DE1614445C3 - Steuerbares Gleichrichterbauteil - Google Patents
Steuerbares GleichrichterbauteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein steuerbares Gleichrichterbauteil mit mindestens zwei Halbleitergleichrichtern,
die mit jeweils einer ihrer Hauptelektroden in Druckkontaktverbindung mit zwei massiven, elektrisch und
thermisch gut leitenden Metallkörpern stehen. I
Dabei steht »Halbleitergleichrichter« sowohl für j steuerbare als aucjvvfür nicht steuerbare Halbleiter- !
bauelemente mit Gleichrichterwirkung, also sowohl für Thyristoren als auch Dioden.
Ein Gleichrichterbäuteil der vorstehend genannten Art mit vier Halbleiterdioden als Gleichrichtern ist bekannt
aus der FR-PS 1 399 802. Das bekannte Bauteil dient zum Aufbau einer mechanisch und elektrisch sta- '
ίο bilen Gleichrichterbrückenschaltung. Dabei befindet
sich eine Halbleiterdiode stets nur mit einer ihrer Hauptelektroden in Kontakt mit einem massiven Metallkörper,
welcher einen thermischen Ausgleich zwisehen zwei gleichzeitig leitenden Dioden aber nicht bets
wirken kann, da auf Grund der besonderen Schaltung (Graetzschaltung) gleichzeitig immer nur zwei an vcr- j
schiedenen Metallkörpern anliegende Dioden in Vor- i wärtsrichtung belastet sind. Ein thermischer Ausgleich ;
zwischen den Halbleiterdioden ist aber auch gar nicht
ao von Interesse.
Aus der BE-PS 635 452 ist ein Gleichrichterbauteil bekannt, bei welchem parallelgeschaltetc Halbleitergleichrichter
sich in Hohlräumen eines Isolierringes be- t finden, der auf beiden Seiten von massiven Metallstük- f
ken, die gleichzeitig als elektrische Zuleitungen dienen. abgedeckt ist. Der thermische Kontakt der Halbleitergleichrichter
zu den Metallstücken wird mindestens auf einer Seite durch schlecht wärmeleitende Elemente.
wie Spiralfedern u.dgl., bewirkt, so daß auch hier über die Metallstücke ein thermischer Ausgleich /.wischen
zwei Halbleitergleiehrichtern höchstens auf einer Seite stattfinden kann.
Schließlich ist noch aus der CH-PS 338 528 ein Gleichrichterbauteil bekannt, bei welchem Stapel von
tablettenförmigen Gleichrichtcrelementen in Aussparungen eines lsolicrrahmens liegen, wobei die Stapel
miteinander elektrisch über eine fcderne Kontaktbrükke verbunden sind. Die Stapel sind in Reihe geschaltet.
Auch hier ist ein thermischer Ausgleich von Glcichrichterelement zu Gleichrichterclcment über die federne
Kontaktbrücke nicht möglich, aber auch nicht von Interesse, da die Stromdichten bei dem bekannten
Gleichrichterbauteil zu klein sind, als daß sie eine störende Wärmeentwicklung hervorrufen könnten.
Bei modernen Gleichrichtcrbauleilcn für Wechsel- J strom werden zur Steuerung der beiden Halbwellen
des Wechselstromes in bekannter Weise mindestens zwei Halbleitergleichrichter, von denen mindestens
einer steuerbar, d. h. ein Thyristor ist, antiparallel geschaltet. Diese Halbleitergleichrichter werden mit hohen
Nennströmen und damit Slromdichten belastet, was aber zu Unsymmetrien der Halbleitergleichrichter
infolge ungleicher Temperaturen führen kann, was höchst unerwünschte Gleichstromkomponenten im
Wechselstromnetz zur Folge hat. Dem kann man bisher im wesentlichen nur durch aufwendige Beschaltungen
entgegenwirken.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes, steuerbares Gleichrichterbäuteil mit mindestens zwei
antiparallelgeschaltetcn Halbleitergleiehrichtern, von denen mindestens eines steuerbar ist, für hohe Nennströme
zu schaffen, wobei aufwendige Beschaltungsmaßnahmen zur Vermeidung von thermisch verursachten
elektrischen Unsymmetrien der dynamischen Eigenschaften der Halbleitergleichrichter beim Betrieb
des steuerbaren Gleichrichterbauteilcs vermieden werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem
Gleichrichterbauteil der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß die Halbleitergleichrichter in demselben Gehäuse angeordnet sind, das sich zwischen den
zwei massiven Metallkörpern befindet, und daß mindestens ein Halbleitergleichrichter steuerbar ist und
mindestens zwei Halbleitergleichrichter antiparallel geschaltet sind derart, daß sie mit ihren Hauptelektroden
entgegengesetzter Polarität auf der einen Seite in un-
; mittelbarer Druckkontaktverbindung mit dem einen Metallkörper, und mit ihren Hauptelektroden entgegengesetzter
Polarität auf der anderen Seite in unmittelbarer Druckkontaktverbindung mit dem anderen
Metallkörper stehen. Damit liegen die Halbleitergleich-
! richter zwischen zwei thermischen und elektrischen Brücken. Da die Halbleitergleichrichter zudem im gleichen
Gehäuse untergebracht sind, befinden sie sich auch stets in der gleichen Gasatmosphäre, was wichtig
wegen der Oberflächenkriechströme ist. Durch die
j thermische Brücke wird erreicht, daß alle Halbleitergleichrichter
die gleiche Temperatur aufweisen und da- ao, durch auch die gleichen Charakteristiken besitzen, die
ja bekanntlich stark temperaturabhängig sind.
