AT413913B - Stromrichtertechnische anordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine stromrichtertechnische Anordnung zur Drehstrom-Gleichrichtung, insbesondere im Bereich der Mittel- und Hochspannung, mit einer Anzahl von in einer Reihe angeordneten Halbleiter-Gleichrichterelementen. 5 Drehstrom-Gleichrichter bekannter Art bestehen aus einer Anzahl von Gleichrichterelementen - auch als Ventile bezeichnet, in der Regel Dioden oder Thyristoren - die z.B. gemäß einer Brückenschaltung verschaltet sind. Insbesondere bei Anwendungen der Mittel- und Hochspannungstechnik ist die räumliche Anordnung in einer Linie üblich. Die in der Regel in Scheibenform realisierten Gleichrichterelemente sind dann in einer sogenannten Gleichrichtersäule io ('rectifier stack') aufgereiht und über eine Feder zusammengespannt. Eine bekannte Anordnung für eine Drehstrom-Brückenschaltung mit 6 Ventilen (auch als Sechspulsschaltung bezeichnet) entspricht der in Fig. 1 symbolisch dargestellten Abfolge in einer Gleichrichtersäule. Schaltungsanordnungen dieser Art sind in der DE 34 27 634 A1 und SU 864 264 B behandelt. 15 Wie anhand Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Stromrichtung der einzelnen Ventile nicht sämtlich in einer Richtung. Dadurch entsteht eine Fehlerquelle bei Fertigung und Service. Die einzelnen Ventile sind an die fünf verschiedenen Potenziale R, S, T, A, B der Sechspulsschaltung angeschlossen, wobei Stromschienen - hier der Gleichstrompotenziale A und B - erforderlich sind, die über die anderen Verbindungen kreuzen. Dies führt insbesondere bei höheren Strömen und 20 Spannungen zu einem hohen Aufwand. Für Gleichrichter-Systeme mit mehr Pulsen (z.B. 12 oder 24) wird der Aufwand für die sich kreuzenden Verbindung beträchtlich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Aufbau einer Gleichrichterschaltung zu verbessern, um den Aufwand für die Verbindungen der Gleichrichterelemente zu verringern und insbesondere 25 Verbindungskreuzungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer stromrichtertechnischen Anordnung der eingangs genannten Art durch eine Anordnung mit einer Anzahl von räumlich parallel verlaufenden Zeilen von in Serie geschalteten Gleichrichterelementen gelöst, wobei die verschiedenen Phasen der 30 Drehstromversorgung jeweils räumlich nebeneinander liegenden Gleichrichterelementen verschiedener Zeilen zugeführt sind.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht somit vor, die Reihung sämtlicher Ventile in einer Säule aufzugeben, und sie statt dessen in nebeneinander liegende Zeilen anzuordnen. Die Anzahl 35 dieser Zeilen ist zweckmäßiger Weise drei - entsprechend der Anzahl der Phasen des Drehstroms - oder kann bei Bedarf auch ein Vielfaches von drei sein, wobei die einzelnen Ventile jeweils funktionelle Verbände (typischerweise je sechs Ventile) bilden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung können die beiden Gleichspannungspotenziale der einzelnen Zeilen mit einem gerade verlaufenden Anschlussmittel verbunden werden. Die Wechselstromanschlüsse 40 befinden sich jeweils in der Mitte eines Verbandes, ohne dass es zu einer Kreuzung mit den Stromschienen der Gleichspannungspotenziale kommt. Der Vorteil dieses Aufbaus wird umso größer und augenfälliger, je höher die Pulszahl der Stromrichterschaltung wird.

Hierbei ist es günstig, insbesondere zur Vereinfachung des Aufbaus, wenn in den verschiede-45 nen Zeilen die Gleichrichterelemente nebeneinander angeordnet sind, wobei Gleichrichterelemente mit gleichartigen Gleichstromanschlüssen nebeneinander liegen und diese Gleichstromanschlüsse jeweils gemeinsam ausgeführt sind.

