, so daß unterschiedliche Schaltungsvariationen, die räumliche Ausbildung und die Durchführung der Anschlüsse zu den Stromschienenstücken durch dasselbe Prinzip und unter denselben Vorbedingungen ausgeführt werden können. Der Grundriß der Stromleiterrahmen entspricht vorzugsweise dem Grundriß des Stromrichtermodulblocks. Auf diese Weise kann ein Luftkanal ausgebildet werden, der es ermöglicht, daß ein Zwangsluftstrom zustande kommt. In diesem Fall gelangen die stromleitenden Stromschienenstücke 10 des Stromleiterrahmens ebenfalls in dieselbe Zwangsluftströmung, so daß im Vergleich mit Anlagen mit natürlicher Kühlung ein kleinerer Grundriß erzielbar ist. Die Stromleiterrahmen können auch für Modulreihen in einer Anzahl von P = 1 ausgebildet werden. In diesem Falle sind nur an einer Seite des Stromleiterrahmens Verbindungselemente 11 in einer der Anzahl K der Modulen diesu Modulreihe entsprechenden Anzahl und Anordnung vorhanden.

Aus Fig. 3 sind mögliche Ausführungsformen von Stromleiterrahmen schematisch ersichtlich. In F i g. 3 ist aus Spalte A die Anzahl P ■ K der an einen Stromleiterrahmen angeschlossenen Modulen angegeben. In den Spalten B, Cund D ist die Art der jeweiligen Anschlußverbindungen angegeben. Im einzelnen zeigt Spalte B Beispiele für Knotenverbindungen und Spalten Cund DAnschlußverbindungen für Zuführleitungen.

Der Stromrichter vom Einheitstyp 3F2U6Ü, der eine Dreiphasenbrückenschaltiing darstellt, ist mit seinen Anschlußvorrichtungen aus den F i g. 4a, 4b und 4c ersichtlich, wobei die inneren Anschlüsse an einer Seite des Modulblockes (F i g. 4b) bzw. an zwei gegenüberliegenden Seiten des Modulblockt- (Fig.4c) hergestellt sind. F ι g. 4a zeigt die elektrische Schaltung.

Wie aus Fig.4b ersichtlich weist die Ausführungsform mit einseitigem Zugang für die in zwei Fächern | übereinander angeordneten beiden Modulreihen zwei Stromleiterrahmen 12 für die Knotenverbindungen jeweils der drei Stromrichtermodulen 15 eines Faches, einen Stromleiterrahmen 13 für die Stromversorgung der sechs Stromrichtermodulen 15 sowie zwölf Verbindungsschienen 14 auf. Die Stromrichtermodulen 15 in dieser Ausführungsform können entweder mit Dioden oder mit Thyristoren ausgebildet werden.

Die Ausführungsform, die von zwei Seiten zugänglich ist (F i g. 4c), weist ein Fach mit zwei Modulreihen aus jeweils drei Stromrichtermodulen 15, zwei Stromleiterrahmen 12 jeweils über einer Modulreihe für die Knotenverbindungen der drei Stromrichtermodulen 15 der jeweiligen Modulreihe, einen den beiden Modulreihen gemeinsamen Stromleiterrahmen 16 für die Stromzuleitung zu den sechs Stromrichtermodulen 15, und zwölf Verbindungsschienen 14 zur Herstellung der Verbindungen zwischen den Modulen 15 und den jeweiligen Stromleiterrahmen 12, 16 auf. Die Fig.4d und 4e zeigen die sogenannte gegenparallele A-isführungsform, deren Schaltung aus Fig.4d ersichtlich ist. Hierzu sind gemäß F i g. 4e für zwei Modulreihcn aus jeweils drei Stromrichtermodulen 15 zwei gleichartige, / der gemeinsamen Stromzuleitung dienende Strom- * leiterrahmen 16 mit jeweils sechs Verbindungsanschlüssen, sowie zwölf Verbindungsschienen 14 vorhanden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Modulblock für Stromriohter^nlagen, in welchem die funktionellen Bauteile (Halbleiterventile, bzw. Drosseln) je einen Modul bilden und diese Module über stromschienenartige Verbindungselemente mit den Eingangs- und Ausgangs-Hauptstromanschlüssen des Modulblocks verbunden sind, wobei die Eingangs-Hauptstromanschlüsse aller Modulfächer des Modulblocks an einer Seite des Modulblocks und die Ausgangs-Hauptstromanschlüsse aller Modulfächer an derselben oder der entgegengesetzten Seite des Modulblocks angeordnet sind und in jedem Modulfach — in einer Reihe oder zwei parallelen Reihen und mit zwei oder drei Modulen pro Reihe — jeweils nur gleichartige Module (nur Halbleiterventile oder nur Drosseln) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils über oder unter einem Modulfach oder zwischen i"/ei Modulfächern ein Stromleiterrahmen (56-2, S6-3, 12. 16) angeordnet ist, bei dem mindestens eine seiner Grundabmessungen — z. B. seine Breite und/oder sein Grundriß — mit der entsprechenden Grundabmessung der Modulfächer übereinstimmt und in welchem zwei oder drei Stromschienenstücke (10) angeordnet sind, deren Enden an der einen senkrecht zu den Modulreihen verlaufenden Seite des Stromleiterrahmens (56-2, 56-3, 12, 16), als Hauptstrcmanschlüsse (R, S₁T + , —) ausgeführt, aus dem Stromleiterrahmen (56-2, 56-3, 12, IS) herausragen, während an den beiden zur Modulreihe parallel verlaufenden Seiten des Stromleiterrahmens /56-2, S-j-3, 12,16) je zwei oder drei Verbindungselemente (11) herausragen und jeweils zwei oder drei Verbind; ngselemente (11) mit einem der Stromschienenstücke (10) verbunden sind.

2. Modulblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromleiterrahmen (56-2, 56-3, 12, 16) zwei Stromschienenstücke (10) angeordnet sind und die an der einen Seite herausragenden Verbindungselemente (11) mit dem einen Stromschienenstück (10) und die an der anderen Seite herausragenden Verbindungselemente (11) mit dem anderen Stromschienenstück (10) leitend verbunden sind.

3. Modulblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromleiterrahmen (56-2, 56-3, 12, 16) drei Stromschienenstücke (10) angeordnet sind und die jeweils beidseitig des Stromleiterrahmens einander gegenüberliegenden so beiden Verbindungselemente (11) jeweils mit einem ihnen gemeinsamen Stromschienenstück (10) leitend verbunden sind.