Da der thermische Ausdehnungskoeffizient des
ψ Halbleiterkristalles von denjenigen der Anoden- und
Kathodenmetalle verschieden ist, verwendet die Erfin-
ι dung Druckkontakte. Der Kontaktdruck wird von außen her auf das Gehäuse ausgeübt, wodurch gleich-
: zeitig ein guter thermischer und elektrischer Kontakt
erreicht wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend an Hand von Zeichnungen
erläuterten Ausführungen. Dabei zeigen die F i g. 1 bis 5 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
Die Fi g. 1 zeigt zwei Thyristoren 1 und 11 in Antiparallelschaltung,
während in der F i g. 2 ein Thyristor 11 mit einer Diode 1 antiparallel angeordnet ist. F i g. 3
zeigt zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren 1 und 11, welche vermittelst einer einzigen Steuerklemme von
außen her gesteuert werden können.
Die Zeichnungen stellen zwar je nur zwei Halbleitergleichrichter dar, die Erfindung kann jedoch ohne weiteres
auf eine größere Anzahl solcher Elemente angewandt werden.
Die beiden Thyristoren 1 und 11 in F i g. 1 weisen
vier Schichten p-n-p-n sowie eine Anode 2 bzw. 22 und eine Kathode 3 bzw. 33 auf. Die Steuerelektroden 8
bzw. 88 sind vermittels dichter Durchführungsisolatoren mit den äußeren Steuerklemmen 10 bzw. 100 verbunden.
Das Gehäuse besteht aus zwei metallischen Wandungen 4 bzw. 44 und einem Isolator 5, welche Teile vorzugsweise
luftdicht oder vakuumdicht miteinander verbunden sind. Die beiden massiven Metallkörper 6 bzw.
66 weisen sehr große Querschnitte und eine sehr gute thermische Leitfähigkeit auf, sie können beispielsweise
aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Sie bilden die thermische Brücke. Vermittels nicht gezeichneter isolierter
Bolzen und Muttern werden sie sehr stark gegen das Gehäuse und gegen die beiden Thyristoren 1 bzw.
11 gedrückt. Die beiden Metallkörper 6 bzw. 66 bewirken
daher eine sehr gute Temperaturverteilung zwischen den beiden Thyristoren. Die Erfindung gestattet,
die beiden Thyristoren einander sehr stark anzunähern, wodurch deren Temperaturen gleich werden, was nicht
der Fall ist, wenn die Thyristoren in verschiedenen Gehausen untergebracht sind.
F i g. 2 stellt als Variante einen Thyristor 11 in Antiparallelschaltung
mit einer aus drei Schichten p-n-n + bestehenden Diode 1 dar. Die Gehäusewandungen 4,44
weisen hier metallische Verdickungen 7, 77 großen Querschnitts und hoher thermischer Leitfähigkeit auf,
um die thermische Brücke zwischen jeweils der Anode und der Kathode der Halbleitergleichrichter 1 und 11
zu verbessern. Die Tatsache, daß die in den beiden Gleichrichtern entstehende Wärme über zwei genau
gleiche Wege 7-6 bzw. 77-66 nach außen abgeführt wird, ist ebenfalls ein großer Vorteil der Erfindung. Die
Metallkörper 6 bzw. 66 besitzen nicht dargestellte Kühlrippen und werden vermittels Öl, Wasser oder
Luft gekühlt.
Die F i g. 3 zeigt eine andere bemerkenswerte Ausführungsform, bei welcher im Innern des Gehäuses 4,
44 besondere Metallteile 7', 77' großen Querschnitts und hoher thermischer Leitfähigkeit zwecks weiterer
Verbesserung der thermischen Brücke vorgesehen sind. Die Steuerelektroden 8 und 88 sind über kleine Widerstände
9 bzw. 99 über einen einzigen Einführungsisolator mit einer einzigen äußeren Klemme verbunden.
Man hat damit ein symmetrisches, steuerbares Gleichrichterbauteil für Wechselstrom mit nur einer einzigen
Steuerklemme. Die Zündung des Thyristors 1 vollzieht sich vermittels der Steuerelektrode zwischen den kathodenseitigen
Schichten p-n, während die Zündung des Thyristors 2 vermittelst der Zündelektrode 88 sich
zwischen den Schichten n-p vollzieht.
