DE6945492U

DE6945492U - POWER CONVERTER OR CONTROLLER WITH WATER-COOLED POWER SEMICONDUCTORS

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Publication number: DE6945492U
Application number: DE19696945492
Authority: DE
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-11-18
Filing date: 1969-11-18
Publication date: 1970-03-26

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H.Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H.

6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1.6 Frankfurt / Main 70, Theodor-Stern-Kai 1.

Unger/scUnger / sc

7.11.1969 FBE 69/39November 7, 1969 FBE 69/39

"Stromrichter- oder Stromstellergerät mit wassergekühlten Leistungshalbleitern""Converter or power controller device with water-cooled power semiconductors"

Die Neuerung betrifft ein Stromrichter- oder Stromstellergerät, bestehend aus einem feststehenden Geräteteil und einem in das feststehende Geräteteil einschiebbaren Geräteteil mit einem Bausatz, welcher die Schaltung des Stromrichters oder des Stromstellers sowie Vorrichtungen für den Anschluß des elektrischen Stromes und des Kühlwassers an die Kühlkörper der Leistungshalbleiter enthält.The innovation concerns a converter or power controller device, consisting of a fixed device part and a device part which can be pushed into the stationary device part and has a kit that controls the circuit of the Converter or power controller and devices for connecting the electrical current and the cooling water to the heat sinks of the power semiconductors.

Bei Stromversorgungsanlagen, in denen mehrere Stromrichterbaueinheiten aus in ein Gestell einschiebbaren Bausätzen mit wassergekühlten oder auch luftgekühlten Leistungshalbleitern bestehen und gruppenweise zusammengeschaltet sind, werden gewöhnlich feste elektr-' sehe Verbindungen zwischen den Stromri^hterbaTeinheiten vorgesehen. Beispielsweise wurden die Aaschlußvorrichtungen der Baueinheiten über Kabel mit gemeinsamen Stromschienen durch Verschraubung verbunden. Um beim Auswechseln einzelner Baueinheiten das Lösen und das Wiederbefestigen dieser Verbindungen zu vermeiden,In power supply systems in which several power converter units from kits with water-cooled or air-cooled power semiconductors that can be pushed into a frame exist and are interconnected in groups, there are usually fixed electrical connections Provided between the Stromri ^ hterbaTeinheit. For example the locking devices of the structural units were over Cable connected to common busbars by screwing. To avoid loosening when replacing individual structural units and avoid reattaching these connections,

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müssen steckbare Verbindungen vorgesehen werden. Es werden steckbare Verbindungen in Gestalt von zylindrischen Kontaktzapfen verwendet, die in entsprechende Kontaktbuchseη hineinsteckbar sind und für große Stromstärken bemessen sind.pluggable connections must be provided. There are pluggable connections in the form of cylindrical contact pins used, which in corresponding Kontaktbuchseη can be plugged in and are dimensioned for large currents.

Die Neuerung vermittelt eine konstruktive Lösung für ein Gerät der eingangs bezeichneten Zusammensetzung und besteht darin, daß zwei die Basis des Gerätegehäuses bil- M dende parallele Schienen, die im wesentlichen T-Profile aufweisen, an dem einen Schienene.ule durch eine Blechwand mit u-förmigem Querschnitt, welche die vcriere Gerätefrontwand bildet, miteinander verbunden sind und daß die Mittelstücke dieser Schienen als Stütz- und Gleitflächen für die in das Gehäuse einschiebbare, auf ein r Tragplatte montierten Baueinheit dienen, an welche zwei Seitenwände des Gerätes befestigt sind, die in Längsrichtung des Gerätes über die Tragplatte hinausragen und an den herausragenden Teilen durch einen Steg an der Geräteunterseite miteinander verbunden sind.The innovation provides a structural solution for a device of the initially designated composition and consists in that two the base of the device housing education M Dende parallel rails having a substantially T-profiles, to which a Schienene.ule by a sheet metal wall with u- shaped cross-section, which forms the four device front wall, are connected to one another and that the middle pieces of these rails serve as support and sliding surfaces for the unit which can be pushed into the housing and is mounted on a support plate, to which two side walls of the device are fastened, which are longitudinally of the device protrude beyond the support plate and are connected to each other at the protruding parts by a web on the underside of the device.

