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Halbleiter-Gleichrichtergerät Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Gleichrichtergerät
für große Leistung mit einer Reihenparallelschaltung der Gleichrichterzellen.
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Halbleiter-Gleichrichterzellen werden in den letzten Jahren in wachsendem
Maße an Stelle anderer Gleichrichter verwendet. Die zulässige Belastbarkeit derartiger
Gleichrichterzellen hängt wesentlich von der Intensität der Kühlung ab. Es ist deshalb
wichtig, die Zellen sehr intensiv zu kühlen. Darüber hinaus werden bei einer gegebenen
Kühlung derartige Halbleiterzellen auch schon durch eine verhältnismäßig geringfügige
Überlastung und in Verbindung damit mit einer geringen Überschreitung der zulässigen
Erwärmung rasch zerstört. Sie werden deshalb mit flinken Spezialsicherungen gegen
Überlast geschützt. Häufig werden Gleichrichterzellen für höhere Spannungen und
größere Ströme in Reihenparallelschaltung verwendet. Dabei werden zur intensiven
Kühlung die Stromschienen, über welche die Zellen parallel geschaltet sind, mit
Wasser gekühlt, wodurch eine sehr wirksame Ableitung der anfallenden Wärme erreicht
wird. Jede der in Reihe und parallelgeschalteten Zellen muß bei den bis jetzt .
bekannten Stromschienen mit einer eigenen Sicherung versehen werden.
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Diesen Nachteil zu vermeiden ist die Aufgabe der Erfindung. Sie wird
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Reihenschaltung aus zwei oder mehr Gleichrichterzellen
und einer Sicherung besteht und daß nur die an den Enden liegenden Elemente jeder
Reihenschaltung an wassergekühlten, der Parallelschaltung dienenden Stromschienen
angeschlossen sind, während zur Verbindung der Elemente jeder Reihe untereinander
voneinander isolierte Klemmstücke dienen, die auf wasserdurchflossene Kühlrohre
unter Zwischenlage dünner Isolierschichten aufgereiht sind.
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Ein Beispiel der Erfindung ist in den F i g. 1 bis 3 der Zeichnung
dargestellt.
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In F i g. 1 sind an wassergekühlte Stromschienen 1 Halbleiter-Gleichrichterzellen
2 angesetzt. Die Anschlußkabel 3 der Zellen 2 sind mit Klemmstücken 4_ verbunden.
Die Klemmstücke 4_ bestehen aus zwei voneinander durch eine dünne Isolationsschicht
5 isolierten Teilen 6 und 7. An jeden der beiden Teile 6 und 7 ist eine Halbleiter-Gleichrichterzelle
8 angeschraubt, und jeder Teil ist mit dem Anschlußkabel 3 einer Zelle 2 verbunden,
die in die Stromschiene 1 eingesetzt ist. Die Klemmstücke 4_ sind
auf Kühlwasserrohren 9 zwischen Isolierendstücken 10
und 11 aufgereiht.
Zwischen je zwei benachbarten Klemmstücken 4 ist eine Isolierzwischenlage 12 angeordnet.
Die Anschlußkabel 13 der Zellen 8 führen zu Sicherungen 14, die ihrerseits
an Stromschienen 15 angeschraubt sind.
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Die Stromschienen 1 und 15 und die aus den Klemmstücken 4_
gebildete Reihe sind mit isolierenden Zwischenstücken 16 und Platten 17 untereinander
verbunden. Die Stromschiene 1, welche die Halbleiter-Gleichrichterzellen 2 trägt,
ist mit Kühlwasserrohren 18 und 18' versehen zur Ableitung der in den Gleichrichterzellen
entstehenden Wärme. Die speziell zum Schutz von Halbleiter-Gleichrichterzellen entwickelten
außerordentlich rasch ansprechenden Sicherungen erwärmen sich bei Nennstrombelastung
bereits erheblich. Damit die in den Sicherungen entstehende Wärme nicht auf die
Gleichrichterzellen abfließt, ist auch die Stromschiene 15 mit Kühlwasserrohren
19,19' versehen.