Bei der Anordnung von F i g. 4 ist ebenfalls nur eine einzige Steuerklemme 10 nötig. Diese ist mit der Primärwicklung
12 eines Impulstransformators verbunden, dessen Sekundärwicklungen 13 bzw. 14 über Dioden 15
bzw. 16 und kleine Widerstände 9 bzw. 99 mit den Steuerelektroden 8 bzw. 88 verbunden sind. Die Widerstände
und Dioden können auch fehlen.
In der F i g. 5 sind die beiden massiven Metallkörper 6 bzw. 66, welche die thermische Brücke und die Kühlelemente
darstellen, mit den Gehäusewandungen verschmolzen. Der Isolator 5 kann z. B. aus Silikonen oder
synthetischen organischen Stoffen bestehen. Es ist wohl bekannt, wie man eine dichte Verbindung zwischen
dem Isolator und den beiden Metallkörpern 6 bzw. 66 herstellen kann. Die Steuerelektroden 8 bzw. 88 sind
über zwei Drähte, welche dicht den Isolator 5 durchqueren, mit den Steuerklemmen 10 bzw. 100 verbunden.
Sind drei Thyristoren oder Dioden mit Thyristoren in demselben Gehäuse unterzubringen, so wird man diese
in den Ecken eines Dreiecks anordnen. Eine größere Anzahl wird man vorteilhaft längs einer Geraden anordnen.
Die Erfindung kann besonders für zwei verschiedene Zwecke ausgebildet werden: Variiert man den Steuerwinkel
der Thyristoren stetig, so erreicht man eine kontinuierliche Regelung des Wechselstromes. Oder man
verwendet das steuerbare Gleichrichterbauteil als Wechselstromschalter ohne Schaltkontakte. Man kann
dann z. B. die Kontakte eines Stufenschalters ersetzen und damit den Abbrand beim Schalten der Leistung
vermeiden. Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht somit darin, daß man für jede Phase nur ein einzelnes
Bauelement mit einer einzigen Steuerelektrode benötigt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Steuerbares Gleichrichterbauteil mit mindestens zwei Halbleitergleichrichtern, die mit jeweils
einer ihrer Hauptelektroden in Druckkontaktverbindung mit zwei massiven, elektrisch und thermisch
gut leitenden Metallkörpern stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergleichrichter
(1, 11) in demselben Gehäuse angeordnet sind, das sich zwischen den zwei massiven Metallkörpern
(6, 66) befindet, und daß mindestens ein Halbleitergleichrichter steuerbar ist und mindestens
zwei Halbleitergleichrichter antiparallel geschallet sind derart, daß sie mit ihren Hauptelektrodcn entgegengesetzter
Polarität (2, 33; 3, 22) auf der einen Seite in unmittelbarer Druckkontaktverbindung mit
dem einen Metallkörper (6), und mit ihren Hauptelektroden entgegengesetzter Polarität (3, 22-^2, 33)
auf der anderen Seite in unmittelbarer DrucRkontaktverbindung mit dem anderen Metallkörper (66)
stehen.
2. Gleichrichterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden massiven Metallkörper
(6, 66) sich außerhalb des Gehäuses (4, 44) befinden (F ig. 1,2,3).
3. Gleichrichterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewandung (4, 44)
zwischen den Hauptelektroden (2, 22, 3, 33) der Halbleitergleichrichter (1, 11) und den massiven
Metallkörpern (6, 66) metallische Verdickungen (7, 77) großen Querschnitts und hoher technischer
Leitfähigkeit aufweist (F i g. 2).
4. Gleichrichterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gehäusewandung
(4, 44) und den Hauptelektroden (2, 22, 3, 33) der Halbleitergleichrichter (1, 11) Metallteile (7',
77') großen Querschnitts und hoher thermischer Leitfähigkeit vorgesehen sind (F i g. 3).
5. Gleichrichterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beider! massiven Metallkörper
(6, 66) einen Teil des Gehäuses (6, 66, 5) bilden.
6. Gleichrichterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (8, 88)
der steuerbaren Halbleitergleichrichter mit Hilfe eines im Innern des Gehäuses angeordneten Transformators
(12, 13, 14) magnetisch gekoppelt sind.
7. Gleichrichterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerelektrode mit einer
Anode und eine zweite Steuerelektrode mit einer Kathode elektrisch verbunden sind.
8. Gleichrichterbauteil nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerelektroden
(8, 88) elektrisch miteinander verbunden sind.
9. Gleichrichterbauteil nach den Ansprüchen 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden
über Widerstände miteinander verbunden sind.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| CH389566A CH448213A (fr) | 1966-03-16 | 1966-03-16 | Dispositif de contrôle à semi-conducteurs pour courant alternatif |
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| DE1614445C3 true DE1614445C3 (de) | 1975-04-03 |
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ID=25694119
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| DE1614445A Expired DE1614445C3 (de) | 1966-03-16 | 1967-03-10 | Steuerbares Gleichrichterbauteil |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |