DE3152040C2 - Gleichrichteranordnung - Google Patents

Gleichrichteranordnung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichrichteranordnung.
Aus der Druckschrift DE-AS 25 15 046 ist eine Thyristorsäule bekannt mit einem Wechselstrom-Hauptleiter, mit jeweils einem auf beiden Seiten symmetrisch zu demselben verlaufenden Gleichstrom-Plus-Leiter und Gleichstrom-Minus-Leiter, mit einer Vielzahl von Gleichrichterelementen-Zweigen, die beidseitig des Wechselstrom-Hauptleiters angeordnet sind und jeweils ein erstes elektrisch leitendes Kühlelement, ein Scheibenthyristorelement, ein zweites elektrisch leitendes Kühlelement sowie eine Sicherung enthalten, mit Klemmelementen zum Festklemmen der Gleichrichterelementen-Zweige am betreffenden Gleichstromleiter und mit Verbindungsleitern zwischen dem Wechselstromanschluß jedes Gleichrichterelementen-Zweiges und dem Wechselstrom-Hauptleiter.
Aus der Druckschrift DE-OS 22 03 032 ist eine Halbleiteranordnung bekannt, bei der mindestens drei in wechselnder Folge an der Stromführung beteiligte Halbleiterkörper in scheibenförmiger Bauweise zwischen parallelen Kontaktkörpern unter Druck angeordnet und mit einer Kühleinrichtung versehen sind, wobei die Kontaktkörper zugleich als Kühlkörper und als elektrische Verbindungskörper zwischen den Halbleiterkörpern ausgebildet sind und elektrische Anschlüsse der Halbleiterkörper mit gleichem elektrischem Potential auf gleichen Kontaktkörpern zu liegen kommen.
Schließlich ist aus der Druckschrift DE-AS 15 64 613 eine Diodenhalterung bekannt mit zwei plattenförmigen Stromleitern und einer Halbleiteranordnung, die ein zwischen scheibenförmigen Stromleitern angeordnetes Halbleiterplättchen und Federkörper aufweist, wobei diese von einem nachgiebigen, bügelförmigen Stromleiter umgriffen werden, der die Federkörper elektrisch überbrückt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichteranordnung mit einer Vielzahl von Gleichrichterzweigen zu schaffen, welche einen einfachen Aufbau aufweist und einen einfachen Austausch einzelner Halbleiterzweige ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einer solchen Gleichrichteranordnung können im Bedarfsfall einzelne Gleichrichterzweige ausgetauscht werden, ohne daß andere Gleichrichterzweige hiervon betroffen werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die von den einzelnen Stromleitern jeweils hervorgerufene gegenseitige Induktivität dazu beiträgt, Ungleichmäßigkeiten im elektrischen Strom zu mindern, der in die parallel zu den Leitern angeordneten Halbleiterelemente fließt. Daher eignet sich die Gleichrichteranordnung auch für Gleichrichterschaltungen, die für hohe Leistung ausgelegt sind.
Eine Säule gemäß der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung hat einen einfachen Aufbau und eignet sich für einphasige und mehrphasige Leistungsumsetzer. Werden die Sicherungen und Halbleiterelemente eines jeden Gleichrichterzweiges durch Flüssigkeitskühlstücke gekühlt, wird darin entstehende Wärme kaum an die zirkulierende Luft übertragen. Damit kann eine etwaige Hilfskühleinheit zum Kühlen der zirkulierenden Luft hinsichtlich der Leistungsanforderung vermindert oder gänzlich weggelassen werden.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt
Fig. 1 den Aufbau der Gleichrichterzweige für eine Gleichrichteranordnung
Fig. 2 den Gegenstand gemäß Fig. 1 in der Draufsicht,
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gleichrichteranordnung aus Gleichrichterzweigen gemäß Fig. 1 und 2 in schematischer, perspektivischer Darstellung,
Fig. 4 ein Schaltbild zur Verschaltung der Gleichrichterzweige in Fig. 3
Fig. 5 ein Schaltbiild eines zweites Ausführungsbeispieles einer Gleichrichteranordnung als Dreiphasen-Gleichrichteranordnung aus Zweigen entsprechend dem Aufbau gemäß Fig. 1 und 2.
Fig. 1 und 2 zeigen Teile eines vor allem für mehrphasige Leistungsumsetzer geeigneten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung in der Ansicht bzw. Draufsicht, wobei von der Vielzahl der unter sich jeweils gleich aufgebauten und angeordneten Gleichrichterzweige nur zwei gegenüberliegende Zweige gezeigt sind. Darin bezeichnet 31 einen Teil der Säule der Gleichrichteranordnung, die aus Gleichrichterzweigen 32A auf der positiven Seite und aus Gleichrichterzweigen 32B auf der negativen Seite besteht und von denen jeweils nur ein Zweig dargestellt ist. Die Gleichrichterzweige 32A, 32B sind zu beiden Seiten von plattenförmigen Hauptleitern bzw. Strom-Hauptschienen 34, 33A und 33B angeordnet, welche vertikal verlaufen. Der mittlere Hauptleiter ist eine Wechselstrom-Hauptschiene 34, während die linken und rechten Hauptleiter eine Gleichstrom-Plus-Schiene 33A bzw. eine Gleichstrom-Minus-Schiene 33B darstellen.
