DE4110339C2 - Wechselrichter mit plattenförmigen Gleichspannungszuleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Wechselrichter ist bekannt (JP 62-40 069 A).

Bei diesem Wechselrichter sind die eng benachbarten Gleich­ spannungszuleitungen schienenförmig ausgebildet. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die geringe Wärmeabfuhr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits das vorgenannte Wärmeproblem zu lösen, andererseits bei einem Wechselrichter, bei dem anstelle eines oder mehrerer parallel­ geschalteter Glättungskondensatoren mindestens zwei Glättungs­ kondensatoren in Reihe geschaltet sind, eine einfache, induktivitätsarme und gut Wärme ableitende Anordnung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2 und 3 zu entnehmen.

Eine plattenförmige Leiterverbindung mit Isolierzwischenschicht ist bekannt als Verbindung der Steuerspannungsquelle mit den parallelgeschalteten Steuerstrecken zweier GTO-Thyristoren JP 61-227 661 A).

Eine plattenförmige Leiterverbindung für Ausgangsleiter eines Gleichspannungswandlers, bei dem zwischen den eng benachbarten Leiterplatten isolierende Kühlkanäle für eine Flüssigkeit vorgesehen sind, ist ebenfalls bekannt (GB 20 12 125 A).

Eine induktivitätsarme Beschaltung für einen GTO-Thyristor, bei der für einander parallelgeschaltete Kondensatoren und Dioden plattenförmige Verbindungselemente vorgesehen sind, ist der US-PS 47 85 208 zu entnehmen.

Fig. 8 zeigt eine Verbindungsstruktur von Elementen in einer denkbaren Wechselrichtereinheit, worin Schaltelemente 1 für jede Phase über schmale Stromschienen mit Elektrolytkondensatoren 2 zum Glätten eines Gleichstromes verbunden sind. Eine Schaltelemente verbindende Stromschiene 3 einer ersten Polarität (z. B. positive Polarität) und eine Schaltelemente verbindende Stromschiene 4 einer zweiten Polarität (z. B. negative Polarität) verbinden die Schaltelemente 1 parallel. Eine Stromschiene 5 einer ersten Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren und eine Stromschiene 6 einer zweiten Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren verbinden die Elektrolytkondensatoren 2 parallel. Schließlich verbindet eine Stromschiene 7 mit erster Polarität die Stromschiene 3 mit erster Polarität zum Verbinden von Schaltelementen und die Stromschiene 5 erster Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren, und eine Stromschiene 8 zweiter Polarität verbindet die Stromschiene 4 zweiter Polarität zum Verbinden der Schaltelemente und die Stromschiene 6 zweiter Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren. Dämpfer 9 sind über die Stromschienen 3 und 4 erster und zweiter Polarität zum Verbinden von Schaltelementen geschaltet. Mehrere Schaltelementanschlußschrauben 10 verbinden die Schaltelemente 1, die die Schaltelemente verbindenden Stromschienen 3 und 4 und die Dämpfer 9.
Elektrolytkondensatoranschlußschrauben 12 verbinden die Elektrolytkondensatoren 2 und die die Elektrolytkondensatoren verbindenden Stromschienen 5 und 6, und Stromschieneninstallationsschrauben verbinden die Stromschienen 7 und 8.
Drei-Phasen-Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse 13 stellen eine Wechselspannung zur Verfügung, welche durch jedes der Schaltelemente 1 aus einer Gleichspannung umgewandelt wurde.

Fig. 9 ist ein Anschlußdiagramm, welches darstellt, daß IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) als Schaltelemente 1 in der in Fig. 8 erläuterten Struktur verwendet werden. In Fig. 9 enthält das Schaltelement 1 zwei Elemente, d. h. einen IGBT 1-a erster Polarität und einen IGBT 1-b zweiter Polarität. V bezeichnet eine Gleichspannung, I_c einen Kollektorstrom des IGBTs (1-a) erster Polarität, und C die Kapazität des Dämpfers 9.

