WO2002078162A2 - Stromrichteranordnung - Google Patents

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WO2002078162A2
WO2002078162A2 PCT/DE2002/000820 DE0200820W WO02078162A2 WO 2002078162 A2 WO2002078162 A2 WO 2002078162A2 DE 0200820 W DE0200820 W DE 0200820W WO 02078162 A2 WO02078162 A2 WO 02078162A2
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switch
branch
module
converter arrangement
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French (fr)
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WO2002078162A3 (de
Inventor
Alfred Bochtler
Johann Holweg
Mario Schwegmann
Markus Uder
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the invention relates to a converter arrangement according to the preamble of claim 1.
  • each phase module of a bridge circuit has two branch modules which are electrically connected in series. A connection point between these two branch modules, which are electrically connected in series, forms an AC voltage connection, the phase module being electrically conductively connected to a positive and an internal connection of a DC voltage intermediate circuit.
  • Each branch module of this known phase module has two switch modules, which in turn each have two power semiconductor switches that can be switched off. Switchable thyristors are provided as switchable power semiconductors, which are also used as gate turn-off thyristors (GTO-
  • the switch modules also contain a free-wheeling diode, a wiring network and a current rise limiting choke for each power semiconductor switch that can be switched off.
  • the power semiconductor switches and the freewheeling diodes of the switch modules of a branch module are each arranged in a clamping assembly.
  • parasitic inductances have a not negligible influence.
  • the commutation current should preferably not be opposed to any inductance, so that as little voltage as possible occurs across the power semiconductor switch when switching.
  • the leakage inductance of the commutation circuit is proportional to the circuit area, so that if possible Small circuit area on the power semiconductor switch only a low voltage is generated.
  • the circuit area is enclosed by the commutation circuit.
  • the commutation circuit is formed by the DC voltage intermediate circuit, the plus or minus connection and the corresponding branch modules. So that the area enclosed by this commutation circuit is as small as possible, the two branch modules of a phase module are arranged spatially parallel or perpendicular to a main direction running between the plus or minus connection and a load connection. This U-shaped or meandering arrangement of the branch modules of a phase module keeps the circuit area of the commutation circuit small.
  • Branch modules are determined by the DC voltage applied to the phase module. This pending DC voltage determines the required pitch distance of the two branch modules. With this U-shaped arrangement of the branch modules of a phase module, a residual inductance cannot be undercut.
  • phase module for a voltage intermediate circuit converter is known from a national older patent application with the official file number 100 33 438.5.
  • this phase module has at least one semiconductor switch that can be switched off and to which a free-wheeling diode is connected in anti-parallel.
  • the semiconductor switches and the diodes are each arranged in a clamping assembly in such a way that the diodes of the second semiconductor switch are spatially directly opposite the second semiconductor switch and the diode of the first semiconductor switch.
  • the respective semiconductor switch and the respective diode between which the current commutates are arranged directly adjacent to one another, so that the area enclosed by the circuit is minimal.
  • the semiconductor switches and the freewheeling diodes of a phase module can be arranged spatially in this proposed manner, the semiconductor switches and the associated freewheeling diodes of a phase module must be distributed over different clamping assemblies.
  • the elements of a converter valve of a phase module are distributed over at least two clamping assemblies, which are then also arranged spatially separated from one another.
  • a phase module has four clamping associations. Will the elements be one
  • any desired converter arrangement can be built up by means of these clamping assemblies, whereby the halving of the residual inductance can then no longer be achieved.
  • the German utility model G 93 09 428.0 shows a water-cooled converter module that has two clamping brackets.
  • the thyristors that can be switched off are arranged in one clamping assembly and the associated free-wheeling diodes of the converter module are arranged in another clamping assembly.
  • the elements of the wiring networks of the two thyristors that can be switched off and two chokes are also housed in this converter module.
  • the control devices also referred to as gate units, are attached to the converter module.
  • Such converter modules are used in traction converters.
  • the invention is based on the object of developing a converter arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that a particularly low inductance is established in the commutation circuit. This object is achieved according to the invention in a converter arrangement of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
  • the two branch modules of a phase module are arranged in a V-shape, the area enclosed by the commutation circuit and thus the inductance of the commutation circuit are significantly reduced.
