DE19732402A1 - Elektrische Busanordnung und Verfahren zum Minimieren der Induktanz in einer elektrischen Busanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Busanordnung zur Gleichstromversorgung von Schaltungselementen, ins­ besondere für einen Wechselrichter, mit einer ersten und einer zweiten Platte, die unter Zwischenlage einer Isolierschicht parallel zueinander angeordnet sind, wobei die erste Platte erste Anschlüsse von Schaltungs­ elementen einer ersten Gruppe mit ersten Anschlüssen von Schaltungselementen einer zweiten Gruppe verbindet und die zweite Platte zweite Anschlüsse der Schaltungs­ elemente der ersten Gruppe mit zweiten Anschlüssen der Schaltungselemente der zweiten Gruppe verbindet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Minimieren der Induktanz in einer elektrischen Busanordnung zur Gleichstromversorgung von schaltenden Schaltungselemen­ ten, bei der der Strom in einer ersten Platte der Bus­ anordnung in eine Richtung und in einer dazu parallelen und dicht benachbarten zweiten Platte der Busanordnung in die entgegengesetzte Richtung fließt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Frequenz­ umrichters oder kurz Umrichters beschrieben werden, wenngleich sie auch bei anderen Einsatzfällen denkbar und möglich ist. Ein derartiger Umrichter richtet zu­ nächst elektrische Spannung aus einem Netz gleich und stellt sie in einem Zwischenkreis als Gleichspannung zur Verfügung. Im Zwischenkreis ist üblicherweise eine Spule und ein Kondensatorblock angeordnet, der seiner­ seits wiederum mit einer Schaltanordnung verbunden ist, die durch Ein- und Ausschalten von Schaltern einen ein- oder mehrphasigen Wechselstrom erzeugt. Die Schalt­ anordnung steuert beispielsweise über die Frequenz die Geschwindigkeit von elektrischen Ein- oder Mehrphasen­ motoren. Um die Leistungsverluste des Umrichters zu begrenzen, ist eine hohe Schaltgeschwindigkeit erfor­ derlich. Ein Sonderfall ist ein einfacher Wechselrich­ ter, bei dem die Gleichspannung aus einer anderen Quel­ le stammt.

Ein Hochgeschwindigkeitsschalten bedeutet allerdings eine starke zeitliche Stromänderung, d. h. ein hohes di/dt. Dementsprechend werden beim Umschalten wegen der Induktivität der Busanordnung hohe Spannungspitzen in­ duziert. Die induzierten Spannungsspitzen v ergeben sich aus der bekannten Beziehung v = L.di/dt. Es ist deswegen von größter Wichtigkeit, die Induktivität L und damit die Induktanz der Busanordnung so klein wie möglich zu halten.

Um die Induktanz kleinzuhalten, sollten die Leiter der Busanordnung so kurz, dünn und breit wie möglich sein. Wenn man Leitungen mit gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Strömen so anordnet, daß sie eng benachbart und überlappend zueinander sind, wird der magnetische Fluß, der durch die entgegengerichteten Ströme erzeugt wird, weitgehend eliminiert werden. Insgesamt wird der magnetische Fluß um die Leitungen im wesentlichen Null. Somit bewirken Stromänderungen nur kleine Flußänderun­ gen, wodurch der effektive Blindwiderstand oder die Induktanz der Busleitungen drastisch vermindert wird.

Es ist deswegen allgemein bekannt, die Busanordnung laminiert auszubilden, d. h. mit einer positiven Lei­ tung, einer Isolierschicht und einer negativen Leitung, die einander überlappend angeordnet sind. Diese Leitun­ gen oder Leitschienen führen Ströme von gleichen Ampli­ tuden und entgegengesetzten Richtungen von und zu der Kondensatoranordnung, um dadurch den erzeugten magneti­ schen Fluß durch die Schaltströme in den Busleitungs­ schienen zu eliminieren.

Beispielsweise beschreibt JP 62 040069 A eine geschich­ tete Busanordnung mit einem daran montierten Kondensa­ tor. Die Busanordnung hat Beine, die sich zu Schal­ tungselementen erstrecken. Die Verbindungsbeine haben jedoch eine ungleiche Länge, da die Beine der negativen Platte zumindest um die Dicke der Busanordnung überste­ hen. Darüber hinaus wird der Kondensator auf Beinen montiert, die von der Busanordnung abstehen, wodurch der Kondensator auf einer Kante der Busanordnung mon­ tiert wird, was mehr Raum benötigt.