Das Gerät gemäß der Neuerung ist dadurch weiter ausgebildet, daß die Basisschienen an dem von der vorderen Gerätefrontwand abgewandten Ende unterhalb des Schienenmittelstückes bis zur unteren Schienenkante zur Befestigung ein°s Montagewinkels an der Geräteunterseite massiv ausgeführt sind und daß das Mittelstück der Schienen vor dem Schienenende an der vorderen Gehäusefrontwand endet und die Gehäusefrontwand mit den u-förmig gebogenen Seiten an den überstehenden Schienenteilen befestigt ist.The device according to the innovation is further developed, that the base rails at the end facing away from the front device front wall below the rail center piece up to the lower edge of the rail for attaching a mounting bracket to the underside of the device and that the middle piece of the rails ends in front of the rail end on the front housing front wall and the housing front wall is attached to the protruding rail parts with the U-shaped curved sides.

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Anhand der Zeichnung wird im folgenden die Neuerung und deren Ausgestaltungen näher erläutert. In der Zeichnung ist rechts das feststehende Geräteteil und, davon getrennt links, das darin einzuschiebende Bausatzgeräteteil in Parallelperspektive dargestellt, bei dem der Bausatz nit zwei auf Flachkühlkörpern befestigten gegenparallelgeschalteten Thyristoren als Einphasenwechselstromsteller ausgeführt ist.The innovation and its designs are explained in more detail below with the aid of the drawing. In the drawing is on the right the fixed device part and, separated from it on the left, the kit device part to be inserted in a parallel perspective shown, in which the kit nit two on flat heat sinks mounted back-to-back thyristors is designed as a single-phase AC power controller.

Das einschiebbare Geräteteil 1 besteht aus einem Bausatz mit auf zwei Flachkühlkörpern 11 befestigten Thyristoren 12 in Gegenparallelschaltung. Die Flachkühlkörper 11 sind nebeneinanderliegend auf einer Tragplatte 13 aus Hartpapier montiert. Jeder Kühlkörper hat an der Seite, an der die Thyristoren befestigt sind, zwei Wasseranschlüsse 14 für die Zu- und Ableitung des Kühlwassers durch daran befestigte Kunststoffschlauche 15· Der Kühlkanal der Kühlkörper 11 ist u-förmig. Aus den Frontseiten der Kühlkörper 11 ragen zwei zylindrische Kontaktzapfen 16 heraus, die mit einem Gewindefortsatz in die Kühlkörper bis zum Anschlag eines zwischen dem Gewindefortsatz und dem betreffenden Kontaktzapfen angeordneten Flansches hineingeschraubt sind. The retractable device part 1 consists of a kit with thyristors 12 attached to two flat heat sinks 11 in counter-parallel connection. The flat heat sinks 11 are mounted next to one another on a support plate 13 made of hard paper. On the side on which the thyristors are attached, each heat sink has two water connections 14 for the supply and discharge of the cooling water through plastic hoses 15 attached. The cooling channel of the heat sink 11 is U-shaped. From the front sides of the heat sink 11 protrude two cylindrical contact pins 16 which are screwed with a thread extension into the heat sink up to the stop of a flange arranged between the thread extension and the relevant contact pin.

