EP0880151A2 - Drosselbaugruppe für ein Stromrichtergerät - Google Patents

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EP0880151A2
EP0880151A2 EP98106940A EP98106940A EP0880151A2 EP 0880151 A2 EP0880151 A2 EP 0880151A2 EP 98106940 A EP98106940 A EP 98106940A EP 98106940 A EP98106940 A EP 98106940A EP 0880151 A2 EP0880151 A2 EP 0880151A2
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EP
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insulating
switching element
input circuit
converter device
assembly
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ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG
ABB Daimler Benz Transportation Technology GmbH
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    • H01F27/2876—Cooling

Definitions

  • the invention relates to a throttle assembly for a converter device according to the preamble of claim 1.
  • the invention can be used, for example, for construction used by converters for trams.
  • DE 43 38 277 A1 describes a liquid-cooled converter module with at least one a power semiconductor that can be switched off and one of several components, such as capacitor, choke and diode existing circuit for the switchable Power semiconductors (GTO) known. All essential components are included the wiring on a single, as a cast or die-cast part from one high-quality insulating material, such as epoxy resin or polyester resin Insulated subrack arranged.
  • the insulating subrack is with an integrated electrical power current path railing for electrical connection the wiring components and with electrical connections for contacting the wiring components.
  • To build the converter device is to integrate the insulating subrack in a housing.
  • the invention has for its object a throttle assembly for a power converter device of the type mentioned at the outset, which can be easily achieved with the the converter valves and the semiconductor cooler-containing valve assembly and with which overall considerable savings can be made Space requirements, weight and costs are achieved.
  • the advantages that can be achieved with the invention are in particular that with the help of the proposed throttle assembly, a very high assembly and device compression When designing a converter device, what material savings is achieved as well as weight, volume and cost reductions Has.
  • the throttle assembly is absolutely insensitive to moisture and dirt as well designed vibration-proof so that it can be used under the toughest conditions is.
  • FIG. 1 shows a section through a side face of a throttle assembly 1 (Filter choke) for a converter device.
  • a throttle assembly 1 Fanter choke
  • An air gap 6 is formed between the side yoke 5 and the inner core / outer core 2/3.
  • a large number of individual spirals arranged in parallel next to each other wound disc coils 8 wind around the inner core 2.
  • the outer core 3 is in terms of of the cross section flatter and wider than the inner core 2 (at same cross-sectional area), since he also the disc coils 8 and thus a covers larger area.
  • the disc coils 8 are themselves preferably realized as an aluminum flat winding (foil or stranded conductor). This Design is optimal with regard to the reduced space requirement.
  • the mechanical strength - in particular vibration resistance - of the throttle assembly 1 is ensured by an insulating potting 9 (preferably cast resin), which Inner core 2, outer core 3, side yokes, 4, 5 and disc coils 8 and encloses in addition, the air gaps 6, 7 realized as solid air gaps.
  • an insulating potting 9 preferably cast resin
  • the disc coils - ensuring thermal energy produced are the tops the disc coils 8 free of insulating potting 9.
  • the electrical insulation and the Heat transfer to the outside takes place via a massive heat dissipation plate 10 - consisting of a material with good thermal conductivity and good electrical Isolation ability, such as preferably ceramic (for example aluminum oxide or Aluminum nitrite) -, which rests directly on solid profiles 24 of the disc coils 8 and the heat transfer to an external cooler, for example the bottom of the semiconductor cooler of the valve assembly 18 shown in FIG. 3.
  • the electrical connections between the disc coils i.e. the respective ends of the individual coils partly in the form of solid profiles 24 with a rectangular shape or square profile, which are widened, a large cross section have and are in intensive contact with the heat dissipation plate 10, so that - taking into account the distances required for electrical insulation - almost the entire surface of the heat dissipation plate for thermal pressure contacting is exploited.