Eine Verringerung des Aufwandes bei Montage und Service und verbesserte Übersichtlichkeit so ergibt sich dadurch, dass die Gleichrichterelemente mit gleicher Stromrichtung geschaltet sind, zumindest jeweils innerhalb Gruppen, wobei eine Gruppe jeweils die von einer Drehstromversorgung gespeisten Gleichrichterelemente zugehören (funktioneller Verband). In einer Gleichrichter-Serienschaltung können überhaupt sämtliche Gleichrichterelemente mit gleicher Stromrichtung geschaltet sein. 55 3

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Entsprechend der Zahl der Phasen einer Drehstromversorgung ist zweckmäßiger Weise die Anzahl der parallel verlaufenden Zeilen drei oder ein Vielfaches von drei.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gleichrichterelemente Halbleiterventile in Schei-5 benbauform, die innerhalb jeweils einer Zeile in Form einer Säule mechanisch eingespannt sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Die Zeichnungen zeigen: 10

Fig. 1 die Gleichrichteranordnung in einem bekannten Sechspuls-Gleichrichter;

Fig. 2 ein Schaltbild eines 24-Puls-Gleichrichters in Serienschaltung;

Fig. 3 bis 5 die Gleichrichteranordnung der Fig. 2 in einer Schrägansicht (Fig. 3), Vorderansicht (Fig. 4) und Seitenansicht (Fig. 5); und 15 Fig. 6 ein Schaltbild eines 24-Puls-Gleichrichters in Serien-Parallel-Schaltung.

Bezugnehmend auf Fig. 2 kann eine 24-pulsige Gleichrichterschaltung GRS als Serienschaltung von vier 6-pulsigen Stromrichtern G1, G2, G3, G4 aufgefasst werden, die schaltungstechnisch jeweils der Brückenschaltung der Fig. 1 entsprechen; jedoch entspricht die tatsächlich 20 realisierte Anordnung (Fig. 3 bis 5) der Darstellung, die in Fig. 2 zum Ausdruck kommt: Die Ventile, die jeweils von der gleichen Drehstromversorgung gespeist sind, sind nicht nur im Schaltungsbild, sondern auch im tatsächlichen Aufbau in drei parallel laufenden Zeilen Zr, Zs, Zt mit gleicher Stromrichtung orientiert. 25 Die Schaltung GRS hat fünf mögliche Gleichspannungspotenziale, von denen im gezeigten Fall drei, nämlich das Plus- und Minuspotenzial P1, P2 sowie ein Nullpotential PN, nach außen geführt sind, sowie insgesamt zwölf Wechselspannungsanschlüsse R1, S1, T1, ..., R4, S4, T4. Naturgemäß gehören je drei der Wechselspannungen zu einer Drehstromversorgung. Die vier Drehstromversorgungen haben zweckmäßiger Weise verschiedene Phasen, z.B. fortschreitend 30 um je 15° verschoben, und sind beispielsweise aus einer gemeinsamen Drehstrom-Hauptversorgung mit Hilfe geeigneter phasendrehender Transformatoren abgeleitet.

In Fig. 3 bis 5 ist eine Realisierung der Schaltung GRS in einer wassergekühlten Gleichrichteranordnung WGR für den Mittelspannungsbereich (3 bis 6 kV) gezeigt; Fig. 3 ist eine Schrägan-35 sicht, Fig. 4 eine Ansicht von vome und Fig. 5 eine Seitenansicht; die Zahlen stellen Bemaßungen in Millimeter dar. Darin sind die Ventile als Scheibenelemente ausgeführt, die wie bereits erwähnt in drei Ventilsäulen Zr, Zs, Zt angeordnet sind. Diese Säulen stellen die Gleichrichter-Zeilen im Sinne der Erfindung dar. Jede Säule Zr, Zs, Zt enthält jeweils acht Ventile V, die mithilfe einer Tellerfeder TF in dem Rahmen FR eingespannt sind. 40