Fig. 10 zeigt eine der drei in Fig. 9 erläuterten Phasen, worin L eine Induktivität der Stromschiene 7, 8 und des Schaltelementes, welches die Stromschienen 3, 4 verbindet, bezeichnet. Es sei angenommen, daß aufgrund eines Fehlers der IGBT (1-a) erster Polarität und der IGBT (1-b) zweiter Polarität gleichzeitig eingeschaltet wurden, die Gleichstromversorgung unterbrochen worden ist, und der Kollektorstrom (I_c) von dem ersten Pol zum zweiten Pol über den IGBT (1-a) erster Polarität und den IGBT (1-b) zweiter Polarität fließt. Ferner sei angenommen, daß in diesem Zustand der IGBT (1-a) dann abgeschaltet wird. Falls keine Dämpfer 9 vorhanden sind, bewirkt die in der Verdrahtungsinduktivität L angesammelte magnetische Energie die folgende Spannung über dem Kollektor und Emitter des IGBTs (1-a) erster Polarität:

Der Dämpfer 9 arbeitet so, daß er die magnetische Energie, die durch die Verdrahtungsinduktivität L erzeugt wird, absorbiert, so daß die Spannung über dem Kollektor und Emitter des IGBTs nicht größer werden kann als eine gewünschte Größe.

Um die magnetische Energie E_M zu minimieren, wobei

muß dem folgenden Ausdruck genügt werden, wobei angenommen wird, daß die Kapazität des Dämpfers 9 C ist:

In dem obigen Ausdruck ist V_CEA gleich der veranschlagten Spannung über dem Kollektor und dem Emitter des IGBTs, und der Wert der Dämpferkapazität C wird durch den folgenden Ausdruck bestimmt:

Wie durch den Ausdruck (3) angedeutet, kann die Dämpferkapazität C verringert werden durch Abschwächen der Verdrahtungsinduktivität L, welches zu einer Verringerung der Anzahl der Dämpfer führt.

Eine Lösung zu dem obigen Problem wird in der Wechselrichtereinheit gesehen, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 40 069 von 1987 veröffentlicht wurde. Diese Wechselrichtereinheit ist so konstruiert, die Verdrahtungsinduktivität L durch Verwenden eines Verdrahtungsleiters abzuschwächen, der aus einem Paar von Leitern besteht, die einen rechtwinkligen Querschnitt haben und über ein Isoliermaterial aufeinandergeschichtet sind (im folgenden "Parallelleiterkonstruktion" genannt). Die Verwendung der Parallelleiterkonstruktion, wie in der japanischen Patentveröffentlichung 40 069 von 1987 offenbart, erlaubt, daß die Verdrahtungsinduktivität L 40 reduziert wird. Jedoch befaßt sich diese Konstruktion nicht mit der Verbesserung der Wärmeabstrahlung oder der Erleichterung des Zusammenbaus.

Fig. 11 zeigt eine weitere zur Erläuterung der Problematik der Erfindung dienende denkbare Konfiguration eines Hauptschaltkreises einer Wechselrichtereinheit. In der Figur bedeuten P und N schmale Gleichspannungszuleitungen, welche jeweils Induktivitäten l₁ bzw. l₂ haben. R, S und T sind Eingangsanschlüsse, während U, V und W Ausgangsanschlüsse der Einheit sind. Ferner sind D₁ bis D₆ Freilaufdioden (flywheel diodes), D₁₁ bis D₁₆ Gleichrichterdioden, und C₁ und C₂ Glättungskondensatoren, welche über eine Verbindungsleitung M in Serie geschaltet sind. l₀ zeigt eine Induktivität des Leiters M an, und TR₁ bis TR₆ sind Schaltelemente in einem Wechselrichtermodul, welche in diesem Beispiel Transistoren sind. C₀ bedeutet einen Dämpfungskondensator zum Unterdrücken von Spannungsspitzen, und IM ist ein Dreiphasenmotor, welcher an die Ausgangsanschlüsse U, V und W angeschlossen ist. Die schmalen Gleichspannungszuleitungen P und N sind parallel zueinander über einem Isoliermaterial Z angeordnet. Falls eine an die Eingangsanschlüsse R, S und T angelegte Eingangsspannung im Bereich von 400 Volt ist, wird eine Gleichspannung V_DC erzeugt, welche eine Amplitude von näherungsweise 622V (440V×√) hat. Weil die dielektrische Stärke eines üblicherweise als Glättungskondensators verwendeten Elektrolytkondensators näherungsweise 450V beträgt, werden zwei in Serie geschaltete Glättungskondensatoren verwendet, wie oben beschrieben.