Eine andere Busanordnung ist aus US 5 132 896 bekannt. Auch hier sind die Leiterschienen als Platten ausgebil­ det, nämlich eine positive Platte, die Pole von Lei­ stungsschaltern mit Polen der Kondensatoren verbinden, und einer negativen Platte, die die anderen Pole der Leistungsschalter mit den anderen Polen der Kondensato­ ren verbinden. Die negative und die positive Platte sind durch eine Isolationsschicht getrennt und auf den Schaltungskomponenten mit Hilfe von Schrauben befe­ stigt. Charakteristisch für diese Konstruktion ist die gemeinsame Verwendung der Busanordnung mit den Leiter­ schienen für die Stromübertragung und die Wärmeablei­ tung.

JP 04 133669 A zeigt eine laminierte Busanordnung mit einer positiven und einer negativen Platte, einer Iso­ lationsplatte und einer Mittelpunktplatte. Die Mittel­ punktplatte wird verwendet, um zwei Kondensatoren in Reihe zu schalten. Die Mittelpunktplatte ist hierbei in der selben Ebene angeordnet wie die positive Platte. Die Platten der Busanordnung dienen hierbei als Verbin­ der zwischen dem Kondensator und einem Gleichrichter und als eine Leitung zwischen dem Kondensator und den Schaltern, wenn die Kondensatoren ihre Energie durch die Schalter abgeben.

Man hat in den bekannten Busanordnungen (unter "Bus­ anordnung" soll hier und im folgenden eine Anordnung von Leitungen verstanden werden), zwar bereits einen hohen Grad der Flußminimierung erreicht. Dennoch zeigen sich größere Bereiche in der Busanordnungen, in denen die Busplatten einander nicht überlappen und deswegen nichts zur Flußverminderung beitragen. Diese "blinden" Flecke sind in den Bereichen angeordnet, wo die Lei­ stungskomponenten (hier und im folgenden auch "Schaltungskomponenten" genannt) mit den Busplatten verbunden sind. In der genannten US 5 132 896 hat die negative Platte eine Z-Form an ihrem Ende und ist an den ersten Polen der Schaltungselemente montiert, wäh­ rend die positive Platte ebenfalls eine Z-Form an ihrem Ende hat. Sie ist parallel und dicht an der negativen Platte montiert. Sie steht aber über die negative Plat­ te vor, um die zweiten Pole der Schaltungselemente zu erreichen. Da die positive Platte länger als die nega­ tive Platte ist, ergibt sich ein nicht mehr zu vernach­ lässigender Bereich, bei dem die Kompensation für den magnetischen Fluß fehlt, der während der Stromübertra­ gung vom Kondensator zu den Schaltungselementen ent­ steht. Außerdem wird ein magnetischer Fluß durch einen induktiven Strom erzeugt, der in Querrichtung fließt, und zwar von einem Kollektor zu einem anderen, und der nicht kompensiert wird. Diese fehlende Kompensierung führt zu einer Begrenzung der Schaltfrequenzen. Wie oben erwähnt, verursachen die parasitären Reaktanzen Überspannungen, die über die Nenndaten der Schaltungse­ lemente hinausgehen. Hierdurch wird entweder die Le­ bensdauer herabgesetzt oder die Schaltungselemente wer­ den sogar zerstört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schalt­ frequenz erhöhten zu können, ohne die Schaltungselemen­ te zu gefährden.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Busanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sich die erste und die zweite Platte im Bereich der Schaltungse­ lemente der zweiten Gruppe mit Anschlußfortsätzen ver­ zweigen, die jeweils in unterschiedlichen Richtungen gerichtet sind, und die erste und die zweite Platte vom Zusammentreffen der Anschlußfortsätze an parallel ver­ laufen.

Damit erreicht man eine gegenseitige Überdeckung der beiden Platten im stromführenden Bereich, die bis zu der Verzweigung reicht. Erst ab der Verzweigung findet die Eliminierung des magnetischen Flusses durch entge­ gengerichtet verlaufende Ströme nicht mehr statt. Da es sich aber nur um Anschlußfortsätze handelt und nicht mehr um ganze Plattenbereiche, sind die nicht kompen­ sierten Leiterbereiche relativ kleine.

