DE7326229U - Halbleitergleichnchteranordnung - Google Patents

Description

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SEMlKRON Ges. fUr Gleichrichterbau u. Elektronik m.b.H. 8500 Nürnberg, Wiesentalstraße 40 Tel. 0911 / 37781, Telex 06 / 22155

13. Juli 1773 Pm - du / wi K 17301 G

HALBLEITERGLEICHRICHTERANORONUNG

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Die Neuerung betrifft eine Halbleitergleichrichteranordnung bei der zwei Gleichrichterelemente, davon wenigstens ein steuerbares, Mit Kühlbauteilen, die einen Kanal zum Durchfluß einer Kühlflüssigkeit aufweisen und gleichzeitig zur Stromleitung dienen, fest verbunden sowie räumlich und elektrisch antiparallel zwischen gleichzeitig als An?chlu31eiter dienenden Trägerplatten angeordnet sind.

Bei steuerbaren Halbleitergleichrichtern oder Thyristoren wird bekanntlich das Durchschalten vom nichtleitenden in den leitenden Zustand und damit die gleichrichtende Funktion durch Beaufschlagen der Steuerelektrode mit einem Leistungsimpuls bestimmter Höhe bei in Durchlaßrichtung angelegter Spannung zwischen den Lastelektroden erzielt. Es sind auch Maßnahmen bekannt, den auf diese Weise geschalteten Durchlaßstrom wieder abzuschalten.

Thyristoren stellen demnach hinsichtlich ihrer Funktion kontaktlose Schalter dar und werden dieserhalb sowie aufgrund weiterer Vorteile wie Wartungsfreiheit, sofortige Betriebsbereitschaft, geringe Baugröße und hohe Lebensdauer in zunehmendem Maße zum Schalten und Steuern hoher Ströme verwendet.

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In der Schweißtechnik werden Thyristoren z.B. in Antiparallelschaltung als Wechselstronschalter zur Steuern des Schweißstromes eingesetzt. Von Seiten der Anwender wird hierfür ein raumsparender, kompakter Aufbau gefordert, der jedoch dem Bedürfnis nach möglichst hoher Strombelastbarkeit der Gleichrichtereleaente gerecht werden soll. Diesen Forderungen entsprechen weitgehend AusfUhrungsfor»en mit Flüssigkeitskühlung.

Aus der DT-AS 1 589 847 sind Anordnungen bekannt, bei denen scheibenförmige Thyristoren räumlich und elektrisch antiparallel zwischen Bauteilen fest angebracht sind, dio als Spannplatten zur Befestigung sowie zur Stromleitung und als Kuhlelemente dienen.Die elektrische und thermische Verbindung zwischen Kuhlelement und Thyristor wird durch zylindrische Kupferkörper erzielt, die mit ihrer vorbereiteten Stirnfläche unter Druck auf einer Kontaktfluche des Thyristors und mit ihrem anderen Ende fest im Kühlelement angeordnet sind, Die Kühlelemente weisen Kanäle für die Kühlflüssigkeit auf.

Bei diesen bekannten Anordnungen sind die Gleichrichterelemente Ober besondere, vergleichsweise dicke Kontaktkörper mit den Kühlelementen verbunden. Dadurch ist der Abstand der Gleichrichtertablette vom kühlenden Medium und damit auch der Weg der in der Tablette entstehenden Verlustleistungswärme relativ groß. Weiterhin sind zusätzliche WärmeObergangswiderstände vorhanden, so daß keine optimale Kühlung der Thyristoren und damit auch keine optimale Strombelastbarkeit derselben möglich ist. Außerdem erfordert die Druckkontaktierung der scheibenförmigen Gleichrichterelemente eine besondere Behandlung der Kontaktflächen und einen Nebraufwand an Bauteilen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, Haibleitergleichrichteronordnurgen mit elektrisch antiparallel geschalteten Gleichrichterelementen, davon wenigstens einem steuerbaren, sogenannte Wechselstromsteller zu schaffen, die bestmögliche Kühlung der Gleicbrichterelemente sowie einfachen und raumsparenden Aufbau aufweisen.

