DE1122178B - Gleichrichteranlage mit einem in einem OElkessel untergebrachten Hochstromtransformator und mit Einkristall-Halbleiterzellen - Google Patents

Description

Gleichrichteranlagen zur Durchführung elektrochemischer Prozesse müssen in der Lage sein, bei verhältnismäßig niedrigen Spannungen sehr hohe Ströme zu liefern. Man bezeichnet derartige Einrichtungen auch als Hochstromgleichrichteranlagen. Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades ist es erwünscht, die induktiven und ohmschen Widerstände innerhalb derselben möglichst klein zu halten. Die Länge der Gleichstromleitungen wird praktisch bestimmt durch den konstruktiven Aufbau der betreffenden Verbraucheranlage. Es besteht aber die Möglichkeit, innerhalb der Gleichrichteranlage selbst die Länge der Drehstromleitungen so klein wie möglich zu halten.

Ohne Berücksichtigung der bei hohen Strömen auftretenden Stromverdrängung ist z. B. in der Sternpunktschaltung mit Saugdrossel der erforderliche gesamte Drehstromschienenquerschnitt das l,73fache des Schienenquerschnittes eines Gleichstrompols. Bei der Brückenschaltung steigt dieser Aufwand auf das 2,45fache und auf das 3,46fache, wenn die Brückenverzweigung z. B. im Transformator mit der magnetischen Spannungssteuerung überTransduktoren untergebracht ist. Aus diesen Zahlen ergibt sich schon im Hinblick auf das Kupfergewicht die Forderung nach möglichst geringer Leitungslänge.

Man hat diese Aufgabe zum Teil schon dadurch gelöst, daß man die erforderlichen Selengleichrichter innerhalb des Gehäuses des Transformators, also unter öl, betrieben hat. Die Anbringung der Gleichrichterelemente an einem derart unzugänglichen Ort kann unter Umständen statthaft sein, weil die Selengleichrichter selbstheilend sind bzw. bei Defekten wenigstens ihre Sperrwirkung behalten.

In jüngerer Zeit haben sich einkristalline Gleichrichterelemente auf Germanium- und Siliziumbasis sehr stark in den Vordergrund geschoben, da diese einen geringeren Raumbedarf und einen hohen Wirkungsgrad haben. Im Gegensatz zu den anfangs erwähnten Selengleichrichtern haben diese neuen Halbleiterzellen jedoch die Eigenschaft, bei Defektwerden Kurzschlüsse zu bilden, und sie müssen dementsprechend im Schadensfall ausgewechselt werden. Im Inneren des Transformatorkessels angeordnete Gleichrichterzellen sind aber nur schwer zugänglich. Dieser Nachteil wird bei der vorliegenden Gleichrichteranlage vermieden.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Gleichrichteranlage mit einem in einem ölkessel untergebrachten Hochstromtransformator und mit Einkristallhalbleiterzellen, z. B. auf Germanium- oder Siliziumbasis, zur Versorgung elektrochemischer oder anderer Hochstromverbraucher. Erfindungsgemäß

Gleichrichteranlage
mit einem in einem Ölkessel untergebrachten

Hochstromtransformator
und mit Einkristall-Halbleiterzellen

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Günter Kliesch, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

sind in mindestens einer Seitenwand des Transformatorkessels unterhalb des Ölspiegels eine oder mehrere Einsatzplatten, auf deren Vorderseite die Gleichrichterzellen mittels in Blindbohrungen eingeschraubter Gewindebolzen befestigt sind und deren Rückseite mit Kühlrippen versehen ist, gegen die Kesselwand isoliert und dicht abschließend so eingesetzt, daß die Kühlrippen in das Öl des Transformators eintauchen. Hierdurch werden die Vorteile einer leichten Auswechselbarkeit der Gleichrichterzellen und einer kurzen Leitungsführung mit den Vorteilen der bekannten Flüssigkeitskühlung der Halbleitergleichrichterzellen verbunden; denn das Transformatoröl strömt an den Kühlrippen entlang und dient damit gleichzeitig als Kühlmittel für die Gleichrichterzellen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung soll auf die Zeichnung Bezug genommen werden. Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Gleichrichteranlage nach der Erfindung. In den Fig. 2 bis 7 ist die Anordnung der Gleichrichterzellen bei verschiedenen Transformatorschaltungen veranschaulicht.