Vorzugsweise liegen die Anschlußfortsätze in einer Ebe­ ne, die mit einer Ebene, zu der die Platten parallel liegen, nicht parallel ist. Mit anderen Worten kombi­ niert man hier zwei Forderungen. Zum einen müssen die Anschlußfortsätze selbst in einer Ebene liegen, die für die Anschlußfortsätze der ersten und der zweiten Platte gemeinsam ist. Diese Ebene ist aber nicht gleich der Ebene, in der die beiden Platten der Busanordnung lie­ gen. Damit erreicht man eine geometrische Entkopplung. An den Anschlußfortsätze steht genügend Raum für die Montage der Schaltungselemente zur Verfügung. Die Plat­ ten stehen hierzu in einem Winkel ab.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Anschlußfort­ sätze unter einem Winkel von 90° zu den Platten stehen. Damit wird es möglich, die Verzweigung der beiden Plat­ ten im Bereich Ihrer Anschlußfortsätze in die geometri­ sche Ebene zu verlegen, die durch die Anschlüsse oder Pole der Schaltungselemente definiert ist. Darüber hin­ aus ist es bei dieser Ausgestaltung möglich, die beiden Platten senkrecht zu dieser Ebene anzuordnen, was den Vorteil hat, daß alle anderen Elemente, beispielsweise die Schaltungselemente der ersten Gruppe, die an den Platten montiert sind, leichter zugänglich sind und auch besser gekühlt werden können, beispielsweise durch Konvektion.

Vorteilhafterweise sind die Anschlußfortsätze gleich lang. Damit liegen die Platten in der Mitte zwischen den beiden Polen. Die Ausbildung ist demnach symme­ trisch. Der magnetische Fluß in den beiden Anschluß­ fortsätzen wird zwar nicht mehr kompensiert. Da es sich aber hier nur um recht kleine Flächenbereiche handelt, kann dies toleriert werden.

Vorzugsweise sind beide Platten gleich weit von den ersten Anschlüssen und von den zweiten Anschlüssen der Schaltungselemente der zweiten Gruppe entfernt. Damit ergibt sich eine symmetrische Anordnung, und man er­ reicht auf diese Weise leichter eine gegenseitige Kom­ pensation der Ströme.

Mit Vorteil stehen die Schaltungselemente der ersten Gruppe senkrecht zu den Platten. Dies erleichtert die Montage. Auch die Kühlung ist, wie oben angegeben, ein­ facher. Es steht eine relativ große Fläche zur Verfü­ gung, über die Wärme abgeführt werden kann.

Vorzugsweise ist die erste Platte in zwei in der glei­ chen Ebene angeordnete Teilplatten aufgeteilt. Man kann die eine Teilplatte nun als Verbindung zu den Anschlüs­ sen der Schaltungselemente der zweiten Gruppe nutzen und die andere Teilplatte dazu verwenden, bestimmte Schaltungskonfigurationen im Hinblick auf die Schal­ tungselemente der ersten Gruppe zu realisieren.

Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Teilplat­ te, die nicht den Anschlußfortsatz aufweist, auf einem Potential im Bereich der Mitte zwischen den Potentialen der ersten und der zweiten Anschlüsse liegt. Beispiels­ weise kann diese Teilplatte dazu verwendet werden, zwei Kondensatorgruppen in Reihe zu schalten. Es spielt hierbei keine Rolle, daß die beiden Teilplatten auf unterschiedlichen Potentialen liegen. Entscheidend ist vielmehr, daß sie vom Strom in der gleichen Richtung durchflossen werden. Da dies der Fall ist, bilden beide Teilplatten funktional zusammen die erste Platte.

Die Lösung der oben genannten Aufgabe ergibt sich al­ ternativ oder zusätzlich auch dadurch, daß die erste Platte mit mehreren ersten Leitungsbereichen und die zweite Platte mit einer entsprechenden Anzahl von zwei­ ten Leitungsbereichen versehen sind, wobei die ersten Leitungsbereiche jeweils die ersten Anschlüsse der Schaltungselemente der zweiten Gruppe miteinander oder mit einem ersten Versorgungsanschluß und die zweiten Leitungsbereiche jeweils die zweiten Anschlüsse der Schaltungselemente der zweiten Gruppe miteinander oder mit einem zweiten Versorgungsanschluß verbinden und einander entsprechende erste und zweite Leitungsberei­ che einander überdeckend angeordnet sind, und wobei die Schaltungselemente so betrieben werden, daß die Summe der Ströme in einander entsprechenden ersten und zwei­ ten Leitungsbereichen vor und nach einem Schaltvorgang gleich ist.

