DE4008422A1 - Electrical power resistor for thyristor - has folded strip resistor elements in housing with circulated cooling fluid - Google Patents

Abstract

The liquid cooled power resistor has a housing of heat resistant insulating material (1) that has a cover plate (2), base (3) and side walls (4,5). The front surface is open and the back connects with a fluid reservoir. The resistor elements are in the form of folded strip sections (9), with the top of the loops (10) locating in grooves (11) in the top and bottom plates. The ends of the strips project to provide connections (15,16). Cooling fluid circulates from front to back. ADVANTAGE - Compact, efficient cooling arrangement.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungswiderstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann bei ölgekühlten Stromrichtermodulen verwendet wer­ den, wobei der Widerstand als Beschaltungskomponente für den Halbleiterschalter (GTO-Thyristor) dient.The invention relates to a power resistor according to the preamble of claim 1. The invention can be used with oil-cooled converter modules the, with the resistance as a wiring component for the semiconductor switch (GTO thyristor) is used.

Ein solcher Leistungswiderstand ist aus der DE-PS 25 00 223 bekannt. Dort wird ein elektrisches Wider­ standsgerät beschrieben, mit mindestens einem in einem Rahmen angeordneten, mäanderförmigen Widerstandsband, welches jeweils unter Zwischenschaltung von isolierenden Tragelementen mittels mindestens zweier einander gegen­ überliegender, federnder hakenförmiger Halter abgespannt ist. Das einstückig durchlaufende Widerstandsband ist so gebogen, daß parallel zueinander in gleichem Abstand verlaufende Bandabschnitte jeweils durch bogenförmige Mäanderrundungen miteinander verbunden sind. In jeden zweiten der parallel zueinander verlaufenden Bandab­ schnitte sind im Bereich des Übergangs zu den Mäander­ rundungen Schlitze angeordnet, in die die Halter eingreifen. Das Widerstandsband weist mindestens eine Reihe von in Längsrichtung gleichachsig verlaufenden Sicken und Aufwölbungen auf, deren in Längsrichtung ver­ laufende Begrenzungslinien abschnittsweise durch Ein­ schnitte gebildet sind und die Schnittkanten der Aufwöl­ bungen aus der Widerstandsbandebene herausgebogen sind. Dieses Widerstandsgerät eignet sich insbesondere als luftgekühlter Anfahr- und Bremswiderstand für elektri­ sche Triebfahrzeuge (Zwangsbelüftung).Such a power resistor is from DE-PS 25 00 223 known. There is an electrical resistance floor unit described, with at least one in one Frame arranged, meandering resistance band, which with the interposition of insulating Support elements by means of at least two against each other overlying, resilient hook-shaped holder braced is. The one-piece resistance band is like this bent that parallel to each other at the same distance running band sections each by arc-shaped Meandering curves are connected. In everyone second of the parallel bands cuts are in the area of the transition to the meander Rounding slots arranged in the holder  intervention. The resistance band has at least one Row of coaxial in the longitudinal direction Beads and bulges, whose ver running boundary lines in sections by on cuts are formed and the cut edges of the bulge exercises are bent out of the resistance band level. This resistance device is particularly suitable as air-cooled starting and braking resistor for electri motor vehicles (forced ventilation).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flüssig­ keitsgekühlten Leistungswiderstand der eingangs genann­ ten Art anzugeben.The invention has for its object a liquid Cooled power resistance of the beginning to specify the type.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is done in conjunction with the characteristics of the Preamble according to the invention by the in the mark of the specified features solved.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß der vorgeschlagene Leistungswider­ stand sehr kompakt aufgebaut ist, d. h. Gewicht und Volu­ men sind im Verhältnis zur Leistungsfähigkeit relativ gering, was insbesondere beim Einsatz in Schienenfahr­ zeugen von Bedeutung ist. Das mäanderförmige Wider­ standsband liegt direkt im kühlenden Flüssigkeitsstrom, vorzugsweise einem Isolieröl. Der Leistungswiderstand ist sehr induktivitätsarm (z. B. kleiner als 1 µH), was insbesondere beim Einsatz des Leistungswiderstandes als Beschaltungskomponente für einen GTO-Thyristor eines Stromrichtermoduls von größter Wichtigkeit ist.The advantages that can be achieved with the invention are special in that the proposed performance contradicts was very compact, d. H. Weight and volume men are relative to performance low, especially when used in rail travel is important. The meandering counter standing band lies directly in the cooling liquid flow, preferably an insulating oil. The power resistor is very low inductance (e.g. less than 1 µH) what especially when using the power resistor as Wiring component for a GTO thyristor Converter module is of the utmost importance.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsformen erläutert. The invention is based on the in the drawing illustrated embodiments explained.  