Beim Betrieb des Wechselrichters vom Spannungstyp ist einer der oberen und unteren Arme eines Transistors eingeschaltet und der andere ist ausgeschaltet. Der Vorgang des Treibens des Motors IM mittels des Wechselrichters wird hier nicht behandelt, weil der Vorgang allgemein bekannt ist, und die vorliegende Erfindung nicht direkt betrifft. Falls über den Anschlüssen U und V zufälligerweise ein Kurzschluß entsteht (wie durch die gestrichelte Linie in der Figur angezeigt), und die Transistoren TR₁, TR₃ und TR₅ eingeschaltet sind, und die anderen Transistoren abgeschaltet sind, bewirkt die in den Glättungskondensatoren (Elektrolytkondensatoren) C₁ und C₂ gespeicherte Energie, daß Kurzschlußströme durch einen Kurzschluß fließen, welcher aus C₁, a₁, dem Leiter P, TR₁, dem Anschluß U, dem Anschluß V, TR₅, dem Leiter N, b₂, C₂, b₁, dem Leiter M und a₂ besteht. Um die Kurzschlußströme zu unterbrechen, müssen die Transistoren TR₁ und TR₅ für weniger als einige 10 µs abgeschaltet werden. Jedoch wird in diesem Fall eine Spannungsspitze von den Induktivitäten l₁ und l₂ der Gleichspannungs­ zuleitungen P und N erzeugt, weil die Transistoren einen Strom abschalten, der um ein Vielfaches, bis zu 10mal, höher als der gewöhnliche Strom ist. Der Dämpferkondensator C₀ zur Unterdrückung von Spannungsspitzen ist vorgesehen, um die Transistoren vor den Spannungsspitzen zu schützen. Ferner sind die schmalen Gleichspannungszuleitungen P und N parallel und nebeneinander angeordnet, um die Induktivitäten l₁ und l₂ zu reduzieren. Das heißt, weil der Kurzschlußstrom i_s1 der P-Seite und der Kurzschlußstrom i_s2 der N-Seite von gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung sind, löschen sich die von dem Kurzschlußstrom erzeugten magnetischen Flüsse, und schwächen somit den Effekt der Induktivitäten l₁ und l₂. Überflüssig zu erwähnen, daß dann, wenn die Induktivitäten kleiner gemacht werden, die beim Abschalten der Kurzschlußströme erzeugte Spannungsspitze kleiner wird.

Wenn die Spannung der herkömmlichen Wechselrichtereinheit in dem Bereich von 400V liegt, kann die Induktivität l₀ der Verbindungsleitung M, die die in Serie geschalteten Glättungskondensatoren verkabelt, nicht ignoriert werden. Diese Induktivität verursacht, daß eine übermäßige Spannungsspitze auf die Glättungskondensatoren und die Transistoren gegeben wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung plattenförmiger Zuleitungen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein weiteres Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung plattenförmiger Zuleitungen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung von Stromschienen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein weiteres Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung von Stromschienen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Diagramm zur Beschreibung eines allgemeinen Elektrolytkondensators;

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Schaltbilder, welche den Betrieb eines ersten bis vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 7A eine perspektivische Seitenansicht, welche die Anordnung von Kondensatoren und Zuleitungen zueinander beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;

Fig. 7B eine perspektivische Seitenansicht, welche die Anordnung von Kondensatoren und Zuleitungen beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;

Fig. 8 ein Konfigurationsdiagramm, welches eine Verbindungsstruktur von Elementen in einer herkömmlichen Wechselrichtereinheit erläutert;

Fig. 9 ein Schaltbild einer herkömmlichen Wechselrichtereinheit;

Fig. 10 ein Schaltbild, welches nur eine Phase der in Fig. 9 gezeigten Schaltung erläutert, und verwendet wird, den Effekt eines Dämpfers zu beschreiben; und

Fig. 11 eine Konfiguration zur Erläuterung der Problematik, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt.