Mit den zuvor genannten Maßnahmen kann man erreichen, daß die Induktanz der gesamten Busanordnung klein bleibt, weil der Fluß dadurch stark vermindert wird, daß einander entgegengesetzt gerichtete Ströme in den beiden Platten fließen. Mit der hier vorgestellten wei­ teren Maßnahme wird zwar der Fluß nicht kompensiert, also durch entgegengesetzt gerichtete Ströme vermin­ dert, sondern es werden nur Flußänderungen klein gehal­ ten. Dies läßt sich am einfachsten anhand des Wechsel­ richterabschnitts eines mehrphasigen Umrichters erläu­ tern. Ein Drei-Phasen-Wechselrichter weist beispiels­ weise sechs gesteuerte Schalter auf, die durch anti­ parallel geschaltete Freilaufdioden überbrückt sind. Die Schalter sind beispielsweise durch Feldeffekttran­ sistoren (FET) oder durch bipolare Transistoren mit isolierter Steuerelektrode gebildet. Jeder Leitungs­ zweig, in dem zwei Schalter hintereinander angeordnet sind, ist über den Mittelabgriff mit einem Verbraucher verbunden. Der Strom fließt nun durch einen Schalter in einem Zweig, dann durch mindestens zwei Phasen des Ver­ brauchers und dann durch einen Schalter eines anderen Zweiges zurück. Hierbei fließt der Strom durch Lei­ tungsstrecken, die von der Versorgungsleitung zu dem entsprechenden Ausgang des Schalters gelegt sind. Wenn nun der Schalter geöffnet wird, kann der Strom nicht mehr hindurchfließen. Er sucht sich dann einen Weg über die Freilaufdiode des anderen Schalters im gleichen Brückenzweig. Dementsprechend fließt er durch die ande­ re Versorgungsleitung. Wenn man nun die beiden Versor­ gungsleitungen auf den Platten so einrichtet, daß sie einander überlappen, dann fließt vor dem Öffnen dies Schalters der Strom auf der einen Platte und nach dem Öffnen auf der anderen Platte, dies aber immer im glei­ chen Bereich und in der gleichen Richtung. Dementspre­ chend ändert sich der Fluß praktisch nicht. Man ist hierbei nicht einmal darauf festgelegt, daß der Strom in konkreten Leiterbahnen fließt, wenngleich dies na­ türlich die Ausgestaltung erleichtert. Wenn die beiden Platten von ihrer physikalischen Eigenschaft im wesent­ lichen gleich sind, dann reicht es aus, wenn man die entsprechenden Anschlußpunkte gleich positioniert. Mit dieser Ausgestaltung verhindert man, wie gesagt, Fluß­ änderungen. Spannungen werden aber nur dann induziert, wenn sich der magnetische Fluß ändert. Solange sich der Fluß nicht ändert, werden auch keine Spannungen und auch keine Spannungsspitzen induziert.

Mit Vorteil stehen die Anschlußfortsätze einander ge­ genüber. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, die Stromlaufpfade auf der positiven Platte und auf der negativen Platte gleich auszubilden, so daß sie einan­ der überdecken. In diesem Fall läßt sich die Summe der Ströme auf der ersten und auf der zweiten Platte gleich halten, auch wenn sich der Schaltungszustand des Wech­ selrichters ändert.

Die Aufgabe wird auch bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man die Summe der Ströme in einander überdeckenden Bereichen der beiden Platten vor dem Schalten gleich der Summe der Ströme in diesen Bereichen nach dem Schalten hält.

Dadurch wird der Fluß zwar nicht kompensiert, also durch entgegengesetzt gerichtete Ströme ausgeglichen oder auf Null vermindert, er wird nur konstant gehal­ ten. Es ergibt sich allenfalls eine kleine örtliche Verschiebung des magnetischen Flusses um die Breite einer Platte plus der Breite der Isolierschicht. Diese örtliche Änderung des magnetischen Flusses induziert aber allenfalls eine kleine Spannungspitze, die noch tolerierbar ist. Im übrigen werden praktisch keine Spannungen induziert.

Mit Vorteil verwendet man zum Gleichhalten der Summe der Ströme einen Hilfsstrom, der durch eine Freilaufdi­ ode des anderen Schalters im gleichen Brückenzweig liegt. Dieser Hilfsstrom entsteht automatisch beim Öff­ nen des einen Schalters im gleichen Brückenzweig. Er hat die gleiche Stärke wie der zuvor durch den Schalter fließende Strom, so daß er in der richtigen Stärke und der richtigen Richtung ohnehin zur Verfügung steht. Man verlagert ihn sozusagen nur auf eine andere Platte der Bus- oder Leiteranordnung, so daß sich nur eine äußerst geringe Flußänderung durch räumliche Änderung des Stromflusses ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsansicht einer elektrischen Busanordnung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Busanord­ nung,

Fig. 3 einen Schnitt A-A nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Stromverlauf und

Fig. 5 eine Schaltanordnung mit einem zweiten Strom­ verlauf.

Eine Busanordnung 1, die in Fig. 1 dargestellt ist, dient zur Gleichstromversorgung einer in Fig. 1 nicht näher dargestellten Wechselrichteranordnung. Die elek­ trische Schaltung einer derartigen Wechselrichteranord­ nung findet sich in den Fig. 4 und 5. Die Busanordnung 1 kann man auch als Leiteranordnung bezeichnen. Bei einer Leiteranordnung zur Gleichstromversorgung sind im Prinzip zwei Leiter ausreichend, nämlich ein positiver Leiter für die Leitung des Stroms zum Wechselrichter und ein negativer Leitung für die Leitung des Stroms vom Wechselrichter.