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen flüssigkeitsgekühlten Leistungswider­ stand in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 is a liquid-cooled power cons stand in a perspective view;

Fig. 2 die Anordnung einer Widerstandswicklung im Detail, Fig. 2 shows the arrangement of a resistance winding in detail,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Leistungswiderstand, Fig. 3 is a plan view of a power resistor,

Fig. 4 eine Variante mit zusätzlichem Gehäuse, Fig. 4 shows a variant with additional housing,

Fig. 5 eine Variante zur Befestigung der Widerstands­ wicklung. Fig. 5 shows a variant for fastening the resistance winding.

Fig. 1 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Leistungswider­ stand in perspektivischer Darstellung. Der Leistungswi­ derstand weist ein quaderförmiges Gehäuse 1 aus einem elektrisch isolierenden Material - vorzugsweise aus ei­ nem isolierenden, hitzbeständigen Kunststoff - auf. Das Gehäuse 1 besteht aus einer Deckplatte 2, einer Boden­ platte 3 und zwei Seitenwänden 4, 5. Die Frontseite 6 des Gehäuses 1 ist offen. Die Rückseite des Gehäuses 1 wird durch einen kastenförmigen Ölsammelraum 7 abge­ schlossen. Dieser Ölsammelraum 7 besitzt in seiner Bo­ denplatte einen Ölableitungskanal 8. Fig. 1 shows a liquid-cooled power resistor stood in perspective. The power resistor has a cuboid housing 1 made of an electrically insulating material - preferably of an insulating, heat-resistant plastic. The housing 1 consists of a cover plate 2 , a bottom plate 3 and two side walls 4 , 5th The front 6 of the housing 1 is open. The back of the housing 1 is closed abge by a box-shaped oil collecting space 7 . This oil collection chamber 7 has in its Bo denplatte an oil drainage channel 8th

Der Leistungswiderstand besteht aus mehreren - im Aus­ führungsbeispiel aus vier - in Serie geschalteten Wider­ standswicklungen (in Fig. 3 mit Ziffern 17, 18, 19, 20 bezeichnet). Jede Widerstandswicklung weist ein mäander­ förmig gefaltetes Widerstandsband 9 auf, wobei ein Flachband aus einem Widerstandsmaterial als Bandmaterial verwendet wird. Jede Widerstandswicklung 9 besteht aus einer Vielzahl zu den Seitenwänden 4, 5 paralleler, planebener, zueinander in gleichem Abstand verlaufender Bandabschnitte, die jeweils zwischen Deckplatte 2 und Bodenplatte 3 angeordnet und durch in Nuten 11 in der Deckplatte 2 und in der Bodenplatte 3 fixierter bogen­ förmiger Mäanderrundungen 10 einstückig durchlaufend miteinander verbunden sind. The power resistor consists of several - in the exemplary embodiment from four - resistance windings connected in series (denoted by numbers 17 , 18 , 19 , 20 in FIG. 3). Each resistance winding has a resistance band 9 folded in a meandering shape, a flat band made of a resistance material being used as the band material. Each resistance winding 9 consists of a plurality to the side walls 4 , 5 parallel, plane, mutually equidistant band sections, each arranged between the cover plate 2 and the base plate 3 and arc-shaped by grooves 11 in the cover plate 2 and in the base plate 3 Meandering curves 10 are connected to one another continuously.

Zur Stabilisierung und zusätzlichen Halterung der ein­ zelnen Bandabschnitte liegt eine Zwischenplatte 12 aus einem isolierenden Material zwischen Deckplatte 2 und Bodenplatte 3. Diese Zwischenplatte 12 ist parallel und in gleichem Abstand zu beiden Platten 2, 3 angeordnet. Die Seitenkanten der Zwischenplatte 12 sind in Längsnu­ ten 13 in den Seitenwänden 4, 5 eingeschoben und fi­ xiert. Die Zwischenplatte 12 weist Schlitze 14 zur Durchführung und Halterung der Bandabschnitte auf.An intermediate plate 12 made of an insulating material lies between the cover plate 2 and the base plate 3 for stabilizing and additionally holding the individual strip sections. This intermediate plate 12 is arranged in parallel and at the same distance from the two plates 2 , 3 . The side edges of the intermediate plate 12 are inserted in longitudinal grooves 13 in the side walls 4 , 5 and fi xed. The intermediate plate 12 has slots 14 for the passage and holding of the band sections.