  • the electrical conductors of the disc coils 8 serve at the same time the heat conduction, the beginning and end of each disc coil the resulting Heat loss via the solid profiles 24 and the heat dissipation plate 10 to the cooler derives.
  • the disc coil connector for the electrical connection of the windings Adjacent disc coils are marked with number 25.
  • the throttle assembly 1 has in addition to its actual function as an inductive electrical Component has additional functions and carries additional components, which are important for the operation of the converter device, in particular an input circuit with fuse and switching element .. This saves one separate clipboard for the input connections of the converter device.
  • An electrical connection 11 is used to connect the throttle assembly with another assembly of the Converter device, preferably with a capacitor assembly shown in Fig. 3 19th
  • the throttle assembly 1 is used for mechanical protection against external influences surrounded by a preferably metallic housing 17, which with corresponding Breakthroughs for the heat sink 10, the components of the input circuit and the electrical connections are provided.
  • Isoliervergusses 9 is the complete input circuit of the converter device several modules 13 to 16 arranged side by side, namely an electrical connection with fuse holder 13 including fuse and fuse indicator, a connecting part 14, the switching element 15 included Switching chamber and magnetic driver and a drive 16 for the switching element 15.
  • the integration of the input circuit eliminates the converter device 20 in the throttle assembly 1 advantageous otherwise usual separate converter clipboard, the fuse and switching chamber holder and especially the weight-intensive cabling for these modules.
  • Via busbars integrated within the insulating encapsulation 9 result in electrically conductive connection paths from the electrical connection 13 with fuse, on to the switching element 15 and over the electrical connection 12 to the disc coils 8 and from there to the external accessible electrical connection 11.
  • the housing 17 has a plurality Provide threaded holes 21.
  • the Converter device 20 is composed of three main groups, namely one central valve assembly 18 with the semiconductor components and the cooler, the Throttle assembly 1 and the capacitor assembly described above in detail 19. Both the throttle assembly 1 and the capacitor assembly 19 use to dissipate the thermal energy produced in their components advantageously the cooler of the valve assembly 18.
  • valve assembly 18 and throttle assembly 1 The mechanical connection between valve assembly 18 and throttle assembly 1 is carried out by means of bolts 22, which are in the aforementioned threaded holes 21 intervene.
  • Disc springs 23 between the mounting flange Valve assembly 18 and the bolt 22 provide the optimal heat transfer required contact force between the flat ground heat dissipation plate 10 and the radiator of the valve assembly.

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Abstract

Es wird eine Drosselbaugruppe für ein Stromrichtergerät vorgeschlagen. Die Drosselbaugruppe weist eine in einem Isolierverguß (9) eingebettete Kern-Anordnung (2 bis 5) mit mehreren aneinander gereihten, jeweils spiralförmig gewickelten Scheibenspulen (8) auf, deren elektrische Verbindungen untereinander zumindest teilweise als Massivprofile (24) ausgebildet sind , welche in intensivem Kontakt mit einer den Isolierverguß (9) durchbrechenden, zur thermischen Druckkontaktierung mit einem externen Kühler geeigneten Wärmeableitplatte (10) stehen. In die Filterdrosselanordnung ist ein Eingangskreis (13 bis 16) des Stromrichtergerätes (20) integriert - bestehend aus einem elektrischen Anschluß (13) mit Sicherung, einem Schaltelement (15) und einem Antrieb (16) für das Schaltelement -, wobei die elektrische Verbindung (12) zwischen Eingangskreis und Scheibenspulen (8) im Isolierverguß (9) eingebettet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselbaugruppe für ein Stromrichtergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise zum Aufbau von Stromrichtern für Straßenbahnen verwendet werden.
