DE29805943U1 - Low-induction railing of two multi-layer busbar arrangements for power converters - Google Patents

Description

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Niederinduktive Verschienung zweier mehrlagiger Stromschienenanordnungen für StromrichterLow-inductive busbar connection of two multi-layer busbar arrangements for power converters

Die Erfindung bezieht sich auf eine niederinduktive Verschienung zweier mehrlagiger Stromschienenanordnungen für Stromrichter The invention relates to a low-inductive busbar system for two multi-layer busbar arrangements for power converters

Stromschienensysteme dienen zum internen Anschluß einzelner Komponenten eines Stromrichters, wie aktive Halbleiterschaltelemente, Dioden, Kondensatoren usw., sowie zum externen Anschluß des Stromrichters an ein Gleich- oder Wechselspannungsnetz und zum Lastanschluß.Busbar systems are used for the internal connection of individual components of a power converter, such as active semiconductor switching elements, diodes, capacitors, etc., as well as for the external connection of the power converter to a direct or alternating voltage network and for load connection.

Insbesondere nach Einführung von GTO-Stromrichterventilen (Gateturn-off-Thyristoren) in die Stromrichtertechnik ist zur Sicherstellung einer optimalen Funktionsweise der Stromrichter eine induktionsarme Verschienung von großer Wichtigkeit. Eine derartige niederinduktive Verschienung ist vorzugsweise realisierbar, indem flächige, gegeneinander elektrisch isolierte Stromschienen mit sehr geringem Abstand parallel geführt werden. Particularly after the introduction of GTO converter valves (gate turn-off thyristors) into converter technology, a low-induction busbar is of great importance to ensure that the converters function optimally. Such a low-induction busbar can preferably be implemented by running flat, electrically insulated busbars in parallel with a very small gap.

Hierzu ist es bereits aus der DE 196 00 367 Al bekannt, daß der Plus- und Minusanschluß des Zwischenkreises eines Stromrichters je ein gitterförmiges Polblech umfassen und der oder die Phasenanschlüsse schienenförmig aufgebaut sind. Die Polbleche und Schienen werden in der Reihenfolge Plusanschluß, Minusanschluß, Phasenanschluß oder Minusanschluß, Plusanschluß, Phasenanschluß unter Zwischenfügung von Isolationselementen aufeinandergestapelt auf einem Träger montiert. Diese mehrlagige Verschienung ist jedoch nur in einer räumlichen Ebene möglich, was zu einem erheblichen manuellen Aufwand beim Anschließen der weiteren Komponenten einer Geräteeinheit und zu größeren Geräteeinschüben führt. Eine Kompaktausführung mit Verschienungen in mehr als einer Ebene ist danach nur durch Fertigung von Teilpaketen und Verschrauben dieser Baugruppen zu einer Geräteeinheit möglich. Verschraubungen im Hochstrombereich sind jedoch kostenin-In this regard, it is already known from DE 196 00 367 Al that the plus and minus connections of the intermediate circuit of a converter each comprise a grid-shaped pole plate and the phase connection(s) are constructed in the form of rails. The pole plates and rails are stacked on top of one another in the order of plus connection, minus connection, phase connection or minus connection, plus connection, phase connection with insulation elements in between, mounted on a support. However, this multi-layered busbar system is only possible in one spatial plane, which leads to considerable manual effort when connecting the other components of a device unit and to larger device slots. A compact design with busbars in more than one plane is then only possible by manufacturing partial packages and screwing these assemblies together to form a device unit. Screw connections in the high-current range are, however, cost-effective.

tensiv und bei Stoß- und Rüttelbeanspruchungen, wie sie beispielsweise bei einem Einsatz im Schienenverkehr die Regel sind, auch nicht ohne regelmäßige Wartung betriebssicher.intensive and subject to shock and vibration loads, such as those that are the norm in rail transport, even without regular maintenance.