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In F i g. 2 ist das Halbleiter-Gleichrichtergerät im Schnitt quer
zu der Längsachse der Stromschienen 1 und 15 und in F i g. 3 ist die von den Klemmen
4, den Isolierzwischenlagen 12 und den Isolierendstücken 10 und
11 gebildete Reihe im Längsschnitt dargestellt. Die Kühlwasserrohre
9 und 9' sind an ihrem oberen Ende mit Gewindestopfen 20 verschlossen.
Unterhalb dieser Gewindestopfen innerhalb der Isolierendstücke 10 sind die
beiden Rohre 9, 9' mit einem Rohrstück 21 verbunden.
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Die Pfeile 22 kennzeichnen die Flußrichtung des Kühlwassers.
Durch die gegensinnige Führung des Kühlwassers, die auch bei den Rohren 18,18' und
19,19' der Stromschienen 1 und 15 vorhanden ist, wird eine gleichmäßige Erwärmung
bzw. Kühlung der Stromschienen 1 und 15 bzw. der Klemmstücke 4 erreicht. Die dünne
Isolationsschicht 5 isoliert elektrisch, wie gesagt, die beiden Teile 6 und 7 jedes
Klemmstückes 4_ gegeneinander und gegen die Kühlwasserrohre 9, 9'. Sie bildet aber
nur eine geringfügige Wärmeisolation, so daß die in den Halbleiter-Gleichrichterzellen
8 anfallende Wärme über die Klemmstücke 4_ gut an das Kühlwasser abgegeben
werden
kann. Die dünne Isolationsschicht 5 kann vorzugsweise aus einer Metalloxydschicht
bestehen, wie z. B. Aluminiumoxyd, und mittels Plasmaspritzen aufgebracht sein.
Derartige Metalloxyde sind nicht nur gute elektrische Isolatoren, sondern auch schlechte
Wärmeleiter. Die Isolationsschicht 5 ist deshalb auch sehr dünn. Dadurch kann erreicht
werden, daß bei einer bestimmten Dicke von etwa 0,1 bis 0,15 mm die elektrische
Isolationsfestigkeit hinreichend groß ist und trotzdem der Wärmeübergangswiderstand
sehr gering bleibt. Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, bedeckt die dünne Isolationsschicht
5 in einer gewissen Breite die Ränder der Teile 6 und 7. Dadurch wird ein Überschlag
an diesen Trennfugen durch die vergrößerte Kriechstrecke bei der geringfügigen Verschmutzung
dieser Kanten mit ausreichender Sicherheit vermieden.
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Zwischen den übereinanderliegenden Klemmstücken 4 findet kein
wesentlicher Wärmeübergang statt. Die Isolierzwischenlagen 12 an diesen Stellen
können deshalb stärker sein. Sie können ferner derart ausgebildet sein, daß sie
über die Kanten des Klemmstückes 4_ so weit herausstehen, daß sich ein ausreichender
Kriechweg ergibt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt.
So kann ohne weiteres die Anzahl der in Reihe geschalteten Halbleiter-Gleichrichter
größer als zwei sein. Die äußeren Stromschienen können dann so ausgebildet sein,
wie die Stromschienen 1 und 15 des Beispiels, während alle dazwischenliegenden Verbindungen
durch Klemmstückreihen, wie in dem Beispiel beschrieben, gebildet werden. Es kann
unter Umständen auch zweckmäßig sein, die Reihenfolge zu ändern und die Sicherungen
auf einer Klemmstückreihe zwischen den Halbleiter-Gleichrichterzellen anzuordnen.
Eine Verbesserung der Wärmeabfuhr kann gegebenenfalls abweichend von der Darstellung
in dem Beispiel noch erreicht werden, indem die Verbindung des Anschlußkabels der
entsprechenden Gleichrichterzelle mit dem einen Anschluß der Sicherung über eine
wassergekühlte Klemmstückreihe erfolgt und der andere Anschluß der Sicherung mit
einer Stromschiene, wie in dem Beispiel dargestellt, verbunden ist. Dadurch wird
verhindert, daß in der Sicherung entstehende Wärme über das Anschlußkabel in die
Gleichrichterzelle fließt. Es kann auch zweckmäßig sein, Gleichrichterzellen mit
verschiedener auf Schraubverbindung und Anschlußkabel bezogener Durchlaßöffnung
in Reihe zu schalten.