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Die Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß das die HalbleitertabJette tragende und gleichzeitig zur Stromleitung vorgesehene Gehäuseuntjrteil jedes Gleichrichterelement» quaderförmig ausgebildet ist und in seinen Innerer« einen in geringen Abstand zu der mit der Halbleitertablette versehenen Fläche sowie im wesentlichen parallel zu dieser Fläche vorlaufenden Kühlkanal mit Anschlufimittein für Schlauchleitungen aufweist, daß jede Trägerplatte an ihrer einen Hälfte mit der freien Unterseite des Gehäuseunterteils des einen Gleichrichterelemente und an ihrer anderen Ktilfte der gleichen Seite mit dem oberen, isoliert durch das Gehuuseoberteil geführten Anschlußltiter des anderen Gleichrichtereiements fest verbunden ist, und daß zwischen beiden Trägerplatten ein an beiden befestigtes Abstandsstück aus einem Ise'ierstoff vorgesehen ist, das mit den Trägerplatton einen mechanisch festen Aufbau für die Gleichrichterelemente bildet.

fl Anhand der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Austührungsbeispiele wird der Aufbau des Gegenstandes der Neuerung r<*< > gezeigt und erläutert.

Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht und Figur 2 in Draufsicht eine erste und Figur 3 in einer anderen Seitenansicht eine weitere AusfUhrungsform der räumlich und elektrisch parallelen Anordnung von Thyristoren gemäß der Neuerung. In Figur 4 ist eine Vorrichtung zur Befestigung des oberen Anschlußleiters der vorgesehenen Thyristoren gezeigt. FUr gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.

In Figur 1 ist eine aus zwei Obereinstimmend aufgebauten, räumlich und elektrisch antiparallel angeordneten Thyrietors/stemen A,B gebildete Baueinheit dargestellt. Jedes System besteht aus einem plattenförmigen, metallischen Gehäuseunterteil 1, das als Grundkörper die nicht dargestellte Halbleitertablette trägt und zum Zweck der optimalen FlussigkeitkBhlung des Systems im Innern, möglichst naWe an der mit der Halbleitertablette versehenes Fläche und parallel zu dieser Fläche, einen zur Anbringung

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von SchlauchanschltJssen la geeigneten Kühlkanal aufweist, ferner aus einem kappenfiJrmigen, beispielsweise aus Keramik bestehenden Gehäuseoberte.il 2, das auf dem Gruddkörper 1 fest aufgebracht ist und die Halbleitertablett« vollständig einschließt, weiterhin aus einem oberen, litzenförmigen Anschlußleiter 5 der Halbleitertablette, der in der metallischen Durchführung 2z, des Gshüyssebsrieiis 2 sitteis Quetschung bsfsstigt ist, sowie aus einer metallischen Trägerplatte 6, die mit einem Teil ihrer Fläche ΟΪ3 zugeordnete Fläche des Grundkäroers bedeckt und mit diesem mittels Schrauben fest verbunden ist.

Ge>.iäß Figur 2 verläuft die Trägerplatte 6 an der dem anderen Thyristorsystem zugewandten Seite des Grundkörpers 1 Über diesen hinaus und ist anschließend mit einem zwischen den beiden Thyristorsystemen vorgesehenen, die mechanische Stabilität der Gleichrichteranordnung gewährleistenden Isolierstoff-AbstanditstUck, dos den dargestellten Aufbau gemäß der Neuerung in zwei Hälften unterteilt, mittels Schrauben 12 fest verbunden. Die weitere Hälfte der Trägerplatte 6 endet in einem Abschnitt 6a mit geringerer Breite.

Zur Erzielung der Antiparallelschaltung der beiden Systeme A,6 ist der Anschlußleiter 5 jedes Systems am Abschnitt 6a der Trägerplatte des anderen Systems mittels einer Klemmlasche 8 befestigt, die in Materialstörke und Länflsausdehnung dem Abschnitt 6a angepaßt und an diesem mittels Schrauben angebracht ist ( Figur 2 ). Zu diesen Zweck sind die Teile 6a und 8 an ihrer gegenseitig zugewandten Fläche und in entsprechender räumlicher Zuordnung zu dem jeweiligen Gleichrichterelement mit je einer zur Aufnahme des Anschlußleitere angepaßten Einbuchtung 6b bzw· 8a versehen, in denen dieser zwischen den Teilen 6a und 8 mithälfe von Schrauben zu« Zweck seines flächenhaften thermischen und elektrischen Kontakts durch Klenabefestigung fest eingespannt ist«

Der Leitungsanschluß der Hilfskathode 3 und der Steuerelektrode 4 jedes Thyristorsystems sind an Steckanschlüssen 11 « Isolieretoff-Abstandsstück befestigt.