Wie vorstehend erwähnt, sind vier derartig ausgebildete Widerstandswicklungen nebeneinander angeordnet und ge­ häuseintern in Reihe geschaltet. Die Enden der Wider­ standsbänder der beiden äußeren Widerstandswicklungen durchstoßen die Seitenwand 4 und dienen als elektrische Anschlüsse 15 und 16 zur Kontaktierung mit weiteren Bau­ einheiten, vorzugsweise mit weiteren Komponenten eines Stromrichtermoduls.As mentioned above, four resistance windings formed in this way are arranged next to one another and connected in series within the housing. The ends of the resistance bands of the two outer resistance windings penetrate the side wall 4 and serve as electrical connections 15 and 16 for contacting with other construction units, preferably with other components of a converter module.

In Fig. 2 ist die Anordnung einer Widerstandswicklung im Detail dargestellt. Es ist zu erkennen, wie die bogen­ förmigen Mäanderrundungen 10 des Widerstandsbandes 9 jeweils in Nuten 11 in der Deckplatte 2 und in der Bo­ denplatte 3 eingreifen und fixiert werden. Mittels der Pfeile ist angedeutet, daß der elektrische Stromfluß in zwei eng zusammenliegenden, benachbarten Bandabschnitten des mäanderförmigen Widerstandsbandes jeweils antiparal­ lel verläuft. Hierdurch ergibt sich insgesamt ein Wider­ stand mit geringer Induktivität und einem geringen, nach außen wirksamen Magnetfeld.In FIG. 2 shows the arrangement of a resistance winding in detail. It can be seen how the arc-shaped meandering curves 10 of the resistance band 9 each engage in grooves 11 in the cover plate 2 and in the Bo denplatte 3 and are fixed. By means of the arrows it is indicated that the electrical current flow in two closely lying, adjacent band sections of the meandering resistance band each runs antiparally. This results in an overall stand with low inductance and a small, externally effective magnetic field.

In Fig. 3 ist eine Aufsicht auf einen Leistungswider­ stand dargestellt (bei abgenommener Deckplatte 2). Die vier durch interne Verbindungen 21 in Reihe geschalteten Widerstandswicklungen 17, 18, 19, 20 sind lediglich prinzipiell gezeigt, d. h. auf die Darstellung der ein­ zelnen bogenförmigen Mäanderrundungen 10 und Bandab­ schnitte wurde verzichtet. Die gestrichelt gezeichneten Pfeile kennzeichnen den elektrischen Stromverlauf inner­ halb der einzelnen Widerstandswicklungen, wobei der Stromverlauf in benachbarten Widerstandswicklungen 17 bis 20 jeweils entgegengesetzt gerichtet ist, was zur Schaffung eines induktivitätsarmen Widerstandes bei­ trägt. Die durchgezogenen Pfeile kennzeichnen die Kühl­ flüssigkeits- bzw. Öldurchströmung innerhalb des Gehäu­ ses 1 (siehe auch Fig. 1). Die über die gesamte Fläche der Frontseite einströmende Kühlflüssigkeit kommt direkt in Berührung mit allen Bandabschnitten und Mäanderrun­ dungen 10 der Widerstandswicklungen 17 bis 20. Die er­ hitzte Kühlflüssigkeit gelangt in den Ölsammelraum 7 und von dort in den Ölableitungskanal 8. Der im Ausführungs­ beispiel in der Bodenplatte des Ölsammelraums 7 liegende Ölableitungskanal 8 kann auch an anderer Stelle des Öl­ sammelraums angeordnet sein. Wesentlich ist dabei, daß eine gleichmäßige Öldurchflutung des Gehäuseinneren und damit der Widerstandswicklungen sichergestellt ist.In Fig. 3 is a supervision of a power resistance was shown (with the cover plate 2 removed). The four resistance windings 17 , 18 , 19 , 20 connected in series by internal connections 21 are only shown in principle, that is, the representation of the individual arc-shaped meandering curves 10 and band sections has been dispensed with. The dashed arrows indicate the electrical current profile within half of the individual resistance windings, the current profile in adjacent resistance windings 17 to 20 being directed in opposite directions, which contributes to the creation of a low-inductance resistor. The solid arrows indicate the flow of cooling liquid or oil within the housing 1 (see also FIG. 1). The cooling liquid flowing in over the entire surface of the front side comes into direct contact with all band sections and meanderings 10 of the resistance windings 17 to 20 . The heated cooling liquid passes into the oil collection chamber 7 and from there into the oil drainage channel 8 . The execution in the bottom plate of the oil collecting space 7 lying oil drainage channel 8 can also be arranged elsewhere in the oil collecting space. It is essential that a uniform oil flow through the housing interior and thus the resistance windings is ensured.