Aus der DE 43 38 277 A1 ist ein flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit mindestens einem abschaltbaren Leistungshalbleiter und einer aus mehreren Bauelementen, wie Kondensator, Drossel und Diode bestehenden Beschaltung für den abschaltbaren Leistungshalbleiter (GTO) bekannt. Dabei sind alle wesentlichen Bauelemente der Beschaltung auf einem einzigen, als Guß- oder Druckgußteil aus einem hochwertigen Isoliermaterial, wie Epoxyharz oder Polyesterharz hergestellten Isolierbaugruppenträger angeordnet. Der Isolierbaugruppenträger ist mit einer integrierten elektrischen Leistungsstrompfadverschienung zur elektrischen Verschaltung der Beschaltungsbauelemente und mit elektrischen Anschlüssen zur Kontaktierung der Beschaltungsbauelemente versehen. Zum Aufbau des Stromrichtergerätes ist der Isolierbaugruppenträger in einem Gehäuse einzubinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosselbaugruppe für ein Stromrichtergerät der eingangs genannten Art anzugeben, welche in einfacher Weise mit der die Stromrichterventile und den Halbleiterkühler aufweisenden Ventilbaugruppe verbunden werden kann und mit welcher insgesamt eine beträchtliche Einsparung an Raumbedarf, Gewicht und Kosten erzielt wird.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit Hilfe der vorgeschlagenen Drosselbaugruppe eine sehr hohe Baugruppen- und Geräteverdichtung bei der Konzeption eines Stromrichtergerätes erzielt wird, was Materialeinsparungen sowie Gewichts-, Volumen- und Kostenreduktionen zur Folge hat. Die Drosselbaugruppe ist absolut feuchtigkeits- und schmutzunempfindlich sowie rüttelsicher konzipiert, so daß ein Einsatz unter härtesten Bedingungen möglich ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch eine Seitenfläche einer Drosselbaugruppe,
Fig. 2
einen Schnitt durch eine Hauptoberfläche einer Drosselbaugruppe,
Fig. 3
den prinzipiellen Aufbau eines Stromrichtergerätes mit der Drosselbaugruppe.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Seitenfläche einer Drosselbaugruppe 1 (Filterdrossel) für ein Stromrichtergerät dargestellt. Es sind ein Innenkern 2, ein Außenkern 3 und zwei Seitjoche 4, 5 einer Kern-Anordnung der Filterdrossel zu erkennen. Zwischen Seitjoch 4 und Innenkern/Außenkern 2/3 ist ein Luftspalt 7 sowie zwischen Seitjoch 5 und Innenkern/Außenkern 2/3 ein Luftspalt 6 ausgebildet. Eine Vielzahl einzelner, parallel nebeneinander angeordneter, jeweils spiralförmig gewickelter Scheibenspulen 8 winden sich um den Innenkern 2. Der Außenkern 3 ist hinsichtlich des Querschnittes flacher und breiter als der Innenkern 2 ausgebildet (bei gleicher Querschnittsfläche), da er zusätzlich die Scheibenspulen 8 und somit eine größere Fläche überdeckt. Für die Baukomponenten des Kerns werden vorzugsweise Materialien für hohe Induktion und Feldstärken herangezogen, es können auch gemischte Materialpaarungen verwendet werden. Die Scheibenspulen 8 selbst sind vorzugsweise als Aluminium-Flachwickel (Folien- oder Litzenleiter) realisiert. Diese Ausführungsart ist optimal hinsichtlich des reduzierten Raumbedarfs.
Die mechanische Festigkeit - insbesondere Rüttelfestigkeit - der Drosselbaugruppe 1 wird durch einen Isolierverguß 9 (vorzugsweise Gießharz) gewährleistet, welcher Innenkern 2, Außenkern 3, Seitjoche, 4, 5 und Scheibenspulen 8 umschließt und zudem die Luftspalte 6, 7 als Feststoff-Luftspalte realisiert.