Fig. 1 stellt eine Gleichrichteranlage mit Transformator, insbesondere für die Versorgung elektrochemischer oder anderer Hochstromverbraucher, schematisch dar, deren Gleichrichterzellen auf Einsatzplatten 2 lösbar angebracht sind, die auf ihrer Rückseite mit Kühlrippen versehen und in die Transformatorwand so eingesetzt sind, daß die Kühlrippen in das Kühlmittel des Transformators, z. B. öl, eintauchen. Auf den Einsatzplatten 2 werden die Gleichrichterzellen 1 vorteilhaft mittels Gewindebolzen befestigt, die in Blindbohrungen der Platten 2 eingeschraubt werden. Es ist dann möglich, Gleichrichterzellen auszuwechseln, ohne daß das Transformatorgehäuse geöffnet wird.

109 760/357

Fig. 2 stellt eine Gleichrichter-Brückenschaltung dar, bei der beispielsweise der Minuspol mit einer für die drei Brückenzweige gemeinsamen Einsatzplatte verbunden sein kann. Es ist hierbei allerdings notwendig, daß die Abzweigungsleitungen 4 zur zweiten Gleichrichtergruppe isoliert durch die Gehäusewand nach außen hindurchgeführt werden. Die zum positiven Pol führenden Gleichrichterzellen sind für jede Phase auf einer besonderen Einsatzplatte 5 montiert, die wieder isoliert in die Gehäusewandung 3 eingesetzt ist. Die strichlierte Linie soll in dieser und den folgenden Figuren die Gehäusewand 3 schematisch darstellen, die Primärwicklungen sind in allen Fällen weggelassen, da sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ohne Belang sind.

Fig. 3 stellt gleichfalls eine einfache Brückenschaltung dar, wobei jedoch gegenüber Fig. 2 in den beiden Zweigen jeder Phase Gleichrichterzellen mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen verwendet sind. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die von den Abzweigungspunkten kommenden Leitungen des Transformators im Innern desselben zu den Gleichrichterzellen 6 und 7 geführt werden können, es ist also keine Durchführung an der Gehäusewand erforderlich. Ein geringer Nachteil ist lediglich darin zu sehen, daß diese Gleichrichterzellen auf der negativen Seite phasenmäßig getrennt auf Einzelplatten 8 und voneinander isoliert in die Wand des Transformatorengehäuses eingebaut werden müssen.

Die Gleichrichterzellen müssen jedoch nicht alle in einer Gehäusewand eingesetzt werden, sondern können auch an zwei oder mehreren Wänden angebracht sein. Fig. 3 a zeigt diesen Fall für die bereits in Fig. 2 und 3 erwähnte Brückenschaltung. Elektrisch gesehen ist diese Schaltung derjenigen von Fig. 3 völlig gleichwertig, bietet jedoch unter Umständen hinsichtlich der Verbindungen mit einer Verbraucheranlage konstruktive Vorteile.

Fig. 4 zeigt schematisch die bekannte Doppelsternschaltung mit Saugdrossel 9 in der normalen Aufbauform. Jede einer Phase zugehörige Gleichrichtergruppe befindet sich auf einer Einsatzplatte, die isoliert in der Gehäusewand eingesetzt ist.