Dementsprechend ist die Busanordnung 1 gebildet durch eine erste Platte 2, die im folgenden auch als positive Platte bezeichnet werden wird, und eine zweite Platte 3, die im folgenden auch als negative Platte bezeichnet werden wird. Die beiden Platten 2, 3 werden unter Zwi­ schenlage einer Isolierschicht 4, die als Platte oder als Folie ausgebildet sein kann (in Fig. 3 wegen gerin­ ger Dicke nicht erkennbar), flächig aneinandergelegt, so daß sie parallel sind. Hierbei deckt die erste Plat­ te 2 die zweite Platte 3 vollständig ab. Auf der der Isolierschicht 4 gegenüberliegenden Seite der ersten Platte 2 ist eine Halteplatte 5 angeordnet. In der gleichen Ebene wie die zweite Platte 3 ist eine Mittel­ platte 6 angeordnet, deren Funktion weiter unten erläu­ tert werden wird.

An der ersten Platte 2 befindet sich ein positiver An­ schluß 7 und an der zweiten Platte 3 ein negativer An­ schluß 8, der zur Strom- und Spannungsversorgung der Busanordnung 1 genutzt werden kann. Die Platten werden auf Montagefüßen 9 zusammengebaut. Diese sind elek­ trisch isolierend. Um einerseits die Platten zusammen­ zuhalten und andererseits elektrische Verbindungen her­ zustellen, weisen die Platten 2-6 Bohrungen 10, 11 auf, durch die Anschlüsse oder Pole 12 von Kondensatoren 13 geführt werden können.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Busanordnung 1 mit den Kondensatoren 13 auf Modulen 14 montiert, die die Schalter des Wechselrichters enthalten. Diese Schalter können beispielsweise als bipolare Transisto­ ren mit isolierter Steuerelektrode (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor) ausgebildet sein. Die Platten 2, 3 stehen hierbei senkrecht zu den Modulen 14.

Die Kondensatoren 13 bilden hierbei die Schaltungsele­ mente einer ersten Gruppe, die Module 14 mit ihren Schaltern Schaltungselement einer zweiten Gruppe. Die Platten 2, 3 verbinden also die Kondensatoren 13 mit den Modulen 14, und zwar über die Platte 2 so, daß der Strom von den Kondensatoren 13 zu den Modulen 14 flie­ ßen kann und über die Platten 3, 6 so, daß der Strom von den Modulen 14 zu den Kondensatoren 13 zurückflie­ ßen kann. Hierbei sind die Kondensatoren 13 in zwei Reihen übereinander angeordnet. Die Kondensatoren der oberen Reihe sind hierbei parallelgeschaltet. Die bei­ den parallelgeschalteten Reihen sind hingegen wieder in Reihe geschaltet. Hierzu dient die Mittelplatte 6. Sie verbindet die Minus-Pole der Kondensatoren der oberen Reihe mit den Plus-Polen der Kondensatoren der unteren Reihe, wie anhand von Fig. 3 erkennbar ist. Die Mittel­ platte 6 befindet sich also auf einem Potential zwi­ schen den Potentialen der Plus-Pole der Kondensatoren der oberen Reihe und den Minus-Polen der Kondensatoren der unteren Reihe. Wenn die Kondensatoren gleich sind, befindet sich die Mittelplatte 6 mit anderen Worten auf dem Null-Potential, d. h. in der Mitte zwischen dem Plus- und dem Minus-Potential.

Wie sich anhand von Fig. 3 erkennen läßt, weist die erste oder Plus-Platte 2 einen Anschlußfortsatz 15 auf und die zweite oder Minus-Platte 3 einen Anschlußfort­ satz 16. Beide Anschlußfortsätze 15, 16 sind gleich lang und rechtwinklig zu den Platten 2, 3 abgebogen. Dementsprechend stehen die Platten 2, 3, wie erwähnt, senkrecht auf den Modulen 14. Die beiden Anschlußfort­ sätze 15, 16 stoßen an einem Punkt 17 zusammen. Von dem Punkt 17 an nach oben sind die Platten 2, 3 bzw. 2, 6 parallelgeführt und überlappen einander. Ausgenommen ist lediglich ein kleiner Bereich 18 in der Nähe des Plus-Pols 12 der Kondensatoren 13 der oberen Reihe. Dieser Bereich ist aber relativ weit von den Modulen 14 entfernt. Die Überdeckung geht aber zumindest bis zum Minus-Pol 19 der Kondensatoren 13 der oberen Reihe. Die Pole 12, 19 bzw. der Plus-Pol 20 und der Minus-Pol 21 der Kondensatoren 13 der unteren Reihe sind mit Hilfe von Schrauben oder Muttern 22 mit der Busanordnung 1 verbunden. Die Halteplatte 5, die aus Kunststoff gebil­ det ist, erlaubt hier eine gewisse Vorspannung.