  • the V-shaped arrangement means that the two branch modules are no longer spaced apart at their connection points, the minimum distance depending on the voltage applied to the phase module. This halves the possible residual inductance of a U-shaped arrangement of two branch modules of a phase module.
  • this shortened connecting rail also has a lower inductance.
  • the inductance in the commutation circuit of a phase module, the branch modules of which are arranged in a V-shape is lower than half of a residual inductance in a U-shaped arrangement of the branch modules.
  • the power semiconductor switches which can be switched off are each arranged in a clamping assembly in a switch module of a branch module.
  • a high-voltage phase module this results in the smallest structural unit of a phase module being switch module clamping assemblies, each of which is at least half shorter than a branch module clamping assembly.
  • connection point of these two branch modules 10 and 12 forms an AC voltage connection of the phase module 2.
  • each switch module 14 or 16 has two power semiconductor switches 8 that can be switched off.
  • This converter arrangement shown is a two-point converter arrangement with a series connection number of four. It can be seen from this arrangement that the branch modules 10 and 12 can each have more than two switch modules 14 and 16. The number of switch modules
  • the number of power semiconductor switches 8 that can be switched off depends on the voltage capability of these power semiconductor switches 8 and the DC voltage U DC present .
  • a series switching number of 24 for example, a branch module 10 or. 12 for example two switch modules 14 or. 16 each with twelve switchable power semiconductor switches 8 or four switch modules 14 or 16 each with six switchable power semiconductor switches 8. How the number of switchable power semiconductor switches 8 to be used is distributed among the switch modules 14 and 16 is left to the person skilled in the art.
  • a first embodiment of a phase module 2 of a converter arrangement according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the invention consists in that the two branch modules 10 and 12 of the phase module 2 are arranged in a V-shape.
  • the common point of the two V-shaped branch modules 10 and 12 is a point of equal potential.
  • This point of the phase module 2 is the connection point of the two branch modules 10 and 12 which forms the AC voltage connection of the phase module 2.
  • the two branch modules 10 and 12 each have two switch modules 14 and 16, each of which has a plurality of power semiconductor switches 8 that can be switched off.
  • the distance of the free ends of this V- Modules 10 and 12 arranged in a shape are determined by the DC voltage U D c present at these two ends.
  • the two further phase modules of a three-phase converter arrangement are constructed in accordance with phase module 2 in FIG. 2.
  • These V-shaped phase modules 2 can be arranged spatially one above the other, with no required air gap distance having to be maintained.
  • the respective free ends of the branch modules 10 and 12 are each electrically connected in parallel by means of a positive or negative busbar and electrically conductively connected to the capacitor bank 6 of the DC voltage intermediate circuit 4.
  • switchable power semiconductor switches 8 used If the number of switchable power semiconductor switches 8 used is so large because of the DC voltage U DC present at the phase module 2 and the voltage compatibility of the switchable power semiconductor switches 8 used, that these must be distributed to four or more switch modules 14 or 16 per branch module 10 or 12 there are further embodiments of the phase module 2 of a converter arrangement according to the invention. These further embodiments are shown in more detail in FIGS. 3 to 7. The reference symbols for the same components are retained.
  • FIG. 3 shows a horizontal extension of the switch modules 14 and 16 of a phase module 2.
  • the two branch modules 10 and 12 are arranged in parallel, spatially spaced apart. The distance is like this dimensioned so that a required air gap can be maintained.
  • the V-shaped switch modules 14 and 16 of a branch module 10 or 12 reduce the current path length of the commutation circuit and thus the inductance of the commutation circuit.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the phase module 2 according to FIG. 3, which differs from this embodiment in that the branch modules 10 and 12 are also arranged in a V-shape.
  • This embodiment according to FIG. 4 is a combination of the embodiments of FIGS. 2 and 3. Due to the V-shaped arrangement of the two branch modules 10 and 12, the possible residual inductance in the commutation circuit is halved compared to the U-shaped arrangement of the two branch modules 10 and 12 ,
  • FIG. 5 shows a vertical extension of the switch modules 14 and 16 of a phase module 2 in more detail.