Die Halbleiter-Ventile V sind in der gezeigten Ausführungsform wassergekühlt, und zwar werden je zwei Ventile mit einem Kühlelement WK gekühlt. Jedes Kühlelement dient zugleich als elektrischer Anschluss der jeweils zugehörenden Ventile an je ein Drehstrom-Potenzial R1, S1, ..., T4, das über je eine der Anschlussschienen LC an der Rückseite der Anordnung einge-45 speist wird. Die 3 x 4 = 12 Wechselspannungsanschlüsse LC bilden so ein Anschlussfeld, wobei je drei nebeneinander liegende Anschlüsse einer Drehstromversorgung entsprechen. Dabei ist es belanglos, wie die drei Phasen derselben Drehstromversorgung (z.B. die Phasen R1, S1, T1) den drei nebeneinander liegenden Anschlüssen (z.B. den Anschlüssen CR1, CS1, CT1) zugeordnet sind, da eine Vertauschung keine schaltungstechnische Auswirkung hat, wie unmit-50 telbar aus dem Schaltbild der Fig. 2 hervorgeht.

Bezugnehmend insbesondere auf Fig. 4 sind die Gleichspannungspotenziale als gerade (in Fig. 4 horizontal) verlaufende Verschienungen ausgeführt, welche die nebeneinander liegenden gleichen Potenziale der drei Säulen verbinden. Die Gleichspannungsanschlüsse CP1, 55 CPN, CP2 entsprechen den Potentialen P1, PN und P2; sie treten an der Seite des Rahmens

Claims (6)