Die gleiche elektrische Schaltung ist in Fig. 5 unter Verwendung von Gleichrichterzellen in umgekehrter Durchgangsrichtung dargestellt. Diese Schaltung bietet den Vorteil, daß sämtliche Gleichrichter auf einer gemeinsamen Einsatzplatte 10 befestigt sind, so daß außerdem die Möglichkeit besteht, diese Einsatzplatte, die den positiven Pol der Anlage darstellt, gegebenenfalls mit der Gehäusewand leitend zu verbinden und den negativen Pol isoliert durchzuführen. Es kann jedoch auch der negative Pol mit dem Gehäuse verbunden und die Einsatzplatte isoliert befestigt werden. Diesen Vorteilen gegenüber hat die Schaltung den Nachteil, daß zweimal drei Phasenleitungen 13 zu den Gleichrichtern isoliert durch die Gehäusewand hindurchgeführt werden müssen.

Fig. 6 zeigt eine Gleichrichteranlage für besonders hohe Leistungen, wobei sich jede einzelne Phase auf einem einzelnen Transformatorkern befindet und in einem getrennten Gehäuse untergebracht ist. Schaltungsgemäß ist wiederum eine Doppelsternschaltung mit Saugdrossel dargestellt, jeder Einzeltransformator weist zwei isolierte Einsatzplatten 11 auf.

Fig. 7 zeigt eine Doppelsternschaltung mit Saugdrossel 9 für erhöhte Gleichspannung mit doppelten Sternwicklungen auf jeder Seite und diesen jeweils zugeordneten Gleichrichtern. Jede der gezeigten zwölf Einsatzplatten 12 ist isoliert im Transformatorgehäuse 3 befestigt.

Die vorliegende Schilderung verschiedener Schaltungsmöglichkeiten erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, sondern es sind selbstverständlich alle Schaltungen durchführbar, die von anderen Gleichrichterarten her bekannt sind.

Außerdem ergeben sich weitere konstruktive Lösungsmöglichkeiten dadurch, daß ein Teil der Gleichrichterzellen mit Durchlaßrichtung vom Innern des Transformators nach außen und ein anderer Teil mit Durchlaßrichtung von außen nach dem Innern des Transformators angeordnet wird.

Bei Halbleitergleichrichtern ist es üblich, zur Vermeidung unzulässig hoher Spannungsspitzen zu den Gleichrichterzellen Kondensatoren oder i?C-Glieder parallel zu schalten. Es kann zweckmäßig sein, diese Teile mit den Einsatzplatten zu einem größeren Bauelement zu verbinden.

In vielen Fällen wird es außerdem vorteilhaft sein, die bei Hochstromgleichrichteranlagen notwendigen Schutzeinrichtungen, z. B. besonders flinke Niederspannungssicherungen oder Kurzschließer, ebenfalls mit der Einsatzplatte zu verbinden oder wenigstens in der Nähe derselben an der Außen- oder Innenwand des Transformatorgehäuses zu befestigen.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gleichrichteranlage mit einem in einem Ölkessel untergebrachten Hochstromtransformator und mit Einkristall-Halbleiterzellen, ζ. Β. auf Germanium- oder Siliziumbasis, zur Versorgung elektrochemischer oder anderer Hochstromverbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Seitenwand des Transformatorkessels unterhalb des Ölspiegels eine oder mehrere Einsatzplatten, auf deren Vorderseite die Gleichrichterzellen mittels in Blindbohrungen eingeschraubter Gewindebolzen befestigt sind und deren Rückseite mit Kühlrippen versehen ist, gegen die Kesselwand isoliert und dicht abschließend so eingesetzt sind, daß die Kühlrippen in das öl des Transformators eintauchen.

2. Gleichrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungskondensatoren zur Überbrückung der Gleichrichterorgane auch mit auf den Einsatzplatten angebracht sind.

3. Gleichrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzeinrichtungen, wie beispielsweise besonders schnelle Niederspannungssicherungen oder Kurzschließer, auch mit auf den Einsatzplatten angebracht sind.

4. Gleichrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzeinrichtungen außen oder innen an der Transformatorgehäusewand angebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 046 199;
USA.-Patentschriften Nr. 2 751 528, 2 780 757;
französische Patentschrift Nr. 855 737.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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