An den Längsseiten der Tragplatte 13 sind Seitenwände 17 des Geräteeinschubs 1, die länger als die Tragplatte 13 sind, befestigt und durch einen Steg 19 miteinander verbunden. Die bei der gezeichneten Darstellung vordere Seitenwand ist durch Strichelung angedeutet. Die Seitenwände 1? sind an den vier Kanten von einer senkrecht in der Richtung des Geräteinnern abstehenden sohmalen Randfläche umgeben. An der Innenseite der längs der unteren Seitenwandkante abstehenden Randfläche 171 ist die Tragplatte 13 mit zwei Stahlbändern 131 als Zwischenlage befestigt. Diese Stahlbänder sind an der Unterseite der Tragplatte 13 so angeord-On the longitudinal sides of the support plate 13 are side walls 17 of the device insert 1, which are longer than the support plate 13 are attached and connected to one another by a web 19. The front side wall in the illustration shown is indicated by dashed lines. The side walls 1? are on the four edges of one perpendicular in the direction Surrounding the inside of the device protruding sohmal edge surface. On the inside of the protruding along the lower edge of the side wall At the edge surface 171, the support plate 13 is fastened with two steel strips 131 as an intermediate layer. These steel bands are arranged on the underside of the support plate 13

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net, daß ilire Längsseiten mit den Längsseiten der Tragplatte 13 zusammenfallen. Die Kunststoffschläuche 15 sind durch den Steg 19 mittels Vasseranschlußkupplungen 18 hindurchgeführt und abgestützt. Die Teile 18 und 19 sind stromleitend miteinander verbunden, so daß ein von dem einen zum anderen Kühlkörper über die Leitungen 15 fließender Strom sich durch die Teile 18 und 19 schließt und diese Teile spannungsfrei sind. Dieser Strom ist gering, da die Gesamtlänge der Leitungen 15 ausreichend groß gehalten werden kann. Diese Teile sowie die Wasseranschlüsse 14 bestehen aus dem gleichen Metall, z. B. aus Kupfer. Die Seitenwände sind durch einen Steg 19' miteinander leitend verbunden. In Nähe einer der Seitenwände hat dieser Steg eine Öffnung, in der ein Kontaktzapfen 16', der länger ist als die Kontaktzapfen 16, befestigt ist.net that ilire long sides with the long sides of the support plate 13 coincide. The plastic hoses 15 are passed through the web 19 by means of water connection couplings 18 and supported. The parts 18 and 19 are electrically connected to each other, so that one of the one to the other heat sink via the lines 15 flowing Current closes through parts 18 and 19 and these parts are de-energized. This current is low because the Total length of the lines 15 can be kept sufficiently large. These parts as well as the water connections 14 exist made of the same metal, e.g. B. made of copper. The side walls are conductively connected to one another by a web 19 '. In the vicinity of one of the side walls, this web has an opening in which a contact pin 16 ', which is longer than the contact pin 16, is attached.

Das fesjstehende Geräteteil 2 wird durch zwei nebeneinanderliegende parallele Schienen 21 gebildet, die im wesentlichen T-Profil haben und die an ihrem in der Zeichnung rechts dargestellten Ende durch eine u-förmige Blechwand sowie durch einen am entgegengesetzten Ende der Schienenunterseite angebrachten Montagewinkel 23 miteinander verbunden sind. Die Blechwand 22 bildet die vordere Gerätefrontwand. An der Innenreite der Blechwand 22 ist eine Hartpapierplatte 24 befestigt, die zwei nebeneinanderliegende kreisförmige öffnungen 25 aufweist. Entsprechende öffnungen mit größerem Durchmesser als die öffnungen 25 sind auch in der Blechwand 22 vorhanden. An der Oberseite der Blechwand 22 ist ferntsr eine quadratische öffnung 28 zur Aufnahme der Steckanschlüsse für die Steuerung des Wechselstromsteller vorgesehen. In die öffnungen 25 sind zwei Kontaktbüchsen 26 eingesetzt, deren Buchsenöffnungen an der Innenseite der Gerätefrontwand 22 liegen. Die Kontaktbuchsen 26 haben einen ander Außenseite der jälechwand 22 herausragenden Portsatz mit einem Gewinde zur The fixed device part 2 is formed by two parallel rails 21 lying next to one another, which have a substantially T-profile and which are connected to one another at their end shown on the right in the drawing by a U-shaped sheet metal wall and by a mounting bracket 23 attached to the opposite end of the underside of the rail . The sheet metal wall 22 forms the front device front wall. A hard paper plate 24, which has two circular openings 25 lying next to one another, is fastened to the inner width of the sheet metal wall 22. Corresponding openings with a larger diameter than the openings 25 are also present in the sheet metal wall 22. On the upper side of the sheet metal wall 22, a square opening 28 is provided for receiving the plug connections for controlling the AC power controller. Two contact sleeves 26 are inserted into the openings 25, the socket openings of which are located on the inside of the device front wall 22. The contact sockets 26 have a port set protruding on the outside of the jälechwand 22 with a thread for