1. 4 AT 413 913 B FR heraus und sind nach oberhalb der Anordnung ausgeführt. Die Verbindungsschienen H1, H2 zwischen den Ventilen der verschiedenen Säulen sowie die Verbindungsschienen HE mit den äußeren Anschlüssen CP1, CPN, CP2 sind als flexible Verbindungselemente gestaltet, z.B. in Wellenform. Dies dient dem thermisch-mechanischen Ausgleich zwischen den Säulen. 5 Außerdem wird die Montage erleichtert, wenn eine gewisse Verschiebbarkeit der Elemente gegeneinander möglich ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind auch die Wechselspannungsanschlüsse CR1-CT1,.... CR4-CT4 günstigerWeise über flexible Verbindungen BE an die Gleichrichtersäulen, genauer an die als Anschluss dienenden Kühlelemente WK, herangeführt. io Die Erfindung eignet sich auch für Abwandlungen der Gleichrichterschaltung der Fig. 2, in der die einzelnen Gleichrichtergruppen G1-G4 in Serie geschaltet sind. Die Gleichrichtergruppen können auch parallel geschaltet sein, oder teils in Serie, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 ist dies Schaltungsanordnung für eine 24-Puls-Schaltung PGS gezeigt, in der je zwei in Serie liegende Gleichrichtergruppen parallel geschaltet sind. Dies wird dadurch erreicht, dass sämtli-15 che Ventile der Gruppen G3 und G4 entgegengesetzt zu denen der anderen Gruppen G1, G2 orientiert werden. Die Gleichspannungspotenziale PP1, PP2, PPN (Minus, Plus und Null) der beiden Doppelgruppen werden geeignet zusammengeführt. In der Realisierung der Anordnung entspricht diese dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2-5; da lediglich die Richtung der Gleichrichterelemente in der unteren Hälfte umgekehrt wird, ergibt sich keine Änderung des Aufbaus 20 innerhalb der Säulen Zr, Zs, Zt im Rahmen FR. Als Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind insbesondere zu nennen: - Sämtliche Ventile, zumindest jeweils jene die zu einer Gleichrichtergruppe G1, G2, G3, G4 25 gehören, zeigen in die gleiche Stromrichtung, unabhängig von der Zeile Zr, Zs, Zt. Dies ist zur Vermeidung von Fehlanordnungen von Ventilen bei Fertigung und Service von erheblichem Vorteil. - Die Gleichspannungspotenziale können durch gerade Schienen bzw. entsprechende gerade verlaufende Verbindungselemente verbunden werden. Dies ist besonders bei hohen Span- 30 nungen und Strömen vorteilhaft, bei denen dicke Kupferschienen verwendet werden. - Auch bei höherpulsigen Schaltungen sind keine Kreuzungen der Verschienung erforderlich. Dies spart Volumen und Isoliermaterial, erhöht die Zugänglichkeit zu den einzelnen Ventilen (was besonders beim Service nützlich ist) und erhöht die Übersichtlichkeit. - Die Wechselspannungsanschlüsse können in einfacher Weise übersichtlich geordnet als 35 Anschlussfeld herausgeführt werden. Dies spart wiederum Volumen - insbesondere bei höherpulsigen Schaltungen wie z.B. einer 24-Puls-Schaltung mit 12 Anschlüssen - und erbringt eine besondere Übersichtlichkeit. - Unabhängig von der Pulszahl sind auch bei höherpulsigen Schaltungen nur drei Zeilen bzw. Gleichrichtersäulen erforderlich, wobei die Zahl drei der Anzahl der Drehstromphasen ent- 40 spricht. Beispielsweise wächst die Anordnung beim Übergang von einer Zwölfpuls- auf eine 24-Puls-Schaltung nur geringfügig (um weniger als einen Faktor 2) in die Höhe, nicht aber in Breit oder Tiefe. Es entsteht keine neue konstruktive Einheit. Dies bleibt unbeschadet der Möglichkeit - besonders im Falle sehr großer Anordnungen, um die Länge der Säulen und die damit verbundene Gefahr mangelnder mechanischer Stabilität zu verringern - die Zahl 45 der Säulen auf ein entsprechendes Vielfaches von drei (der Anzahl der zur einer Drehstromversorgung gehörenden Phasen) zu vergrößern. Zusätzlich können in dem Gleichrichteraufbau RC-Glieder vorgesehen sein, z.B. als Überspannungsschutz. Diese sowie andere ergänzende Bauteile sind dem Fachmann wohlbekannt und so haben auf die Erfindung keinen weiteren Einfluss. Patentansprüche: 1. Stromrichtertechnische Anordnung zur Drehstrom-Gleichrichtung, insbesondere im Bereich 5 AT 413 913 B der Mittel- und Hochspannung, mit einer Anzahl von in einer Reihe angeordneten Halbleiter-Gleichrichterelementen, gekennzeichnet durch eine Anzahl von räumlich parallel verlaufenden Zeilen (Zr, Zs, Zt) von in Serie geschalteten 5 Gleichrichterelementen (V), wobei die verschiedenen Phasen (R1, S1, T1; ... R4, S4, T4) der Drehstromversorgung jeweils räumlich nebeneinander liegenden Gleichrichterelementen verschiedener Zeilen zugeführt sind.
2. 2. Stromrichtertechnische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den io verschiedenen Zeilen (Zr, Zs, Zt) die Gleichrichterelemente (V) nebeneinander angeordnet sind, wobei Gleichrichterelemente mit gleichartigen Gleichstromanschlüssen nebeneinander liegen und diese Gleichstromanschlüsse (CP1, CPN, CP2) jeweils gemeinsam ausgeführt sind.
3. 3. Stromrichtertechnische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterelemente mit gleicher Stromrichtung geschaltet sind, zumindest jeweils innerhalb Gruppen (G1, G2, G3, G4, G3, G4), wobei eine Gruppe jeweils die von einer Drehstromversorgung gespeisten Gleichrichterelemente zugehören.
4. 4. Stromrichtertechnische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterelemente mit gleicher Stromrichtung geschaltet sind (Fig. 2).
5. 5. Stromrichtertechnische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der parallel verlaufenden Zeilen drei oder ein Vielfaches von drei 25 ist.
6. 6. Stromrichtertechnische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterelemente Halbleiterventile in Scheibenbauform sind, die innerhalb jeweils einer Zeile in Form einer Säule mechanisch eingespannt sind (Fig. 3). 30 Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 55