  • the current path and thus the inductance of the commutation circuit is shortened as a result of the V-shaped arrangement of the switch modules 14 and 16.
  • Another advantage of this vertical alignment of the V-shaped switch modules 14 and 16 is that the phase modules 2 of a multi-phase converter arrangement can be arranged spatially in parallel.
  • the capacitor bank 6 of the DC voltage intermediate circuit 4 can be arranged spatially parallel to the spatially parallel phase modules 2, the connections of this capacitor bank 6 being arranged on opposite sides, for example rarely on the forehead.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a phase module 2 of a converter arrangement according to the invention.
  • five switch modules 14 and 16 are used per branch module 10 and 12, respectively.
  • These ten switch modules 14 and 16 are distributed over several levels of the phase module 2 in such a way that two switch modules 14 and 16 V are arranged in a shape.
  • the current path of the commutation circuit and thus its inductance is shortened.
  • Such an arrangement is used in a high-voltage converter arrangement, in particular in a high-voltage direct current transmission system.
  • FIG. 7 illustrates a continuation of the tower arrangement of a phase module 2 of a converter arrangement, the V-shaped arrangement of two switch modules 14 and 16 being used within one floor also beyond the individual floors of the tower. For reasons of clarity, an upper and a lower floor have been omitted compared to the tower design according to FIG. 6.
  • the switch module 14 or 16 has two clamping associations running spatially parallel.
  • One tensioning assembly has the power semiconductor switches 8 that can be switched off, whereas the second tensioning assembly has the associated freewheeling diodes.
  • the circuit components associated with the power semiconductor switches 8 that can be switched off, the control devices and the elements of the coolant system are arranged in the switch module 14 or 16.
  • the switch module 14 or 16 thus forms a functional converter valve with the number of series connections greater than two.
  • a converter valve of a phase module 2 of a two-point high-voltage converter arrangement is a branch module which can have a plurality of modules 14 and 16 ,
  • Switchable thyristors also known as gate-turn-off thyristors (GTO), or also insulated-gate bipolar transistors (IGBT), are used as switchable power semiconductor switches 8 of the switch modules 14 and 16. Which component as a switchable power semiconductor switch 8 in Switch module 14 or 16 is used depends not only on the level of the DC voltage U DC occurring and is left to the expert.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranordnung mit mindestens einem Phasenmodul (2) einer Brückenschaltung, wobei jedes Phasenmodul (2) zwei elektrisch in Reihe geschaltete Zweigmodule (10,12) aufweist und mit einem Plus- bzw. Minusanschluss eines Gleichspannungs-Zwischenkreises (4) elektrisch leitend verbunden ist, wobei ein Verbindungspunkt dieser beiden Zweigmodule (10,12) einen Wechselspannungs-Anschluss des Phasenmoduls (2) bildet, und wobei die Zweigmodule (10,12) jeweils wenigstens zwei Schaltermodule (14,16) aufweisen, die jeweils wenigstens zwei abschaltbare Leistungshalbleiterschalter (8) aufweisen. Erfindungsgemäß sind die beiden Zweigmodule (10,12) eines Phasenmoduls (2) ausgehend von ihrem Verbindungspunkt V-förmig angeordnet. Somit erhält man einen sehr niederinduktiven Kommutierungskreis, dessen Induktivität kleiner als die Hälfte einer minimalen Restinduktivität ist.

Description

Beschreibung
Stromrichteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Stromrichteranordnung ist aus dem europäischen Patent 0 660 496 bekannt. Bei dieser bekannten Stromrichter- anordnung weist jedes Phasenmodul einer Brückenschaltung zwei Zweigmodule auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Ein Verbindungspunkt dieser beiden elektrisch in Reihe geschalteter Zweigmodule bildet einen Wechselspannungs-Anschluss, wobei das Phasenmodul mit einem Plus- und einem inusanschluss eines Gleichspannungs-Zwischenkreises elektrisch leitend verbunden ist. Jedes Zweigmodul dieses bekannten Phasenmoduls weist zwei Schaltermodule auf, die ihrerseits jeweils zwei abschaltbare Leistungshalbleiterschalter aufweisen. Als abschaltbare Leistungshalbleiter sind abschaltbare Thyristoren vorgesehen, die auch als Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO-
Thyristor) bezeichnet werden. Die Schaltermodule enthalten ebenfalls pro abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter jeweils eine Freilaufdiode, ein Beschaltungsnetzwerk und eine Stromanstiegsbegrenzungsdrossel auf. Die Leistungshalbleiter- Schalter und die Freilaufdioden der Schaltermodule eines Zweigmoduls sind jeweils in einem Spannverband angeordnet.