Fig. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches plattenförmige Zuleitungen oder Stromschienen bei der vorliegenden Erfindung erläutert, worin ein Halbleiterschalter 1 für jede Phase mit Glättungskondensatoren (Elektrolytkondensatoren) 2 zum Glätten eines Gleichstromes verbunden ist. Eine einstückige, plattenförmige Stromschiene 7a erster Polarität verbindet einen oder mehrere erste Pole (z. B. positive Pole) der Halbleiterschalter 1 und einen oder mehrere Pole der Glättungskondensatoren 2. Eine plattenförmige, einstückige Stromschiene 8a zweiter Polarität verbindet einen oder mehrere zweite Pole (z. B. negative Pole) der Halbleiterschalter 1 und einen oder mehrere zweite Pole der Glättungskondensatoren 2. Beide Stromschienen 7a und 8a sind aus einem leitenden Material, wie etwa Metall, hergestellt. Ein Dämpfer 9 ist über die ersten und zweiten Pole eines jeden der Halbleiterschalter 1 mittels Schaltelementanschlußschrauben 10 geschaltet, die auch die Stromschienen 7a, 8a mit den Halbleiterschaltern 1 verbinden. Kondensatoranschlußschrauben 11 verbinden die Stromschienen 7a und 8a mit den Glättungskondensatoren 2, und ein Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgang 13 liefert eine aus einer Gleichspannung mittels der Halbleiterschalter 1 umgewandelte Wechselspannung. Eine Isolierzwischenschicht 14 ist zwischen den Stromschienen 7a erster Polarität und 8a zweiter Polarität angeordnet, um die ersten und zweiten Pole zu isolieren, und wird von Isolierplatten-Installationsschrauben 15 gehalten, die in Schraubenlöcher eingeschraubt sind, die in der Stromleiterplatte 8a vorgesehen sind und durch in der Isolierzwischenschicht 14 vorgesehene runde Löcher hindurchgehen. Die Stromschienen 7a, 8a erster und zweiter Polarität und die Isolierzwischenschicht 14 umfassen einen parallelen Leiter. Schlitze 7b sind in der Stromschiene 7a vorgesehen, um zu ermöglichen, daß Installationsschrauben 15 eingesetzt werden.

Die Stromschienen 7a und 8a erster bzw. zweiter Polarität bestehen jeweils aus einem Stück Metall und haben eine große Oberfläche; es ist also eine Vielzahl von Halbleiterschaltern 1 hintereinander in einer Reihe und eine Vielzahl von Glättungskondensatoren 2 hintereinander in einer Reihe angeordnet, und die Reihen sind einander gegenüber parallel angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Die aus Metall bestehenden Stromschienen 7a und 8a haben jeweils eine Oberfläche, welche groß genug ist, die gesamte oder beinahe die gesamte Oberfläche der Halbleiterschalterreihe und der Anschlußzone der Reihe von Glättungskondensatoren abzudecken, einschließlich des Zwischenraumes, und um Wärme von den Stromschienen 7a und 8a abzustrahlen. In dieser Anordnung sind die Glättungs­ kondensatoren 2 parallel angeordnet, d. h. in einer Linie, und auch die Halbleiterschalter sind parallel angeordnet. Die Reihe von Glättungskondensatoren und die Reihe von Halbleiterschaltern kann parallel zueinander angeordnet werden.

Während viele Stromschienen kombiniert werden, um die Gleichstromversorgung von den Glättungskondensatoren 2 zu den Halbleiterschaltern 1 bei dem in Fig. 8 gezeigten Aufbau zu verkabeln, und ein Paar metallischer, plattenförmiger Stromschienen7a und 8a mit einer großen Oberfläche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist der Schaltplan derselbe und die Betriebsweise die gleiche. Jedoch wurde durch Anordnen dieser zwei Stromschienen für die ersten und zweiten Pole mit einer großen Oberfläche gegenüber die Induktivität L reduziert. Deshalb kann durch die verringerte Induktivität L die Dämpfungskapazität C verkleinert werden, wie dies der Ausdruck (3) andeutet.

Ein bedeutendes Merkmal der Konfiguration von Fig. 1 besteht darin, daß von den Halbleiterschaltern 1, den Glättungskondensatoren 2 und dem Dämpfer 9 während des Betriebes der Wechselrichtereinheit erzeugte Hitze an die plattenförmigen Stromschienen 7a und 8a des ersten Pols und des zweiten Pols übertragen wird, und dann wirksam abgestrahlt wird. Die metallischen Stromschienen 7a und 8a haben so eine große Oberfläche, daß die Hitze schnell über diese Fläche verteilt wird, was in einem wesentlichen Wärmeabstrahlungseffekt resultiert. Als Ergebnis kann ein Temperaturanstieg der Halbleiterschalter 1, der Glättungskondensatoren 2 und der Dämpfer 9 unterdrückt werden.