Um eine gute Wärmeabfuhr der innerhalb der Drosselbaugruppe 1 - insbesondere in den Scheibenspulen - produzierten Wärmeenergie sicherzustellen, sind die Oberseiten der Scheibenspulen 8 frei von Isolierverguß 9. Die elektrische Isolation und die Wärmeübertragung nach außen erfolgen über eine massive Wärmeableitplatte 10 - bestehend aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit und guter elektrischer Isolationsfähigkeit, wie vorzugsweise Keramik (beispielsweise Aluminiumoxyd oder Aluminiumnitrit) -, welche direkt auf Massivprofilen 24 der Scheibenspulen 8 aufliegt und den Wärmetransport an einen externen Kühler, beispielsweise die Unterseite des Halbleiterkühlers der in Fig. 3 dargestellten Ventilbaugruppe 18 bewirkt.
Um die Wärmeabfuhr aus den einzelnen Scheibenspulen 8 zu optimieren, sind die elektrischen Verbindungen zwischen den Scheibenspulen (d. h. die jeweiligen Enden der einzelnen Spulen) teilweise in Form von Massivprofilen 24 mit rechteckförmigem oder quadratischem Profil realisiert, die verbreitert sind, einen großen Querschnitt aufweisen und in intensivem Kontakt zur Wärmeableitplatte 10 stehen, so daß - unter Beachtung der zur elektrischen Isolation erforderlichen Abstände - fast die gesamte Fläche der Wärmeableitplatte für die thermische Druckkontaktierung ausgenutzt wird. Die elektrischen Leiter der Scheibenspulen 8 dienen gleichzeitig der Wärmeleitung, wobei Anfang und Ende jeder Scheibenspule die entstehende Verlustwärme über die Massivprofile 24 und die Wärmeableitplatte 10 an den Kühler ableitet. Die Scheibenspulverbinder zur elektrischen Verbindung der Wicklungen benachbarter Scheibenspulen sind mit Ziffer 25 gekennzeichnet.
Die Drosselbaugruppe 1 weist neben ihrer eigentlichen Funktion als induktive elektrische Baukomponente weitere Funktionen auf und trägt weitere Baukomponenten, die für den Betrieb des Stromrichtergerätes von Wichtigkeit sind, wie insbesondere einen Eingangskreis mit Sicherung und Schaltelement.. Sie erspart hierdurch ein separates Klemmbrett für die Eingangsanschlüsse des Stromrichtergerätes.
In der Schnitt-Darstellung gemäß Fig. 1 ist beispielhaft ein in einer Ausnehmung des Isoliervergusses 9 befindliches Schaltelement 15 des Eingangskreises gezeigt, das über eine im Isolierverguß 9 eingebettete elektrische Verbindung 12 (eingegossene Stromschiene) mit den Scheibenspulen 8 verbunden ist. Ein elektrischer Anschluß 11 dient zur Verbindung der Drosselbaugruppe mit einer weiteren Baugruppe des Stromrichtergerätes, vorzugsweise mit einer in Fig. 3 gezeigten Kondensatorbaugruppe 19.
Zum mechanischen Schutz vor äußeren Einwirkungen ist die Drosselbaugruppe 1 von einem vorzugsweise metallischen Gehäuse 17 umgeben, das mit entsprechenden Durchbrüchen für die Wärmeableitplatte 10, die Bauelemente des Eingangskreises und die elektrischen Anschlüsse versehen ist.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Hauptoberfläche der Drosselbaugruppe gezeigt. Es ist zu erkennen, wie die einzelnen Massivprofile 24 der Scheibenspulen 8 aus dem Isolierverguß 9 heraustreten. In der bereits vorstehend erwähnten Ausnehmung des Isoliervergusses 9 ist der komplette Eingangskreis des Stromrichtergerätes mit mehreren nebeneinander aneinandergereihten Baugruppen 13 bis 16 angeordnet, nämlich einem elektrischen Anschluß mit Sicherungshalter 13 inklusive Sicherung und Sicherungsanzeige, einem Verbindungsteil 14, dem Schaltelement 15 inklusive Schaltkammer und magnetischem Treiber und einem Antrieb 16 für das Schaltelement 15. Wie bereits vorstehend erwähnt, entfallen durch die Integration des Eingangskreises des Stromrichtergerätes 20 in die Drosselbaugruppe 1 vorteilhaft das sonst übliche separate Stromrichter-Klemmbrett, die Sicherungs- und Schaltkammerhalterung sowie insbesondere die gewichtsintensive Verkabelung für diese Baugruppen.