Der Gleichrichterzweig 32A der positiven Seite besitzt ein erstes Kühlelement 35A auf der linken Fläche der Gleichstom-Plus-Schiene 33A. Auf der linken Seite dieses Kühlelementes 35A folgen in dichter Nebeneinanderanordnung ein Halbleitergleichrichterelement 36A, ein zweites Kühlelement 37A, eine Sicherung 38A und ein Anschlußleiter 39. An die Außenseite des Anschlußleiters 39 ist unter Zwischenlage eines plättchenförmigen Isolators 40A eine Blattfeder 41A angefügt. Das obere und das untere Ende der Blattfeder 41A sind mit Muttern 46A an den linken Enden von Bolzen 45 befestigt, die von den Hauptleitern 33A, 34 und 33B nach links verlaufen. Durch diese Klemmeinrichtung ist der Gleichrichterzweig 32A der positiven Seite fest mit der Gleichstrom-Plus-Schiene 33A verbunden.
Der Gleichrichterzweig 32B der negativen Seite ist symmetrisch zum Gleichrichterzweig 32A der positiven Seite aufgebaut und angebracht. An die Gleichstrom-Minus-Schiene 33B sind der Reihe nach ein Kühlelement 35B, ein Halbleitergleichrichterelement 36B, ein Kühlelement 37B, eine Sicherung 38B, ein Anschlußleiter 39 und ein plättchenförmiger Isolator 40B aneinandergefügt. Mit Muttern 46B ist eine Blattfeder 41B an den rechten Enden der Bolzen 45 befestigt, die sich durch die Hauptschienen 33A, 34 und 33B nach rechts erstrecken. Somit ist der Gleichrichterzweig 32B der Negativseite ebenfalls fest mit der Gleichstrom-Minus-Schiene 33B verbunden.
Die Bolzen 45 sind gerade Bolzen, die sich horizontal durch die Hauptschienen 33A, 34 und 33B erstrecken.
Der Anschlußleiter 39 ist, was besonders aus Fig. 2 deutlich wird, eine E-förmige Leiterplatte, die hinter dem Gleichrichterzweig 32A der Positivseite und dem Gleichrichterzweig 32B der Negativseite verläuft und die Sicherungen 38A und 38B mit der Wechselstrom- Hauptschiene 34 verbindet. Die Bezugsziffern 48A und 48B in den Fig. 1 und 2 bezeichnen Isolatoren.
Die Halbleitergleichrichtersäule 31 besitzt einen festen Aufbau, in welchem, wie aus Fig. 3 ersichtlich, eine Anzahl von Gleichrichterzweigen 32A der Positivseite in einer Säulen- oder Stapelform zwischen der Wechselstrom-Hauptschiene 34, die in einer zentralen Position vertikal verläuft, und der Plus-Schiene 33A der Gleichstromseite links von der Wechselstrom- Hauptschiene 34 angeordnet ist, während eine Anzahl von Gleichrichterzweigen 32B der Negativseite in Säulen- oder Stapelform zwischen der Wechselstrom-Hauptschiene 33B der Gleichstromseite auf der rechten Seite der Hauptschiene 34 angeordnet ist. Diese Anordnung entspricht der elektrischen Schaltung in Fig. 4. Das heißt, die Gleichrichterzweige 32A der Positivseite und die Gleichrichterzweige 32B der Negativseite sind mit der Wechselstrom-Hauptschiene 34 verbunden, und der Gleichstromausgang wird über die Plus-Hauptschiene 33A der Gleichstromseite und die Minus- Hauptschiene 33B der Gleichstromseite gebildet.
Ein Dreiphasenbrückengleichrichter kann mit nur drei derart aufgebauten Gleichrichterelementensäulen 31 hergestellt werden, wie in Fig. 5 gezeigt. Als Wechselstromleiter U, V, W können jeweils Wechselstrom-Hauptschiene von Gleichrichterelementsäulen 31 verwendet werden. Es ist also nicht erforderlich, zusätzliche Anschlußleiter vorzusehen. Jede Säule der Wechselstrom-Hauptschienen U, V, W entspricht in ihrem Aufbau der Säule gemäß Fig. 4. Die Gleichstrom-Positiv-Schienen aller drei Säulen sind jeweils an gemeinsame Gleichstrom-Positiv- bzw. -Negativ-Schienen 27, 26 angeschlossen.