Bei einer Stromrichteranordnung mit einem Gleichspannungs- Zwischenkreis haben parasitäre Induktivitäten eine nicht zu vernachlässigenden Einfluss. Insbesondere bei der Kommutierung des Stromes von einem Brückenzweig zum anderen sollte dem Kommutierungsstrom möglichst keine Induktivität entgegengesetzt werden, damit beim Umschalten möglichst wenig Spannung über dem Leistungshalbleiterschalter auftritt.
Die Streuinduktivität des Kommutierungsstromkreises ist proportional der Stromkreisfläche, so dass bei einer möglichst kleinen Stromkreisfläche am Leistungshalbleiterschalter nur eine geringe Spannung erzeugt wird. Die Stromkreisfläche wird vom Kommutierungsstromkreis eingeschlossen. Der Kommutierungsstromkreis wird durch den Gleichspannungs-Zwischenkreis, den Plus- bzw. Minusanschluss und die entsprechenden Zweigmodule gebildet. Damit die von diesem KommutierungsStromkreis eingeschlossene Fläche möglichst klein ist, sind die beiden Zweigmodule eines Phasenmoduls räumlich parallel oder senkrecht zu einer zwischen dem Plus- bzw. Minusanschluss und ei- nem Lastanschluss verlaufenden Hauptrichtung angeordnet. Durch diese U-förmige oder mäanderförmige Anordnung der Zweigmodule eines Phasenmoduls wird die Stromkreisfläche des Kommutierungsstromkreises klein gehalten.
Der minimale Abstand zwischen den U-förmig angeordneten
Zweigmodulen wird von der am Phasenmodul anstehenden Gleichspannung bestimmt. Diese anstehende Gleichspannung bestimmt den erforderlichen Schlagweitenabstand der beiden Zweigmodule. Somit kann mit dieser U-förmigen Anordnung der Zweigmodu- le eines Phasenmoduls eine Restinduktivität nicht unterschritten werden.
Aus einer nationalen älteren Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 100 33 438.5 ist ein Phasenbaustein für ei- nen Spannungszwischenkreisumrichter bekannt. Dieser Phasenbaustein weist für jeden Schalter wenigstens einen abschaltbaren Halbleiterschalter auf, dem eine Freilaufdiode antiparallel geschaltet ist. Die Halbleiterschalter und die Dioden sind jeweils derart in einem Spannverband angeordnet, dass die Dioden des zweiten Halbleiterschalters dem ersten Halbleiterschalter und die Diode des ersten Halbleiterschalters dem zweiten Halbleiterschalter räumlich unmittelbar gegenüber liegend angeordnet sind. Dadurch sind der jeweilige Halbleiterschalter und die jeweilige Diode, zwischen denen der Strom kommutiert, einander direkt benachbart angeordnet, so dass die vom Stromkreis eingeschlossene Fläche minimal ist. Gegenüber der Ausführungsform der EP 0 660 496 Bl hat sich die Stromkreisfläche des Kommutierungsstromkreises bei gleichem Luftstreckenabstand halbiert. Somit hat sich die Restinduktivität der U-förmigen Anordnung der Zweigmodule eines Phasenmoduls auf die Hälfte verringert.
Damit die Halbleiterschalter und die Freilaufdioden eines Phasenmoduls in dieser vorgeschlagenen Weise räumlich angeordnet werden können, müssen die Halbleiterschalter und die zugehörigen Freilaufdioden eines Phasenmoduls auf unterschiedliche Spannverbände verteilt werden. D.h., man verteilt die Elemente eines Stromrichterventils eines Phasenmoduls auf wenigstens zwei Spannverbände, die dann auch noch räumlich getrennt zueinander angeordnet werden. Dadurch weist ein Pha- senmodul vier Spannverbände auf. Werden die Elemente eines
Stromrichterventils eines Phasenmoduls in einem Spannverband angeordnet bzw. eine Untermenge davon in einem Spannverband angeordnet, kann man mittels dieser Spannverbände jede beliebige Stromrichteranordnung aufbauen, wobei dann die Halbie- rung der Restinduktivität nicht mehr erreicht werden kann.