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Befestigung je einer Stromzuführungsleitung 27 und sind mit einem Flausch 261 und einem an der Außenseite der Hartpapierplatte 2A- anliegenden nicht sichtbaren Seegerring in der Hartpapierplatte 24 verankert. Der Seegerring hat einen kleineren Durchmesser als die Öffnung der Blechv.and 22, damit die Kc itaktbüchsen 26 und die Blechwand 22 elektrisch voneinander isoliert sind. In einer weiteren Öffnung 2^' .er Blechwand 22 ist eine ähnliche Kontaktbuchse "6' für den Kontakt zapfen 16' mit einer Schraubmutter befestigt und zugleich eine ICr dungs leitung 27' daran angeschlossen. Mit Hilfe des Montagewinkels 2'j kann das gesamte Gerät auf einem Träger, beispielsweise auf dem Transformator eines Schweißgleichrichters falls der Wechselstromsteller als Stellglied des Schweißjleichrichters verwendet wird, befestigt 'erden. Das Hittelstück 211 der Schienen 21 erstreckt sich nicht über die ganze Schienenlänge, sondern nur bis zur Blechwand 22. An den überstehenden Schienen, .den 212 sind die u-förmigen Seitenflügel 221 der Blechwand befestigt. An den entgegengesetzten Enden sind die Schienen 21 unterhalb des Schienenmittelstückes 211 bis zur unteren Schienenk&ate massiv ausgeführt. Diese Massivteile 213 sind an der unteren und an der linken Seite mit Gewindebohrungen versehen, welche zur Halterung des Montagewinkels 23 und des eingeschobenen Geräteteiles 2, das den Bausatz enthält, dienen. Attachment of a power supply line 27 each and are anchored in the hard paper plate 24 with a loop 261 and a non-visible Seeger ring resting on the outside of the hard paper plate 2A-. The Seeger ring has a smaller diameter than the opening of the sheet metal wall 22 so that the Kc itaktbüchsen 26 and the sheet metal wall 22 are electrically isolated from each other. In a further opening 2 ^ '.er sheet metal wall 22, a similar contact socket 6' for the contact pin 16 'is fastened with a screw nut and at the same time a connection line 27' is connected to it. With the help of the mounting bracket 2'j the entire device on a support, for example on the transformer of a welding rectifier, if the AC power controller is used as the actuator of the welding rectifier, "grounded." The U-shaped side wings 221 of the sheet metal wall are attached to the 212. At the opposite ends, the rails 21 are made solid below the rail center section 211 up to the lower rail corner for holding the mounting bracket 23 and the inserted device part 2, which the Kit contains, serve.

Beim Einschieben des Geräteteiles 1 in das feststehende Teil 2 gleitet die Außenseite der Handfläche Γ71 auf der Oberseite der ochienenmittelstücke 211. Dabei wird zuerst der Kontaktzapfen 16' in die Kontaktbuchse 25' eingeführt und damit das Gesamtgerät geerdet. Sodann werden die 1 intakt zapfen 16 in die Kontaktbuchsen 26 eingeführt, bis die Flansche 261 und 151 aufeinanderstoßen. Die Kont-u-.tZi-^fen 16 und die K.utar'tbuchsen 26 bilden die St: osiar:.>chlußvorrichtung des Gerätes und stellen die elektrischeWhen the device part 1 is pushed into the fixed part 2, the outside of the palm Γ71 slides on the Top of the rail center pieces 211. This is done first the contact pin 16 'is inserted into the contact socket 25' and thus the entire device is earthed. Then the 1 intact pin 16 is inserted into the contact sockets 26 until the Flanges 261 and 151 meet. The cont- u-.tZi- ^ fen 16 and the K.utar'tbuchsen 26 form the st: osiar:.> Locking device of the device and set the electrical