Der Grundkörper 1 besteht aus einem elektrisch und thermisch gut leitendan Material, vorzugsweise aus Kupfer, ebenso die Trägerplatte 6. Beide Bauteile sind an ihrer zur gegenseitigen Befestigung vorgesehenen Fläche plan ausgebildet. Dadurch wird die Ableitung des Über den Anschlußleiter geführten Anteils der Verlusxleistungswärme des anderen Gleichrichtersystems begünstigt.

Des Gehäuseoberteil des Thyristoraufbaus kann zum Beispiel aus Keramik mit einer die Durchfuhrung 2a tragenden metallischen Deckplatte oder aus Stahl mit einer sogenannten Druckglasdurchführung bestehen.

In Figur 3 ist ein anderes Ausfuhrungsbeispiel des Gegenstandes der Neuerung in der Ansicht einer Schmalseite dargestellt. Der Aufbau der Thyristoren entspricht demjenigen gemäß Figur 1. Die jeweilige Verbindung von Grundkörper 1 und Anschlußleiter 5 wird durch eine metallische Trägerplatte 16 erzielt, die in ihrem zur Befestigung der beiden Thyristorsysteme vorgesehenen Flächenbereich die in Figur 2 dargestellte Ausbildung aufweist. Zusätzlich ist die Trägerplatte 16 an ihrer einen Längsseite mit einem parallel zur Thyristorachse verlaufenden, als Flansch vorgesehenen, plattenförmigen Ansatz 16b versehen, der oine etwa derjenigen des Grundkörpers entsprechende Breite sowie eine Länge aufweist, welche die Befestigung eines Stromanschlußbolzens 16c etwa in halber Bcuho'he der Anordnung auf der freien äußeren Fläche des Flansches 16b und senkrecht auf dieser ermöglicht.

Gemäß dem in Betracht gezogenen Aufbau der neuerungsgemäßen Anordnung verlaufen die beiden Flansche 16b der Trägerplatten in einer Ebene parallel und an ihrem freien Ende entgegengesetzt nebeneinander. Jeder Flansch trägt den vorzugsweise als Gewindebolzen ausg-Sudeten Stromanschluß 16c. Zur Ge* währleistung der mechanischen Stabilität der Anordnung ist auf beide Stromanschlüsse 16c eine gemeinsame, entsprechende Durchbohrungen aufweisende

Isolierstoffplatte 20 aufgesteckt und mithilfe von je einer Mutttr 21 befestigt. Die Platte 20 weist annähernd dieselbe Länge auf wie die Trägerplatte 16 und eine maximale Breite gleich der Bauhöhe der Anordnung.

Bei der in Abbildung 4 gezeigten AusfUhrungsform zur Befestigung des Anschlußleiters 5 endet die Trägerplatte 26 in der zur Befestigung des Anschlußleiters 5 vorgesehenen Hälfte in einem an ihren beiden Längsseiten

.gesetzten Abschnitt geringerer Breite_f dessen Länge wenigstens gleich ^er Breite des Grundkörpers 1 ist, und der aus zwei, durch eine von seinem freien Ende in der Längsachse verlaufende, schlitzförmige Aussparung 27 getrennten, als Klemmbacken dienenden Teilen 26a besteht. Die Klemmwirkung auf einon Ansch.lußieiter 5, der in der aus den Einbuchtungen gebildeten öffnung angeordnet ist, ergibt sich durch zangenartiges Zusammenfuhren der Klemmbacken 26a mittels der Spannschraube 9. Da beide Klemmbacken Teil der Trägerplatte 26 sind, wird mit einer solchen Vorrichtung ρ Ine verbesserte Ableitung der Verlustwärme am oberen Anschlußleiter erzielt«

Eine andere AusfUhrungsform des Gegenstandes der Neuerung besteht darin, daß die Durchfuhrung 2a in entsprechender Länge direkt als äußerer Abschnitt des oberen Anschlußleiiers der Halbleitertablette in die Klemmvorrichtung eingeführt ist. In diesem Fall ist die Durchfuhrung vorzugsweise mit einem Lotmetall ausgefüllt, um die Wärmekapazität zu erhöhen. Untersuchungen haben gezeigt, daß dadurch die Ableitung der Verlustwärme von der Halbleitertablette in die obere Trägerplatte noch weiter verbessert wird. Um mechanische Spännungen bei der Befestigung der beiden starrer Systeme A,B gemäß dieser Au&fUhrungsform in den Trägerplatten zu vermeiden, können die Grundkörper zur veränderlichen Anbringung auf der jeweiligen Trägerplatte entsprechende ausgebildete und gerichtet verlaufende Langlöcher fUr die Schrauben 7 aufweisen.