Das deutsche Gebrauchsmuster G 93 09 428.0 zeigt ein wassergekühltes Stromrichtermodul, das zwei Spannverbände aufweist. In einem Spannverband sind die abschaltbaren Thyristoren und in einem anderen Spannverband sind die zugehörigen Freilaufdioden des Stromrichtermoduls angeordnet. In diesem Stromrichtermodul sind ebenfalls die Elemente der Beschaltungs- netzwerke der beiden abschaltbaren Thyristoren und zwei Drosseln untergebracht. Außerdem sind am Stromrichtermodul die Ansteuereinrichtungen, auch als Gate-Unit bezeichnet, angebracht. Derartige Stromrichtermodule werden bei Traktionsstromrichter verwendet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Stromrich- teranordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass sich eine besonders niedrige Induktivität im Kommutierungskreis einstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Stromrichteranordnung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass die beiden Zweigmodule eines Phasenmoduls V- förmig angeordnet sind, verringert sich die vom Kommutierungsstromkreis eingeschlossene Fläche und damit die Induktivität des Kommutierungsstromkreises wesentlich. Durch die V- förmige Anordnung werden die beiden Zweigmodule nicht mehr an ihren Verbindungspunkten beabstandet angeordnet, wobei der Mindestabstand von der am Phasenmodul anstehenden Spannung abhängig ist. Dadurch halbiert sich die mögliche Restinduktivität einer U-förmigen Anordnung zweier Zweigmodule eines Phasenmoduls. Da außerdem sich die Längen einer Verbindungs- Stromschiene zweier Zweigmodule in U-förmiger Anordnung bei einer V-förmigen Anordnung wesentlich verkürzt, weist diese verkürzte Verbindungsschiene ebenfalls eine niedrigere Induktivität auf. Somit wird die Induktivität im Kommutierungskreis eines Phasenmoduls, dessen Zweigmodule V-förmig angeordnet sind, niedriger als die Hälfte einer Restinduktivität bei einer U-förmigen Anordnung der Zweigmodule.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer Stromrichteranordnung sind die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter jeweils eines Schaltermoduls eines Zweigmoduls in einem Spannverband angeordnet. Dadurch erhält man bei einem Hochspannungs-Phasenmodul als kleinste Baueinheit eines Phasenmoduls Schaltermodul-Spannverbände, die jeweils gegenüber einem Zweigmodul-Spannverband mindestens um die Hälfte kürzer ausfallen. Dadurch erhält man einerseits handbare Baueinheiten und andererseits besteht nun die Möglichkeit, Zweigmodule unabhängig von einer anliegenden Spannung aufbauen zu können. Durch die Aufteilung eines Zweigmoduls in wenigstens zwei Schaltermodul-Spannverbände besteht nun die Möglichkeit, den Aufbau eines Phasenmoduls unterschiedlich ausführen zu können, wobei als Optimierungskriterium der Platzbedarf gewählt werden kann. co CO ro ) 1 μ> cn O cn O n o Cn iQ ω cn tr tr σ T3 P CΛ tπ H ^ ^ •^1 3 co tu ΓNJ ro co r Φ DJ Φ DJ DJ ro rt o P H H H DJ ro s tr H D3 φ Φ O Ό t ro d P π- Φ O DJ: o μ- ro s: Cfl tr DJ tT μ- rt H l-i H P H Ω Q cn o rt P N 1-5 rt μ- H d Ω μ-
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Verbindungspunkt dieser beiden Zweigmodule 10 und 12 bildet einen Wechselspannungs-Anschluss des Phasenmoduls 2.