Da die Kühlflüssigkeit während des Betriebes des Lei­ stungswiderstandes hohen Temperaturen ausgesetzt ist (bei Verwendung von Isolieröl treten z. B. Temperaturen bis ungefähr 150°C auf), müssen sowohl das Gehäuse 1 als auch die Zwischenplatte 12 aus einem elektrisch isolie­ renden Material bestehen, das derart hohen Temperaturen auf Dauer gewachsen ist. Als Kühlflüssigkeit kann neben Isolieröl auch entionisiertes Wasser dienen.Since the cooling liquid is exposed to high temperatures during operation of the power resistor (when using insulating oil, for example, temperatures of up to approximately 150 ° C. occur), both the housing 1 and the intermediate plate 12 must consist of an electrically insulating material, that has grown permanently over such high temperatures. In addition to insulating oil, deionized water can also serve as the cooling liquid.

In Fig. 4 ist eine Variante mit zusätzlichem Gehäuse dargestellt. Die Deckplatte 2 und die Bodenplatte 3 sind über die Seitenwand 4 hinaus verlängt und mittels einer weiteren Seitenwand 22 derart abgeschlossen, daß ein zusätzliches Gehäuse 23 gebildet wird. Dieses zusätzli­ che Gehäuse dient zur Aufnahme eines weiteren flüssig­ keitsgekühlten Leistungswiderstandes. Dieser weitere Leistungswiderstand kann von gleicher oder unterschied­ licher Bauart wie der gemäß Fig. 1 bis 3 beschriebene Leistungswiderstand sein. Infolge der Abschirmung des zusätzlichen Gehäuses durch Deckplatte 1, Bodenplatte 3 und Seitenwände 4, 22 ist ein gezielter Kühlflüssig­ keit-Durchfluß mit frontseitigem Kühlflüssigkeitsein­ tritt gewährleistet (siehe Pfeilrichtung).In FIG. 4 a variant is represented with an additional housing. The cover plate 2 and the base plate 3 are extended beyond the side wall 4 and closed off by means of a further side wall 22 in such a way that an additional housing 23 is formed. This additional housing is used to hold another liquid-cooled power resistor. This further power resistor can be of the same or different construction as the power resistor described in FIGS . 1 to 3. As a result of the shielding of the additional housing by cover plate 1 , base plate 3 and side walls 4 , 22 , a targeted coolant flow with front coolant is ensured (see arrow direction).

In Fig. 5 ist eine Variante zur Befestigung der Wider­ standswicklung dargestellt. Als Befestigungsmittel zur Halterung der Mäanderrundungen 10 sind keine durchgehen­ den Nuten 11 in der Deckplatte 2 und der Bodenplatte 3 mehr vorgesehen, sondern lediglich einzelne dornförmige Erhebungen 24. Zur seitlichen Arretierung der Wider­ standswicklungen sind in regelmäßigen Abständen zu bei­ den Seiten jeder Widerstandswicklung Stege 25 in der Deckplatte 2 und der Bodenplatte 3 angeformt. Die Lage dieser Stege 25 ist in Fig. 3 prinzipiell angedeutet.In Fig. 5 a variant for fastening the resistance winding is shown. The fastening means for holding the meandering curves 10 are no longer provided for the grooves 11 in the cover plate 2 and the base plate 3 , but only individual mandrel-shaped elevations 24 . For lateral locking of the resistance windings are at regular intervals on the sides of each resistance winding webs 25 in the cover plate 2 and the bottom plate 3 are formed. The position of these webs 25 is indicated in principle in FIG. 3.