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Verbindung der Gegenparallelschaltung des Bausatzes mit den Stromanschlußleitungen 27 her.Connection of the opposite parallel connection of the kit to the power supply lines 27.

Innerhalb des Gerätes verbleibt genug Raum, um darin Bestandteile der Steuerung und Beschaltung des Wechselstromrtellers unterzubringen. Nach Vereinigung der beiden Geräteteile werden die vorderen Seit°nwandrandflachen 172 und mit der vorderen Gerätefrcntwand 2?.. verschraubt. Ferner werden eine in der Zeichnung nicht darge -..teilt. Abschlußwand mit den hinteren. Seitenwand.ran.dfIac^ΐΛ?η 175 und ei..^ Deckwand mit den oberen Seitenwandrandflachen 17^ ver^chraubt. An der-Unterseite des Gerätes verbleibt eine ö.'fnung, durch die die Kühlwasserschläuche 15 hin"urchgeführt .^ind .There is enough space inside the device to accommodate components for the control and circuitry of the alternating current plate. After the two parts of the appliance have been combined, the front side wall edge surfaces 172 and are screwed to the front appliance front wall 2? ... Furthermore, one is not shown in the drawing - .. parts. End wall with the rear. Seitenwand.ran.dfIac ^ΐΛ ? Η 175 and ei .. ^ top wall screwed to the upper side wall edge surfaces 17 ^. An opening remains on the underside of the device through which the cooling water hoses 15 are passed.

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt / Main 70, Theodo ^ -Stern-Kai 1. Unger / sc November 7, 1969 FBE 69/39 Gm Protection claims:

1) Power converter or power controller device with water-cooled power semiconductors, consisting of a fixed part of the device and a part of the device that can be inserted into the fixed part of the device with a kit, which controls the circuit of the power converter or power controller as well as devices for the power connection and for the water connection to the heat sinks Power semiconductors, characterized in that two parallel rails (21) which form the base of the stationary device part (2) and which essentially have T-profiles, on which a rail pass through a sheet metal wall (22) with u -x'crmiform cross-section, which forms the front device efrontv; and that the smock pieces (211) of these rails as support and sliding surfaces for the length of the fixed housing part (2; sliding, - ~ on a support plate (13) mounted device part (1) are used to which the side walls (1?) Of the device are attached, which extend in the longitudinal direction of the device protrude (1 O ⁷ on the support plate and d ien to protruding parts: .irc'i a web (19) on the bottom side nri · ■ inander are connected, ι

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2) converter or power controller device according to claim 1, characterized in that the base rails (21) at the end applied by the device front wall (22) below half of the rail nnd.ttelstückes (211) up to the lower rail edge is solid and on the end side as well are provided on the underside of the rails (21) with threaded holes for attaching a rear device front wall and a mounting bracket (23), and that the rail middle section (211) ends on the device front wall (22) and this device front wall with the U-shaped side wings (221 ) is attached to the protruding rail parts. y

3) converter or power controller device according to claim and 2, characterized in that openings (25) for leading out of the device power connection devices (26) are provided in the front device front wall (22), which are attached by a on the inside of the front wall (22) Insulating plate (24) are passed through, and that a further opening (25 ') is provided in the device front wall (22), in which a device (26 ¹ ) for the electrical connection of the device part (1) with the device part (2y when inserting of the former is attached to the latter, which is designed outside the device for a ground connection (27 ') ν