Über innerhalb des Isoliervergusses 9 integrierte Stromschienen (siehe beispielsweise elektrische Verbindung 12) ergeben sich elektrisch leitende Verbindungspfade vom elektrischen Anschluß 13 mit Sicherung, weiter zum Schaltelement 15 und über die elektrische Verbindung 12 zu den Scheibenspulen 8 und von dort zum extern zugänglichen elektrischen Anschluß 11.
Zur mechanischen Befestigung der Drosselbaugruppe 1 am Stromrichtergerät 20 und insbesondere zur thermischen Druckkontaktierung ist das Gehäuse 17 mit mehreren Gewindebohrungen 21 versehen.
In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau eines Stromrichtergerätes dargestellt. Das Stromrichtergerät 20 ist aus drei Hauptgruppen zusammengesetzt, nämlich einer zentralen Ventilbaugruppe 18 mit den Halbleiterbauelementen und dem Kühler, der vorstehend im einzelnen beschriebenen Drosselbaugruppe 1 und der Kondensatorbaugruppe 19. Sowohl die Drosselbaugruppe 1 als auch die Kondensatorbaugruppe 19 verwenden zur Ableitung der in ihren Bauelementen produzierten Wärmeenergie vorteilhaft den Kühler der Ventilbaugruppe 18.
Die mechanische Verbindung zwischen Ventilbaugruppe 18 und Drosselbaugruppe 1 erfolgt mittels Schraubbolzen 22, welche in die vorstehend erwähnten Gewindebohrungen 21 eingreifen. Tellerfedern 23 zwischen dem Befestigungsflansch der Ventilbaugruppe 18 und den Schraubbolzen 22 stellen die für die optimale Wärmeübertragung erforderliche Kontaktkraft zwischen der planeben geschliffenen Wärmeableitplatte 10 und dem Kühler der Ventilbaugruppe ein.

Claims (4)

  1. Drosselbaugruppe für ein Stromrichtergerät, gekennzeichnet durch eine in einem Isolierverguß (9) eingebettete Kern-Anordnung (2 bis 5) mit mehreren aneinander gereihten, jeweils spiralförmig gewickelten Scheibenspulen (8), deren elektrische Verbindungen untereinander zumindest teilweise als Massivprofile (24) ausgebildet sind , welche in intensivem Kontakt mit einer den Isolierverguß (9) durchbrechenden, zur thermischen Druckkontaktierung mit einem externen Kühler geeigneten Wärmeableitplatte (10) stehen.
  2. Filterdrosselanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangskreis (13 bis 16) des Stromrichtergerätes (20) integriert ist - bestehend aus einem elektrischen Anschluß (13) mit Sicherung, einem Schaltelement (15) und einem Antrieb (16) für das Schaltelement -, wobei die elektrische Verbindung (12) zwischen Eingangskreis und Scheibenspulen (8) im Isolierverguß (9) eingebettet ist.
  3. Drosselbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Isolierverguß (9) Festisolierstoff-Luftspalte (6, 7) der Kern-Anordnung (2 bis 5) gebildet werden.
  4. Drosselbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Gehäuse (17) vorgesehen ist, welches Gewindebohrungen (21) aufweist, die eine thermische Druckkontaktierung der Drosselbaugruppe (1) mit einem externen Kühler ermöglichen.
EP98106940A 1997-05-23 1998-04-16 Drosselbaugruppe für ein Stromrichtergerät Withdrawn EP0880151A3 (de)

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