Zusätzlich wird der Platz in der Ebene wirksamer genutzt, die Verdrahtung ist gut symmetrisch auf eine gleiche Distanz, der Zusammenbau wird vereinfacht und die strukturelle Stabilität ist verbessert. Zum Beispiel führt die Art der Befestigung der Isolierzwischenschicht dazu, daß der Isoliervorgang einfacher ist als das Verfahren, die ersten Pole, die Isolierzwischenschicht und die zweiten Pole zusammenzuschrauben, wodurch die Anzahl an Teilen verringert wird und die Herstellbarkeit verbessert wird.

Um dieselben Effekte zu erzielen, können die im obigen Ausführungsbeispiel als Halbleiterschalter 1 verwendeten IGBTs durch bipolare Transistoren, MOS-Transistoren oder ähnliches ersetzt werden. Dieses gilt auch für das erste, zweite, dritte und vierte Ausführungsbeispiel, welche später beschrieben werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Konfiguration, welche einen Stromdetektor einschließt, um den in der Gleichstrom-Stromschienenverdrahtung fließenden Strom, d. h. einen Kollektorstrom Ic, der IGBTs zu ermitteln. In Fig. 2 sind drei Halbleiterschalter 1, einer für jede der drei Phasen, mit Glättungskondensatoren 2 verbunden. Eine metallische, plattenförmige Stromschiene 3a erster Polarität verbindet die Halbleiterschalter 1 parallel, eine metallische, plattenförmige Stromschiene 5a erster Polarität verbindet die Glättungskondensatoren 2 parallel, und eine Stromschiene 7c erster Polarität verbindet die Stromschiene 3a erster Polarität und die Stromschiene 5a erster Polarität. Eine plattenförmige Stromschiene 8a zweiter Polarität verbindet zweite Pole der Halbleiterschalter 1 und zweite Pole der Glättungskondensatoren 2. Ein Dämpfer 9 ist über die ersten und zweiten Pole der Halbleiterschalter 1 geschaltet, wobei Halbleiterschalteranschlußschrauben 10 verwendet werden, die in die Stromschienen 3a, 8a eingeschraubt sind. Glättungskondensator-Anschlußschrauben 11 verbinden die Stromschienen 5a und 8a mit den Glättungskondensatoren 2, und Stromschienen-Installationsschrauben 12a befestigen die Stromschiene 7c erster Polarität an den Stromschienen 3a und 5a. Ein Dreiphasenwechselstromausgang 13 liefert eine Wechselspannung, die durch die Halbleiterschalter 1 aus einer Gleichspannung gebildet wurde. Eine Isolierzwischenschicht 14 ist zwischen den Stromschienen 3a , 5a erster Polarität und der Stromschiene 8a zweiter Polarität angeordnet, um die ersten und zweiten Pole zu isolieren, und wird durch Installationsschrauben 15 gehalten, die in in der Stromschiene 8a zweiter Polarität vorgesehene Gewinde eingeschraubt sind, durch in der Isolierzwischenschicht 14 vorgesehene runde Löcher. Ein Stromdetektor 16 ist über der Stromschiene 7c erster Polarität installiert, um den in der Schiene fließenden Strom zu ermitteln, d. h. den Kollektorstrom I_c der IGBTs. Eine Stromdetektorinstallationsschraube 17 ist in ein in dem Stromdetektor 16 vorgesehenes Installationsloch geschraubt, und in ein Schraubenloch, welches in der Stromschiene 7c erster Polarität zum Befestigen des Stromdetektors 16 an der Stromschiene 7c erster Polarität vorgesehen ist. Die Stromschiene 8a zweiter Polarität ist mit einem Schlitz 8a1 ausgestattet, der Raum gibt zum Installieren des Stromdetektors 16, und die Isolierzwischenschicht 14 ist mit einem ähnlichen Schlitz 141 versehen. Eine isolierende Distanz zwischen den ersten und zweiten Polen ist durch eine Kriechdistanz d zwischen dem Ende des Schlitzes 8a1 der Stromschiene 8a und dem Ende des Schlitzes 141 in der Isolierzwischenschicht 14 sichergestellt.

Die Schlitze 141 und 8a1, die in der Isolierzwischenschicht 14 bzw. in der Stromleiterplatte 8 zweiter Polarität in Fig. 2 vorgesehen sind, werden nicht benötigt, wenn der Stromdetektor 16 modifiziert wird, eine horizontale Gestalt zu haben, oder wenn die Stromschiene 7c erster Polarität stufig ist, so daß der Stromdetektor 16 oberhalb der plattenförmigen Stromschiene 3a erster Polarität und der plattenförmigen Stromschiene 5a erster Polarität untergebracht ist.