In der dargestellten Anordnung weist j edes Schaltermodul 14 bzw. 16 zwei abschaltbare Leistungshalbleiterschalter 8 auf . Bei dieser dargestellten Stromrichteranordnung handelt es sich um eine Zweipunkt-Stromrichteranordnung mit einer Reihenschaltzahl vier. Dieser Anordnung ist zu entnehmen, dass die Zweigmodule 10 und 12 j eweils mehr als zwei Schaltermodu- le 14 und 16 aufweisen können . Die Anzahl der Schaltermodule
14 bzw . 16 hängt von der anstehenden Gleichspannung UDC ab
< und davon, wie viele abschaltbare Leistungshalbleiterschalter
8 in einem Schaltermodul 14 bzw . 16 zusammengefasst werden sollen . Die Anzahl der verwendeten abschaltbaren Leistungs- halbleiterschalter 8 hängt vom Spannungsvermögen dieser Leistungshalbleiterschalter 8 und der anstehenden Gleichspannung UDC ab . Bei einer Reihenschaltzahl von beispielsweise 24 weist ein Zweigmodul 10 bzw . 12 beispielsweise zwei Schaltermodule 14 bzw . 16 mit j e zwölf abschaltbaren Leistungshalb- leiterschalter 8 oder vier Schaltermodule 14 bzw. 16 mit j e sechs abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 8 auf . Wie die Anzahl der zu verwendeten abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 8 auf die Schaltermodule 14 und 16 verteilt werden, bleibt dem Fachmann überlassen.
In der FIG 2 ist eine erste Ausführungsform eines Phasenmoduls 2 einer erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung schematisch dargestellt. Die Erfindung besteht darin, dass die beiden Zweigmodule 10 und 12 des Phasenmoduls 2 V-förmig ange- ordnet sind. Der gemeinsame Punkt der beiden V-förmig angeordneten Zweigmodule 10 und 12 ist ein Punkt gleichen Potentials. Dieser Punkt des Phasenmoduls 2 ist der Verbindungspunkt der beiden Zweigmodule 10 und 12 der den Wechselspannungs-Anschluss des Phasenmoduls 2 bildet. Die beiden Zweig- module 10 und 12 weisen jeweils zwei Schaltermodule 14 und 16 auf, die jeweils mehrere abschaltbare Leistungshalbleiterschalter 8 aufweisen. Der Abstand der freien Enden dieser V- förmig angeordneten Module 10 und 12 wird durch die an diesen beiden Enden anstehenden Gleichspannung UDc bestimmt. In Abhängigkeit von dieser Gleichspannung UDC ergibt sich ein minimaler Schlagweitenabstand, der eingehalten werden muss. Der von diesen beiden Zweigmodulen 10 und 12 eingeschlossene Winkel ist einerseits von dem geforderten Luftstreckenabstand und andererseits von der länglichen Ausdehnung der Zweigmodule 10 und 12 abhängig. Werden anstelle von nur zwei Schaltermodulen 14 und 16 pro Zweigmoduls 10 bzw. 12 vier Schaltermo- dule 14 bzw. 16 verwendet, so wird der angeschlossene Winkel bei gleichbleibender Gleichspannung UDC kleiner.
Die beiden weiteren Phasenmodule einer dreiphasigen Stromrichteranordnung sind entsprechend dem Phasenmodul 2 in der FIG 2 aufgebaut. Diese V-förmigen Phasenmodule 2 können räumlich übereinander angeordnet werden, wobei kein geforderter Luftstreckenabstand eingehalten werden muss. Die jeweiligen freien Enden der Zweigmodule 10 und 12 werden jeweils mittels einer Plus- bzw. Minusstromschiene elektrisch parallel ge- schaltet und mit der Kondensatorbatterie 6 des Gleichspan- nungs-Zwischenkreises 4 elektrisch leitend verbunden.
Ist die Anzahl der verwendeten abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 8 wegen der am Phasenmodul 2 anstehenden Gleichspannung UDC und der Spannungsverträglichkeit dieser verwendeten abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 8 so groß, dass diese pro Zweigmodul 10 bzw. 12 auf vier und mehr Schaltermodule 14 bzw. 16 verteilt werden müssen, so ergeben sich weitere Ausführungsformen des Phasenmoduls 2 einer er- findungsgemäßen Stromrichteranordnung. Diese weiteren Ausführungsformen sind in den FIG 3 bis 7 näher dargestellt. Dabei werden die Bezugszeichen für gleiche Bauelemente beibehalten.