Somit kann ein N-phasiger Brückengleichrichter mit N Gleichrichterelementenbrücken 31 hergestellt werden, und bei der Herstellung eines Mehrphasenbrückengleichrichters ist es nicht nötig, zusätzliche Anschlußleiter vorzusehen.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann die Halbleitergleichrichterelementensäule durch festes Anbringen der positivseitigen Gleichrichterzweige und der negativseitigen Gleichrichterzweige zu beiden Seiten des Wechselstrom-Hauptleiters in solcher Weise hergestellt werden, daß die Zweige zum Hauptleiter symmetrisch angeordnet sind. Damit kann die Zahl der Halbleitergleichrichterelementensäulen bei der Herstellung eines Halbleiterumsetzers wie eines Mehrphasenbrückengleichrichters auf die Hälfte der nach einem herkömmlichen Aufbau erforderlichen verringert werden. Außerdem brauchen auf der Wechselstromseite keine zusätzlichen Anschlußleiter vorgesehen zu werden, so daß ein Mehrphasenbrückengleichrichter von geringen Abmessungen und einfachem Aufbau leicht hergestellt werden kann.
Die beschriebene Gleichrichteranordnung ist besonders bei Leistungsumsetzern anwendbar, die Halbleiterelemente verwenden, wie etwa Ein- oder Mehrphasenbrückengleichrichter, Wechselrichter oder Steuerumrichter.

Claims (5)

1. Gleichrichteranordnung, umfassend
  • (a) eine Wechselstrom-Hauptschiene (34),
  • (b) eine Gleichstrom-Plus-Schiene (33A) und eine Gleichstrom-Minus-Schiene (33B), welche symmetrisch zur Wechselstrom-Hauptschiene (34) verlaufen und die Wechselstrom-Hauptschiene sandwichartig umgeben,
  • (c) eine Vielzahl von Gleichrichterzweigen (32A), die in Parallelschaltung jeweils zwischen der Wechselstrom-Hauptschiene (34) und der Gleichstrom-Plus-Schiene (33A) säulenartig übereinander angeordnet sind, und eine Vielzahl von Gleichrichterzweigen (32B), die in Parallelschaltung jeweils zwischen der Wechselstrom-Hauptschiene (34) und der Gleichstrom-Minus-Schiene (33A) säulenartig übereinander angeordnet sind,
  • (d) wobei jeder Gleichrichterzweig in Reihenschaltung ein erstes elektrisch leitendes Kühlelement (35A bzw. 35B), ein Halbleiterelement (36A bzw. 36B), ein zweites elektrisch leitendes Kühlelement (37A bzw. 37B) und eine Sicherung (38A bzw. 38B) enthält,
  • (e) wobei jedem Gleichrichterzweig (32A bzw. 32B) eine Klemmeinrichtung (41A bzw. 41B, 45, 46A bzw. 46B) zugeordnet ist und
  • (f) wobei jeder Gleichrichterzweig (32A bzw. 32B) an seinem von der Gleichstrom-Plus-Schiene (33A) bzw. von der Gleichstrom-Minus-Schiene (33B) abgewandten Ende einen Anschlußleiter (39) aufweist, der seitlich des Gleichrichterzweiges zur Wechselstrom-Hauptschiene (34) verläuft und mit dieser elektrisch verbunden ist.
2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, worin zwischen der Wechselstrom-Hauptschiene (34) und den Gleichstrom-Schienen (33A bzw. 33B) jeweils ein Isolator (48A bzw. 48B) angeordnet ist.
3. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin zur Gleichstrom-Plus-Schiene (33A) führende Gleichrichterzweige (32A) und zur Gleichstrom-Minus-Schiene (33B) führende Gleichrichterzweige (32B) einander jeweils paarweise gegenüberstehen und die Anschlußleiter (39) zweier paarweise gegenüberstehender Gleichrichterzweige zusammen mit der Wechselstrom-Hauptschiene (34) in einer Ebene senkrecht zu dieser jeweils einen E-förmigen Querschnitt bilden.
4. Gleichrichteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Wechselstrom-Hauptschiene (34) und die Gleichstrom-Schienen (33A, 33B) jeweils fluchtende Bohrungen aufweisen, welche Bolzen (45) der Klemmeinrichtungen (41B, 45, 46A bzw. 46B) aufnehmen.
5. Gleichrichteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die die Halbleiterelemente (36A; 36B) beidseitig einschließenden Kühlelemente (35A, 35B; 37A, 37B) Flüssigkeitskühlstücke bilden.
DE3152040T 1980-06-03 1981-06-02 Gleichrichteranordnung Expired - Lifetime DE3152040C2 (de)

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