Weil bei der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration Stromschienenplatten 3a, 5a erster Polarität und eine Stromschienenplatte 8a zweiter Polarität vorgesehen sind, die jeweils aus Metall hergestellt sind und eine große Oberfläche aufweisen, wird wie bei der Konfiguration von Fig. 1 ein großer Wärmeabstrahlungseffekt erzielt. Ferner wird der ebene Raum effizient genutzt, die Verdrahtung ist gut symmetrisch auf gleicher Distanz und der Zusammenbau kann leichter durchgeführt werden.

Fig. 3 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches bei der vorliegenden Erfindung verwendbare Stromschienen erläutert. Gleiche oder entsprechende Teile zu jenen in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden hier nicht beschrieben.

Bezugnehmend nun auf Fig. 3, wird ein Schaltungselement 111 verwendet, welches einen Halbleiterschalter für jede der Phasen umfaßt, d. h., drei Halbleiterschalter 1 für den in Fig. 1 gezeigten Dreiphasenschaltkreis, zusammen in einem Gehäuse eingeschlossen. Die Glättungskondensatoren 2 haben positive Pole 21, negative Pole 22 und Polaritätskennzeichen 23. Schlitze 24 sind in der parallelen Zuleitung vorgesehen, um Bezeichnungen des Glättungskondensators 2, d. h. die Polaritätskennzeichen zu prüfen. Die Schlitze 24 reichen durch die Stromschienen oder Zuleitungen 7a, 8a und die Isolierzwischenschicht 14.

Ein Aussparungsloch 27 für den negativen Pol ist in der platten­ förmigen Stromschiene 7a positiver Polarität vorgesehen, um zu verhindern, daß die Anschlüsse negativer Polarität der Glättungskondensatoren und das Schaltelement 111 in Kontakt kommen mit der Stromschiene 7a positiver Polarität. Aussparungslöcher 28 für den positiven Pol sind in der Stromschiene 8a negativer Polarität vorgesehen, um zu verhindern, daß die Anschlüsse positiver Polarität der Elektrolytkondensatoren 2 und das Schaltelement in Kontakt kommen mit der Stromschiene 8a negativer Polarität. Die Anschlüsse der Glättungskondensatoren 2 und des Schaltelementes 111 sind mittels herkömmlicher Techniken, wie etwa Löten oder Schrauben, mit den Stromschienen 7a, 8a verbunden.

Die parallele Zuleitung, welche aus den Stromschienen 7a, 8a negativer und positiver Polarität, und der Isolierzwischenschicht 14 besteht, wird auch mittels einer herkömmlichen Technik (nicht gezeigt), wie etwa Schrauben, zusammengebaut.

Infolge der Schlitze 24 wird ermöglicht, daß über die Polaritätskennzeichen Gewißheit erlangt wird, selbst nachdem die Stromschienen 7a und 8a installiert worden sind. Deshalb kann, nachdem die parallele Zuleitung zusammengebaut wurde, die Polarität der Glättungskondensatoren mit Leichtigkeit bestimmt werden, und eine versehentliche Explosion aufgrund eines falschen Anschlusses kann verhindert werden.

Weil irgendwelche Polaritätskennzeichen 23, anders als die in Fig. 3 angedeuteten, verwendet werden können, können die Positionen und die Größe der Schlitze 24 entsprechend den verwendeten Glättungskondensatoren 2 bestimmt werden. Die Schlitze 24 können in den Stromschienen 7a, 8a und der Isolierzwischenschicht 14 vorgesehene durchgehende Löcher sein, wenn sie nicht auf der Kante vorgesehen sein sollen, was eine Anzahl verschiedener Gründe haben kann, wie etwa Abmessungen.

Auch diese Konfiguration erzeugt einen großen Wärmeabstrahlungseffekt und stellt leichten Zusammenbau sicher, wie bei der ersten Konfiguration, weil die Verbindungen durch Verwendung der Stromschienenplatten 7a und 8a hergestellt wurden, die große Oberflächen haben.

Fig. 4 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches Ausgestaltungen von Stromschienen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche oder entsprechende Teile wie jene in Fig. 1 und 3 sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht beschrieben.