Aus der DE 36 09 065 C2 ist es bekannt, die geometrischen Abmessungen von drei flexiblen Stromschienen untereinander durch Aufschichtung einer vierten flexiblen Stromschiene unter Schaffung elektrischer Verbindungen der beiden äußeren Stromschienen dahingehend zu verbessern, daß je zwei Doppelschienen mit praktisch den gleichen geometrischen Abmessungen und demzufolge gleich niedrigen Eigeninduktivitäten gebildet werden. Nachteilig ist der hohe manuelle Fertigungsaufwand, der Materialaufwand für die zusätzliche Stromschiene und die große Länge der Verschienungsstrecke.From DE 36 09 065 C2 it is known to improve the geometric dimensions of three flexible busbars by stacking a fourth flexible busbar and creating electrical connections between the two outer busbars so that two double rails are formed with practically the same geometric dimensions and therefore equally low self-inductances. The disadvantages are the high manual manufacturing effort, the material expenditure for the additional busbar and the great length of the busbar section.

In der DE 40 12 845 Al wird ein Stromschienensystem für Stromrichter vorgeschlagen, wonach die Stromschienen koaxial ineinander angeordnet und durch Isoliermaterial voneinander distanziert sind. Die Konstruktion ermöglicht einen sehr geringen Abstand der Stromschienen zueinander, ohne daß zusätzliche Vorkehrungen gegen die hohen Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte zu treffen wären. Bei mehreren koaxial angeordneten Stromschienen ist allerdings die Anschlußtechnik zueinander und zu externen Anschlußleitern relativ aufwendig. Auch läßt diese Anordnung keinen modularen Aufbau eines Stromrichters zu.In DE 40 12 845 A1, a busbar system for power converters is proposed, whereby the busbars are arranged coaxially one inside the other and spaced apart from one another by insulating material. The design allows the busbars to be very close to one another without additional precautions having to be taken against the high forces of attraction or repulsion. However, with several coaxially arranged busbars, the connection technology to one another and to external connecting conductors is relatively complex. This arrangement also does not allow a modular construction of a power converter.

Im Zuge der Weiterentwicklung von Leistungshalbleiterschaltern zu den IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) und IGCTs (Integrated Gate Commutated Thyristor) hat sich nämlich ein modularer Aufbau der Stromrichter dahingehend durchgesetzt, daß für höhere Leistungsanforderungen mehrere Module parallel geschaltet werden. Somit ist auch ein für einen modularen Aufbau geeignetes Verschienungssystem mit geringer Eigeninduktivität wünschenswert, um aufgrund der immer höheren Anforderungen bezüglich eventueller Netzrückwirkungen höhere Schaltfrequenzen, steilere Schaltflanken und niedrigere Schaltverlusten zu ermöglichen. Die Verbesserung der elektrischen Parameter sollIn the course of the further development of power semiconductor switches to IGBTs (insulated gate bipolar transistors) and IGCTs (integrated gate commutated thyristors), a modular design of the power converters has become established in that several modules are connected in parallel for higher power requirements. A busbar system with low self-inductance suitable for a modular design is therefore also desirable in order to enable higher switching frequencies, steeper switching edges and lower switching losses due to the ever increasing requirements with regard to possible network feedback. The improvement of the electrical parameters is intended

einhergehen mit einer Verringerung der baulichen Abmessungen der Stromrichtereinschübe und Senkung der Fertigungskosten.accompanied by a reduction in the structural dimensions of the converter modules and a reduction in manufacturing costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine niederinduktive Verschienung der Komponenten eines Stromrichters in hoher Produktivität und für eine möglichst kompakte Bauweise zu realisieren. The invention is based on the task of realizing a low-inductive busbar connection of the components of a power converter with high productivity and for the most compact design possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen zeigen die begleitenden Unteransprüche auf.The object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Advantageous further developments are shown in the accompanying subclaims.