Neben anderen Vorteilen hat diese Ausbildung auch den Vorteil der leichteren Montage und Wartung. Wenn ein Kondensator 13 ausgewechselt werden muß, reicht es aus, die Schrauben 22 zu lösen, den Kondensator auszutau­ schen und die Schrauben 22 wieder zu befestigen.

Die beiden Platten 2, 3 sind im Schnitt gesehen als zwei "L" ausgebildet, die Rücken an Rücken aneinander­ liegen. Hierbei gehen die unteren Schenkel der "L" nicht über die gesamte Länge der Platten 2, 3 durch. Sie beschränken sich vielmehr auf den Bereich der Modu­ le 14. Es handelt sich also um relativ kleine Flächen­ anteile. In den übrigen Flächen, ausgenommen der Be­ reich 18, liegen sich immer zwei Platten gegenüber, in denen die Ströme entgegengesetzte Richtungen haben. Dadurch wird der magnetische Fluß sehr klein gehalten. Im Grunde genommen wird er auf den Wert Null vermin­ dert.

Änderungen im Strom, die unvermeidlich sind, bewirken also allenfalls eine Änderung des Flusses im Bereich Null. Dort sind sie aber relativ klein, so daß die kleinen Änderungen auch nur kleine Spannungen induzie­ ren können. Mit dieser Anordnung wird also der gesamte Fluß klein gehalten. Die Anschlußfortsätze 15, 16 sind mit Anschlüssen 23, 24 oder Polen der Module 14 verbun­ den. Hierbei ist der Anschluß 23 der Plus-Pol und der Anschluß 24 der Minus-Pol. Die Module 14 weisen ferner noch eine Anschluß 25 auf, der einen Mittelabgriff bil­ det, wie anhand der Fig. 4 und 5 erläutert werden wird.

Da die beiden Anschlußfortsätze 15, 16 einerseits gleich lang sind und andererseits rechtwinklig zu den Platten 2 bzw. 3 abgebogen sind, steht die Busanordnung nicht nur senkrecht auf den Modulen 14. Sie befindet sich auch in der Mitte zwischen den Anschlüssen 23, 24 und ist bis zu einer geometrischen Ebene heruntergezo­ gen, die durch die Anschlüsse 23, 24 definiert ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß neben den Modulen 14 auch noch Snubber (Dämpfer) 27 vorgesehen sein können, die ebenfalls mit den Anschlußfortsätzen 15, 16 verbun­ den sind.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Maßnahme zur Ver­ minderung von Spannungspitzen, die es entsprechend er­ laubt, die Schaltfrequenzen zu erhöhen. Diese Maßnahme beruht auf dem gleichen Grundgedanken, nämlich das Aus­ nutzen von überlappenden oder einander überdeckenden Stromlaufpfaden zur Verringerung von Flußänderungen.

Fig. 4 zeigt hierbei den Schaltungszustand eines Wech­ selrichters 28, der durch drei elektrisch parallelge­ schaltete Module 14 gebildet ist, in einem Zustand kurz vor dem Öffnen eines Schalters U_N. Fig. 5 zeigt den Zustand kurz nach dem Öffnen dieses Schalters U_N.

Der Wechselrichter 28 weist drei Zweige auf, wobei je­ der Zweig zwischen einer Plus-Schiene P (entsprechend der Platte 2) und einer Minus-Schiene N (entsprechend der Platte 3) angeordnet ist. Jeder Zweig weist zwei in Reihe angeordnete Schalter U_P, U_N bzw. V_P, V_N bzw. W_P W_N auf. Diese Schalter sind als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor - bipolarer Transistor mit isolier­ ter Steuerelektrode) ausgebildet. Hierbei sind die Emitter der Transistoren mit Index P mit dem Kollektor der Transistoren mit dem Index N verbunden. In dieser Verbindung befindet sich der Mittelabgriff, der zu dem Anschluß 25 führt. Die Schienen P, N sind hingegen mit den Anschlüssen 23, 24 verbunden.