In Fig. 4 sind explosionssichere Ventile 29 und Löcher 30 zum Prüfen der explosionssicheren Ventile 29 durch die platten­ förmigen Stromschienen 7a, 8a und die Isolierzwischenschicht 14 hindurch vorgesehen. Diese Konfiguration erlaubt, daß die explosionssicheren Ventile 29 geprüft werden, selbst nachdem die Stromschienen 7a und 8a, die eine große Fläche haben, installiert worden sind. Weil die Position des explosionssicheren Ventils 29 von der des Glättungskondensators 2 abhängt, kann durch Prüfen des explosionssicheren Ventils 29 bestimmt werden, ob die Polarität des Glättungskondensators 2 korrekt ist oder nicht. Somit stellt diese Konfiguration sicher, daß die Bestimmung der Polarität der Glättungskondensatoren während einer Inspektion nach dem Zusammenbau mit Leichtigkeit vorgenommen werden kann, um einen Explosionsunfall aufgrund eines Fehlanschlusses zu verhindern. Ferner baucht das explosionssichere Ventil 29 aus, falls die verwendete Spannung eine Sicherheitsschwellspannung des Glättungskondensators 2 überschreitet. Somit kann der Betriebstatus (wie etwa die Spannung) der Wechselrichtereinheit während einer Wartung, etc. der Wechselrichtereinheit geprüft werden. Zusätzlich können Effekte bewirkt werden, die zu jenen bei der Konfiguration von Fig. 3 identisch sind, zum Beispiel hohe Wärmeabstrahlung und leichter Zusammenbau.

Fig. 5 erläutert das Polaritätskennzeichen 23 eines allgemeinen Elektrolytkondensators 2 und das explosionssichere Ventil 29.

Ein erstes und zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf Fig. 6A bzw. 6B beschrieben, welche das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutern. In Fig. 6A sind Zuleitungen M und P eines Glättungs­ kondensators C₁ benachbart und parallel zueinander angeordnet, und weil ein Kurzschlußstrom i_s0, der in dem Leiter M fließt, und ein Kurzschlußstrom i_s2, der in dem Leiter N fließt, gleiche Größe haben und in entgegengesetzter Richtung fließen, löschen sich die von den Kurzschlußströmen erzeugten magnetischen Flüsse aus, um die Induktivität zwischen den Zuleitungen M und N zu reduzieren. Anstelle der Zuleitungen M und N in Fig. 6 können die Zuleitungen M und P benachbart und parallel zueinander angeordnet sein.

In Fig. 6B ist ein Teil der Verbindungsleitung M benachbart und parallel zur Gleichspannungszuleitung P angeordnet, und der andere Teil der Verbindungsleitung M ist benachbart und parallel zur Gleichspannungszuleitung N, um die Induktivität zu verringern. Dieses Verfahren erlaubt, daß die Gleichspannungsleitungen P und N von dem Zentrum der Glättungs­ kondensatoren C₁ und C₂ abgenommen werden.

Fig. 7A erläutert eine Realisierung des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 6A. In Fig. 7A ist ein Anschluß a₁ des Glättungskondensators (Elektrolytkondensators) C₁ mit der Gleichspannungszuleitung P verbunden, und ein Anschluß a₂ des Glättungskondensators C₁ und ein Anschluß b₁ des Glättungskondensators C₂ sind durch die Verbindungsleitung M verbunden. Ein Isoliermaterial Z (nicht gezeigt) ist zwischen der Gleichspannungszuleitung N und den Leitungen P und M angeordnet.

Fig. 7B erläutert das zweite Ausführungsbeispiel, welches die in Fig. 6B gezeigte Idee verwirklicht, worin die Verbindungs­ leitung M mit dem Anschluß a₂ des Glättungskondensators C₁ und dem Anschluß b₁ des Glättungskondensators C₂ verbunden ist. Die Gleichspannungszuleitung P ist mit dem Anschluß a₁ des Glättungskondensators C₁ und die Gleichspannungszuleitung N mit dem Anschluß b₂ des Glättungskondensators C₂ verbunden. Um die Leitungen M und P benachbart und parallel zueinander in Fig. 7A anzuordnen, anstelle der Leitungen M und N, kann die Gleichspannungszuleitung P durch die Gleichspannungszuleitung N ersetzt werden, oder umgekehrt N durch P, und die Anschlüsse a₁ und a₂ durch die Anschlüsse b₁ und b₂.