Danach sind die beiden laminierten Stromschienenpakete zunächst über plane Verbindungsstege miteinander elektrisch und mechanisch verbunden, wodurch sie sich in derselben räumlichen Ebene erstrecken. In dieser Lage läßt sich mit bekannter Technik eine mehrlagige hochproduktive Bestückung vornehmen. Anschließend werden die beiden Schienenpakete unter Abbiegen der Verbindungsstege in winklig zueinander stehende Ebenen entsprechend ihrer vom Konstrukteur vorgesehenen Anordnung in einem Einschub oder dergleichen Gehäuse gebracht. Hierdurch muß ein Stromrichtermodul nicht mehr aufgetrennt in Baugruppen bestückt werden, die anschließend unter Verwendung von Winkelschienen und Schraubmaterial aufwendig wieder verbunden werden müssen.The two laminated busbar packages are then electrically and mechanically connected to one another via flat connecting bars, which means that they extend in the same spatial plane. In this position, multi-layer, highly productive assembly can be carried out using known technology. The two busbar packages are then brought into planes at an angle to one another in a drawer or similar housing by bending the connecting bars, in accordance with the arrangement intended by the designer. This means that a converter module no longer has to be separated and assembled into assemblies, which then have to be laboriously reconnected using angle rails and screw material.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und einer schematischen Zeichnung soll die Erfindung näher beschrieben werden.The invention will be described in more detail using an embodiment and a schematic drawing.

Zwei im rechten Winkel zueinander stehende, laminierte Stromschienenpakete 1, 2 sind über unlaminierte, biegbare Kupfer-Verbindungsstege 3 miteinander verbunden. Ein Stromschienenpaket ist mit nicht näher dargestellten Leistungshalbleiterventilen bestückt, während das andere Stromschienenpaket den Beschaltungskomponenten vorbehalten ist. Die Bestückung und Kontaktierung beider Stromschienenpakete 1, 2 erfolgt hochproduktiv in nur einer räumlichen Ebene, also bei gestreckten Verbindungsstegen 3. Von einer oder beiden Stromschienenpaketen 1, 2Two laminated busbar packages 1, 2, which are at right angles to each other, are connected to each other via unlaminated, flexible copper connecting bridges 3. One busbar package is equipped with power semiconductor valves (not shown in detail), while the other busbar package is reserved for the wiring components. The assembly and contacting of both busbar packages 1, 2 is carried out highly productively in just one spatial plane, i.e. with stretched connecting bridges 3. From one or both busbar packages 1, 2

abgehende, Kupferschienen 4, deren Freimachung in der Figur
nicht dargestellt ist, tragen Anschlußbohrungen und sind während des Bestückungsprozesses ebenfalls gestreckt. Sie können bedarfsweise bei der Endmontage gleichfalls abgebogen werden.outgoing copper rails 4, whose clearance in the figure
not shown, have connection holes and are also stretched during the assembly process. They can also be bent during final assembly if necessary.

Claims (6)

AnsprücheExpectations 1. Niederinduktive Verschienung zweier mehrlagiger Stromschienenanordnungen für Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromschienenpakete (1, 2)unter Abbiegen ihrer Verbindungsstege (3) in winklig zueinander stehenden Ebenen angeordnet sind.1. Low-inductive busbar system of two multi-layer busbar arrangements for power converters, characterized in that the two busbar packages (1, 2) are arranged in planes at an angle to one another by bending their connecting webs (3). 2. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromschienenpakete (1, 2) rechtwinkelig zueinander stehen.2. Low-inductive busbar system according to claim 1, characterized in that the two busbar packages (1, 2) are at right angles to each other. 3. Niederinduktive Verschienenung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (3) aus biegbaren oder biegsamen KupferStegen bestehen.3. Low-inductive busbar according to claim 1, characterized in that the connecting webs (3) consist of bendable or flexible copper webs. 4. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromschienenpakete (1,.2) vor dem Abbiegen der Verbindungsstege (3) mit den wesentlichsten Komponenten bestückt worden sind.4. Low-inductive busbar system according to claim 1, characterized in that the two busbar packages (1, 2) have been fitted with the most important components before the connecting webs (3) are bent. 5. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußschienen (4) aus biegbaren oder biegsamen Kupferstegen bestehen.5. Low-inductive busbar according to claim 1, characterized in that the connecting rails (4) consist of bendable or flexible copper bars. 6. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschienenpakete (1, 2) in Leiterplattenmehr lagentechnik ausgeführt sind.6. Low-inductive busbar system according to claim 1, characterized in that the busbar packages (1, 2) are designed using multilayer printed circuit board technology.