Die Schienen P, N sind jeweils unterteilt in drei Ab­ schnitte P₁, P₂, P₃ bzw. N₁, N₂, N₃, wobei diese Ab­ schnitte zwischen den positiven bzw. negativen Polen der Brückenzweige bzw. zwischen den positiven bzw. ne­ gativen Polen der Brückenzweige und einem Plus-Anschluß (+) bzw. einem Minus-Anschluß (-) gelegen sind. Diese Abschnitte P₁, P₂, P₃ bzw. N₁, N₂, N₃ können auf den Platten 2, 3 explizit ausgeführt sein. Sie müssen es aber nicht. Sie ergeben sich vielmehr aus der räumli­ chen Zuordnung der Pole bzw. Anschlüsse der Kondensato­ ren 13 und der Module 14.

Bei dem Schaltungszustand, der in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Schalter U_N noch geschlossen. Der Strom fließt dementsprechend vom Plus-Anschluß durch den Ab­ schnitt P₂, den Schalter V_P, eine Phase b eines Ver­ brauchers 29 und teilt sich dann auf in zwei Phasen a, c, und zwar ungleichmäßig. Bei einer angenommenen Stromstärke von 500 A fließt ein Strom von 300 A durch die Phase a und ein Strom von 200 A durch die Phase c zurück zu den Anschlüssen 25 der jeweiligen Wechsel­ richter. Die 300 A fließen dann durch den Schalter U_N und durch die Leitungsabschnitte N₁, N₂. Die 200 A in der Phase c des Verbrauchers 29 fließen durch den Schalter W_N und den Leitungsabschnitt N₃. In der P-Leitung ist nur der Leitungsabschnitt P₂ mit 500 A be­ lastet.

Wenn nun der Schalter U_N öffnet, ändert sich aufgrund der relativ großen Induktivität des Verbrauchers 29 der Strom und die Stromverteilung in den Phasen a, b, c nicht. Der Strom fließt dementsprechend zurück zu dem Punkt zwischen den Schaltern U_P und U_N. Da beide Schal­ ter geöffnet sind, fließt der Strom durch die Freilauf­ diode zum Schalter U_P (jeder Schalter ist mit einer derartigen Freilaufdiode versehen) und den Leitungsab­ schnitt P₁ und dann sozusagen im Kreis durch den Schal­ ter V_P wieder in die Phase b. Dementsprechend muß der Leitungsabschnitt P₂ nur noch einen Strom von 200 A aufnehmen, während im Leitungsabschnitt N₂ kein Strom mehr fließt. Die Verhältnisse in den Leitungsabschnit­ ten P₃ und N₃ haben sich hingegen nicht geändert. Im Leitungsabschnitt P₃ fließt kein Strom, während im Lei­ stungsabschnitt N₃ jeweils 200 A fließen.

Wenn man nun die Summe der Leistungsabschnitte P₁, N₁ bzw. P₂, N₂ und P₃, N₃ miteinander vergleicht, stellt man fest, daß die Summe der Ströme vor dem Öffnen des Schalters U_N und nach dem Öffnen dieses Schalters U_N (Fig. 5) gleichgeblieben ist. Dies läßt sich auch an­ hand der nachfolgenden Tabelle nachvollziehen:

Der Strom wird zwar von einer Platte auf die andere verlagert. Dies ergibt eine geringfügige räumliche Än­ derung des Flusses und damit eine kleine induzierte Spannung. Da aber die Stromstärke nicht geändert wird, bleibt die Flußstärke gleich, so daß durch eine Ände­ rung der Stärke des Flusses keine Spannungen induziert werden können.

Die Ströme werden bei einem Wechselrichter häufig an- und abgeschaltet. Die von den Strömen verursachten ma­ gnetischen Felder schwingen deswegen und erzeugen einen Strom mit hoher Frequenz durch die Kondensatoren und die Dämpfer 27. Wenn man hingegen eine erfindungsgemäße Busanordnung 1 verwendet, bei der die Platten so zuein­ ander angeordnet sind, daß nur ganz kleine nicht kom­ pensierte Bereiche existieren, dann minimiert die In­ duktanz die Amplitude der Schwingungen. Man kann damit erreichen, daß derartige Wechselrichter den Anforderun­ gen an elektromagnetischen Störungen genügen. Auch die Gestaltung der Snubber 27 wird einfacher.

Die vertikale Struktur der Busanordnung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, hat neben dem Vorteil der leichteren Montage und Wartung auch den Vorteil, daß man mehrere Kondensatoren in Reihe schalten kann. Hier­ bei fließt der Strom zwar von den Pluspolen der unteren Reihe durch die Mittelplatte 6 zu den Minuspolen der Kondensatoren oberen Reihe 13. Die Stromrichtung ver­ läuft hierbei jedoch von unten nach oben, genau wie in der zweiten Platte 3, so daß auch die Mittelplatte 6 funktional als zweite Platte 3 zu sehen ist, in der Ströme entgegengesetzt zu der Richtung in der ersten Platte 2 fließen.

Claims (12)

1. Elektrische Busanordnung zur Gleichstromversorgung von Schaltungselementen, insbesondere für einen Wechselrichter, mit einer ersten und einer zweiten Platte, die unter Zwischenlage einer Isolierschicht parallel zueinander angeordnet sind, wobei die er­ ste Platte erste Anschlüsse von Schaltungselementen einer ersten Gruppe mit ersten Anschlüssen von Schaltungselementen einer zweiten Gruppe verbindet und die zweite Platte zweite Anschlüsse der Schal­ tungselemente der ersten Gruppe mit zweiten An­ schlüssen der Schaltungselemente der zweiten Gruppe verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß sich die er­ ste und die zweite Platte (2, 3) im Bereich der Schaltungselemente (14) der zweiten Gruppe mit An­ schlußfortsätzen (15, 16) verzweigen, die jeweils in unterschiedlichen Richtungen gerichtet sind, und die erste und die zweite Platte (2, 3) vom Zusam­ mentreffen (17) der Anschlußfortsätze (15, 16) an parallel verlaufen.

2. Busanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anschlußfortsätze (15, 16) in einer Ebene liegen, die mit einer Ebene, zu der die Plat­ ten (2, 3) parallel liegen, nicht parallel ist.

3. Busanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anschlußfortsätze (15, 16) unter einem Winkel von 90° zu den Platten (2, 3) stehen.

4. Busanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlußfortsätze (15, 16) gleich lang sind.

5. Busanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß beide Platten (2, 3) gleich weit von den ersten Anschlüssen (23) und von den zweiten Anschlüssen (24) der Schaltungselemente (14) der zweiten Gruppe entfernt sind.

6. Busanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente (13) der ersten Gruppe senkrecht zu den Platten (2, 3) stehen.

7. Busanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Platte (3) in zwei in der gleichen Ebene angeordnete Teilplatten aufgeteilt ist.

8. Busanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilplatte (6), die nicht den An­ schlußfortsatz (16) aufweist, auf einem Potential im Bereich der Mitte zwischen den Potentialen der ersten und der zweiten Anschlüsse liegt.

9. Elektrische Busanordnung zur Gleichstromversorgung von Schaltungselementen, insbesondere für einen Wechselrichter, mit einer ersten und einer zweiten Platte, die unter Zwischenlage einer Isolierschicht parallel zueinander angeordnet sind, wobei die er­ ste Platte erste Anschlüsse von Schaltungselementen einer ersten Gruppe mit ersten Anschlüssen von Schaltungselementen einer zweiten Gruppe verbindet und die zweite Platte zweite Anschlüsse der Schal­ tungselemente der ersten Gruppe mit zweiten An­ schlüssen der Schaltungselemente der zweiten Gruppe verbindet, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte (2) mit mehreren ersten Leitungsbereichen (P₁, P₂, P₃) und die zweite Platte (3) mit einer entspre­ chenden Anzahl von zweiten Leitungsbereichen (N₁, N₂, N₃) versehen sind, wobei die ersten Leitungsbe­ reiche (P₁, P₂, P₃) jeweils die ersten Anschlüsse (14) der Schaltungselemente (14) der zweiten Gruppe miteinander oder mit einem ersten Versorgungsan­ schluß (+) und die zweiten Leitungsbereiche (N₁, N₂, N₃) jeweils die zweiten Anschlüsse (24) der Schaltungselemente (14) der zweiten Gruppe mitein­ ander oder mit einem zweiten Versorgungsanschluß (-) verbinden und einander entsprechende erste und zweite Leitungsbereiche (P₁, P₂, P₃; N₁, N₂, N₃) einander überdeckend angeordnet sind, und wobei die Schaltungselemente (14) so betrieben werden, daß die Summe der Ströme in einander entsprechenden er­ sten und zweiten Leitungsbereichen (P₁, P₂, P₃; N₁₁ N₂, N₃) vor und nach einem Schaltvorgang gleich ist.

10. Busanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlußfortsätze (15, 16) einander gegenüberstehen.

11. Verfahren zum Minimieren der Induktanz in einer elektrischen Busanordnung zur Gleichstromversorgung von schaltenden Schaltungselementen, bei der der Strom in einer ersten Platte der Busanordnung in eine Richtung und in einer dazu parallelen und dicht benachbarten zweiten Platte der Busanordnung in die entgegengesetzte Richtung fließt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Summe der Ströme in einander überdeckenden Bereichen der beiden Platten vor dem Schalten gleich der Summe der Ströme in diesen Bereichen nach dem Schalten hält.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Gleichhalten der Summe der Ströme einen Hilfsstrom verwendet, der durch eine Freilaufdiode des anderen Schalters im gleichen Brückenzweig fließt.