Durch Anordnen der Leitungen, wie in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel der Fig. 6C bzw. 6D gezeigt, können die Induktivitäten der mit den Glättungskondensatoren verbundenen Leitungen reduziert werden, wenn drei Glättungskondensatoren in Serie geschaltet werden. In Fig. 6C, bedeutet C₃ einen dritten Glättungskondensator, und seine Anschlüsse sind e₁ und e₂. In Fig. 6D sind mit den Glättungskondensatoren verbundene Verbindungsleitungen M₁ und M₂ parallel und benachbart zu der Gleichspannungszuleitung P angeordnet. In Fig. 6D ist die Verbindungsleitung M₁ benachbart und parallel zu der Gleichspannungszuleitung P und die Verbindungsleitung M₂ benachbart und parallel zu der Gleichspannungszuleitung N angeordnet. In Fig. 6D können die Leitungen P und N von dem Zentrum der Glättungskondensatoranordnung genommen werden. Es wird Beachtung gefunden haben, daß der gleiche Effekt hervorgerufen werden kann dadurch, daß die als Schaltelemente des Wechselrichtermoduls im Ausführungsbeispiel verwendeten Transistoren durch MOSFETs oder IGBTs ersetzt werden.

Es ist offensichtlich, daß bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, nicht nur die Induktivität der Verdrahtung verringert ist, sondern auch eine Wärme-Abstrahlung von den parallelen Leitung erfolgt, und der Wärmeabstrahlungseffekt verbessert ist, weil die Oberfläche der parallelen Leitungen zum Verbinden der Glättungskondensatoren zum Glätten des Gleichstromes und der Halbleiterschalter zum Wechselrichten des Gleichstromes in einen Wechselstrom groß genug ist, um die Oberflächen der Glättungskondensatoren und der Halbleiterschalter abzudecken.

Es ist offensichtlich, daß die Erfindung gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel erlaubt, daß die Induktivitäten der Serienverbindungen einer Vielzahl von Glättungskondensatoren, die in Serie geschaltet sind, verringert werden, und erlaubt, daß eine durch Abschalten eines Kurzschlußstromes beim Auftritt eines versehentlichen Kurzschlusses verursachte Spannungsspitze dadurch reduziert wird, daß eine Leitung, welche Glättungskondensatoren verbindet, benachbart und parallel zu mit Halbleiterschaltern verbundenen Leitungen angeordnet wird.

Claims (3)

1. Wechselrichter mit steuerbaren Halbleiterschaltern (TR₁, bis TR₆, Fig. 11; 1-a, 1-b, Fig. 9) in Brückenschaltung, wobei zwischen den Gleichspannungszuleitungen (3, 4, Fig. 8; P, N, Fig. 11) mindestens ein Glättungskondensator (2, Fig. 8 oder 9) vorgesehen ist und wobei ferner die Gleichspannungszuleitungen (P, N) eng benachbart mit einer Isolierzwischenschicht (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in Serie ge­ schalteten Glättungskondensatoren (C₁, C₂ in Fig. 11, 6A, 6B, 7A, 7B; C₁, C₂, C₃, in Fig. 6C, 6D) deren Verbindungsleitungen (M; M₁, M₂) eng benachbart zu mindestens einer der Gleichspannungszuleitungen (P, N) angeordnet sind und daß die Verbindungsleitungen (M; M₁, M₂) und die Gleichspannungszuleitungen (P, N) plattenförmig ausgebildet sind.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Gleichspannungszuleitung aus zwei Platten (3a, 5a) besteht, die durch eine Stromschiene (7c) mit­ einander verbunden sind, die Bestandteil eines Strom­ detektors (16) ist und daß die andere plattenförmige Gleichspannungszuleitung (8a) und die Isolierzwischen­ schicht (14) entsprechende Schlitze (8a1, 141) aufweisen (Fig. 2).

3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der plattenförmigen Gleichspannungszuleitungen (P, N) größer als die Summe der Flächen der Glättungskondensatoren (2 in Fig. 1, 2; C₁, C₂ in Fig. 7A, 7B) und der steuerbaren Halbleiter­ schalter (1 in Fig. 1, 2; TR₁ bis TR₆ in Fig. 11) ist, mit denen die Glättungskondensatoren und die steuerbaren Halbleiterschalter mit den Gleichspannungszuleitungen elektrisch und wärmeleitend verbunden sind.