Die FIG 3 zeigt eine horizontale Ausdehnung der Schaltermodu- le 14 und 16 eines Phasenmoduls 2. Bei dieser Ausführungsform des Phasenmoduls 2 sind die beiden Zweigmodule 10 und 12 räumlich beabstandet parallel angeordnet. Der Abstand ist so bemessen, dass ein geforderter Luftstreckenabstand eingehalten werden kann. Durch die V-förmig angeordneten Schaltermodule 14 und 16 eines Zweigmoduls 10 bzw. 12 reduziert sich die Strompfadlänge des Kommutierungskreises und damit die In- duktivität des Kommutierungskreises.
In der FIG 4 ist eine Ausführungsform des Phasenmoduls 2 nach FIG 3 dargestellt, die sich von dieser Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass ebenfalls die Zweigmodule 10 und 12 V-förmig angeordnet sind. Diese Ausführungsform gemäß FIG 4 ist eine Kombination der Ausführungsformen der FIG 2 und 3. Durch die V-förmige Anordnung der beiden Zweigmodule 10 und 12 wird gegenüber der U-förmigen Anordnung der beiden Zweigmodule 10 und 12 gemäß FIG 3 die mögliche Restinduktivität im Kommutierungskreis halbiert.
In der FIG 5 ist eine vertikale Ausdehnung der Schaltermodule 14 und 16 eines Phasenmoduls 2 näher dargestellt. Bei dieser Ausführungsform verkürzt sich in Folge der V-förmigen Anord- nung der Schaltermodule 14 und 16 der Strompfad und damit die Induktivität des Kommutierungskreises. Ein weiterer Vorteil dieser vertikalen Ausrichtung der V-förmig angeordneten Schaltermodule 14 und 16 liegt darin, dass die Phasenmodule 2 einer mehrphasigen Stromrichteranordnung räumlich parallel angeordnet werden können. Außerdem kann die Kondensatorbatterie 6 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 räumlich parallel zu den räumlich parallel angeordneten Phasenmodulen 2 angeordnet werden, wobei die Anschlüsse dieser Kondensatorbatterie 6 auf gegenüber liegenden Seiten, beispielsweise Stirn- selten, angeordnet sind.
Die FIG 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Phasenmoduls 2 einer erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung. Bei dieser Ausführungsform werden pro Zweigmodul 10 bzw. 12 fünf Schaltermodule 14 bzw. 16 verwendet. Diese zehn Schaltermodule 14 und 16 sind auf mehrere Etagen des Phasenmoduls 2 derart verteilt, dass jeweils zwei Schaltermodule 14 bzw. 16 V- förmig angeordnet sind. Gegenüber einer U-förmigen Anordnung von Schaltermodulen 14 und 16 verkürzt sich der Strompfad des Kommutierungskreises und damit dessen Induktivität. Eine derartige Anordnung wird bei einer Hochspannungs-Stromrichter- anordnung, insbesondere einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung-Anlage, verwendet.
In der FIG 7 ist eine Weiterführung der Turmanordnung eines Phasenmoduls 2 einer Stromrichteranordnung veranschaulicht, wobei die V-förmige Anordnung zweier Schaltermodule 14 und 16 innerhalb einer Etage auch über die einzelnen Etagen des Turmes hinaus angewendet wird. Wegen der Übersichtlichkeit ist gegenüber der Turmausführung gemäß FIG 6 jeweils eine obere und eine untere Etage weggelassen worden.
Bei allen Ausführungsformen weist das Schaltermodul 14 bzw. 16 zwei räumlich parallel verlaufende Spannverbände auf. Der eine Spannverband weist die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 8 auf, wogegen der zweite Spannverband die zuge- hörigen Freilaufdioden aufweist. Außerdem sind in dem Schaltermodul 14 bzw. 16 die zu den abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 8 zugehörigen Beschaltungsbauelemente, die Steuereinrichtungen und die Elemente des Kühlflüssigkeitssys- tems angeordnet. Das Schaltermodul 14 bzw. 16 bildet somit ein funktionstüchtiges Stromrichterventil mit der Reihenschaltzahl größer zwei. In Abhängigkeit der am Phasenmodul 2 anstehenden Gleichspannung UDC müssen mehrere solcher Schaltermodule 14 bzw. 16 elektrisch leitend verbunden werden, d.h., ein Stromrichterventil eines Phasenmoduls 2 einer Zwei- punkt-Hochspannungs-Stromrichteranordnung ist ein Zweigmodul das mehrere Module 14 bzw. 16 aufweisen kann.