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Der Gegenstand dor Neuerung kann auch in der Weise aufgebaut sein, daß anstelle eines besonderen Grurdkörpers die Trägerplatte als solcher ausgebildet ist und aus einem orsten Abschnitt zum Aufbau eines Thyristorsystems besteht, der im Innern einen Kühlkanal aufweist, sowie aus einem zweiten Abschnitt, der, bedarfsweise mit geringerer Materialstärke, zur Befestigung des oberen Anschluß]liters des anderen Thyristorsystems gemäß einer der vorbeschriebenen AusfUhrungsformen ausgebildet ist.

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Claims (4)

■j - 8 - Schutz - Ansprüche

1. Halbleitergleichrichteranordnung bei der zwei Gleichrichterelemente, davon wenigstens ein steuerbares, mit Kühlbauteilen, die einen Kcnal zum Durchfluß einer Kühlflüssigkeit aufweisen und gleichzeitig zur Stromleitung dienen, fest verbunden sowie räumlich und elektrisch antiparallel zwischen gleichzeitig als Arschlußleiter dienenden Trägerplatten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

daß das die Halbleitertablette tragende und gleichzeitig zur Stromleitung vorgesehene Gehäuseunterteil (1) jedes Gieichrichterelements (A,B) quaderförmig ausgebildet und in seinen Inneren einen in geringem Abstand zu der mit der Halbleitertablette versehenen Fläche sowie im wesentlichen parallel zu dieser Fläche verlaufenden Kühlkanal mit Anschlußmitteln (la) fUr Schlauchleitungen aufweist,

daß jede Trägerplatte (ό) an ihrer einen Hälfte mit der freien Unterseite des Gehäuseunterteils (1) des einen Gleichrichterelements und an ihrer anderen Hälfte der gleichen Seite mit dem obeien, isoliert durch das Gehöueeoberteil (2) geführten Anschlußleiter (5) des anderen Gleichrichterelements fest verbunden ist, und

daß zwischen beiden Trägerplatten (6) ein an beiden befestigtes Abstandsstück ( IC, 20 ) uus einem Isolierstoff vorgesehen ist, das mit den Trägerplatten einen mechanisch festen Autbau fUr die Gleichrichterelemente bildet*

2. Halbleitergleichrichteranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,

daß in der zur Befestigung eines Anschlußleiters (5) vorgesehenen Hälfte der Trügerplatten (6) eine mittels Schrauben zu befestigende Kleamlasche (8) angebracht ist, und

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daß die Klemmlasche (8) und der zugeordnete Abschnitt ( 6a_r 16a ) der Trägerplatte zur Aufnahme und zun Festklemmen des Anschlußleiters je eine angepaßte Einbuchtung ( 6b, 16b und 8a ) in entsprechender räumlicher Zuordnung zu dem jeweiligen Gleichrichterelement aufweisen.

3. Halbleitergleichrichteranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,

daß die zur Befestigung eines Anschlußleiters (5) vorgesehene Hälfte der Trägerplatten { 26 ) aus zwei durch eine schlitzförmige, längs .*»·..-laufende Aussparung ( 27 ) getrennten, als Klemmbacken vorgesehenen Teilen ( 26a ) beeteiht. und

daß die Klemmbacken ( 26a ) zur Aufnahme und zum Festklemmen des Anschlußl&iters je eine angepaßte Einbuchtung ( 26b ) in entsprechender räumlicher Zuordnung zu dem jeweiligen Gleichrichterelement aufweisen.

4. Halbleitergleichrichteranordnung nach Anspruch 1 und / oder eine« der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Trägerpletten ( 16 ) an einer Längsseite einen rechtwinklig angeordneten, plattenförmigen, als Flansch vorgesehenen, jeweils in Richtung d">r anderen Trägerplatte verlaufenden Ansatz ( 16b ) aufweisen, dessen Breite kleiner als die halbe Länge der Trägerplatte ist, und dessen Länge einerseits, üurch die Anordnung eines Stromanschlußleiter?· ( 16c ) auf soiner äußeren Fläche und andererseits durch einen ausreichenden Isolationsabstand zur gegenüberliegenden Trägerplatte bestimmt ist, und

daß das Itolierstoff-AbstandsstUck ( 20 ) mithilfe der Stromanschlußleiter an den Flanschen ( 16b ) der Trägerplatten ( 16 ) befestigt ist.

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