Als abschaltbare Leistungshalbleiterschalter 8 der Schaltermodule 14 bzw. 16 werden abschaltbare Thyristoren, auch als Gate-Turn—Off-Thyristor (GTO) bekannt, oder auch Insulated- Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) verwendet. Welches Bauelement als abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter 8 im Schaltermodul 14 bzw. 16 verwendet wird, hängt nicht nur von der Höhe der auftretenden Gleichspannung UDC ab und bleibt dem Fachmann überlassen.
Bezugszeichenliste
2 Phasenmodul
4 Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 Kodensatorbatterie
8 abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter
10,12 Zweigmodul
14,16 Schaltermodul
UDC Gleichspannung

Claims

Patentansprüche
1. Stromrichteranordnung mit mindestens einem Phasenmodul (2) einer Brückenschaltung, wobei jedes Phasenmodul (2) zwei elektrisch in Reihe geschaltete Zweigmodule (10,12) aufweist und mit einem Plus- bzw. Minusanschluss eines Gleichspan- nungs-Zwischenkreises (4) elektrisch leitend verbunden ist, wobei ein Verbindungspunkt der beiden Zweigmodule (10,12) einen Wechselspannungs-Anschluss des Phasenmoduls (2) bildet, und wobei diese Zweigmodule (10,12) jeweils mindestens zwei
Schaltermodule (14,16) aufweisen, die jeweils wenigstens zwei abschaltbare Leistungshalbleiterschalter (8) mit zugehörigen Netzwerken für Beschaltung, Freilauf und Strombegrenzung aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass diese beiden Zweigmodule (10,12) ausgehend von ihren Verbindungspunkt V-förmig angeordnet sind.
2. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die ab- schaltbaren Leistungshalbleiterschalter (8) jeweils eines
Schaltermoduls (14,16) eines Zweigmoduls (10,12) entlang einer Stapelrichtung in einem Spannverband angeordnet sind.
3. Stromrichteranordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils zwei Schaltermodule (14,16) ausgehend von ihrem Verbindungspunkt V-förmig angeordnet sind.
4. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Zweigmodule (10,12) des Phasenmoduls (2) räumlich parallel beabstandet zueinander angeordnet sind.
5. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Zweigmodule (10,12) des Phasenmoduls (2) räumlich in einer Reihe zueinander angeordnet sind.
6. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils zwei Schaltermodule (14,16) eines Phasenmoduls (2) räumlich übereinander in beabstandeten Etagen angeordnet sind.
7. Stromrichteranordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schaltermodule (14,16) zweier benachbarter Etagen ausgehend von ihrem Verbindungspunkt V-förmig angeordnet sind.
8. Stromrichteranordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der maximale Abstand zweier V-förmig angeordneter Schaltermodule (14,16) gleich einem geforderten Luftstreckenabstand ist.
9. Stromrichteranordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Freilaufdioden eines Schaltermoduls (14,16) eines Zweig- moduls (10,12) entlang einer Stapelrichtung in einem Spannverband angeordnet sind, der räumlich parallel zum Spannverband der Leistungshalbleiterschalter (8) angeordnet ist.
10. Stromrichteranordnung nach einem der vorgenannten Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils ein Leistungshalbleiterschalter (8) eines Spannverbandes zwischen zwei Kühldosen angeordnet ist.
11. Stromrichteranordnung nach einem der vorgenannten Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter (8) ein abschaltbarer Thyristor vorgesehen ist.
12. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter ein Insulated-Gate- Bipolar-Transistor vorgesehen ist.
13. Stromrichterschaltung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Insu- lated-Gate-Bipolar-Transistor scheibenförmig ausgebildet ist.
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