Claims (10)

1. Leistungswiderstand mit einer Widerstandswick­ lung in Form eines mäanderförmig gefalteten Widerstands­ bandes, bestehend aus parallel zueinander in gleichem Abstand verlaufenden Bandabschnitten, die über bogenför­ mige Mäanderrundungen einstückig durchlaufend miteinan­ der verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wi­ derstandswicklung (17 bis 20) in einem von einer Kühl­ flüssigkeit durchströmten Gehäuse (1) aus einem elek­ trisch isolierenden Material angeordnet ist, und daß die Deckplatte (2) und die Bodenplatte (3) mit Befestigungs­ mitteln (11) zur Halterung der Mäanderrundungen (10) versehen sind.1. Power resistor with a resistance winding development in the form of a meandering folded resistance band, consisting of parallel to each other at the same distance band sections that are integrally connected to each other over bogenför shaped meandering curves, characterized in that the resistance winding Wi ( 17 to 20 ) in a fluid flowing through a cooling housing ( 1 ) is arranged from an electrically insulating material, and that the cover plate ( 2 ) and the base plate ( 3 ) with fastening means ( 11 ) for holding the meandering curves ( 10 ) are provided. 2. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontseite (6) des Gehäuses (1) für den Eintritt der Kühlflüssigkeit offen ist und daß die Rückseite des Gehäuses an einen Kühlflüssigkeitssam­ melraum (7) angeschlossen ist, wobei der Kühlflüssig­ keitssammelraum (7) einen Kühlflüssigkeitsableitungska­ nal (8) aufweist.2. Power resistor according to claim 1, characterized in that the front side ( 6 ) of the housing ( 1 ) is open for the entry of the cooling liquid and that the rear of the housing is connected to a cooling liquid collecting chamber ( 7 ), the cooling liquid collecting space ( 7 ) has a coolant drainage channel ( 8 ). 3. Leistungswiderstand nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Deckplatte (2) und Bodenplatte (3) eine Zwischenplatte (12) aus einem iso­ lierenden Material parallel hierzu angeordnet ist, wobei in der Zwischenplatte (12) Schlitze (14) zur Halterung der Bandabschnitte vorgesehen sind. 3. Power resistor according to claims 1 and 2, characterized in that between the cover plate ( 2 ) and base plate ( 3 ), an intermediate plate ( 12 ) made of an insulating material is arranged parallel thereto, wherein in the intermediate plate ( 12 ) slots ( 14 ) are provided for holding the band sections. 4. Leistungswiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (12) in Längsnu­ ten (13) der beiden Seitenwände (4, 5) des quaderförmigen Gehäuses (1) arretiert ist.4. Power resistor according to claim 3, characterized in that the intermediate plate ( 12 ) in Längennu th ( 13 ) of the two side walls ( 4 , 5 ) of the cuboid housing ( 1 ) is locked. 5. Leistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung elektri­ scher Anschlüsse (15, 16) der Widerstandswicklung (17 bis 20) jeweils Anfang und Ende des Widerstandsbandes (9) durch eine Seitenwand (4) des Gehäuses (1) geführt sind.5. Power resistor according to one of claims 1 to 4, characterized in that to form electrical connections ( 15 , 16 ) of the resistance winding ( 17 to 20 ) each start and end of the resistance band ( 9 ) through a side wall ( 4 ) of the housing ( 1 ) are performed. 6. Leistungswiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Widerstandswicklungen (17 bis 20) innerhalb des Gehäuses (1) nebeneinander angeordnet und über interne Verbindun­ gen (21) innerhalb des Gehäuses (1) zu einer Reihen­ schaltung gruppiert sind.6. Power resistor according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that a plurality of resistance windings ( 17 to 20 ) within the housing ( 1 ) arranged side by side and grouped via internal connections ( 21 ) within the housing ( 1 ) to form a series circuit are. 7. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel zur Halterung der Mäanderrundungen (10) als Nuten (11) ausgebildet sind.7. Power resistor according to claim 1, characterized in that the fastening means for holding the meandering curves ( 10 ) are designed as grooves ( 11 ). 8. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel zur Halterung der Mäanderrundungen (10) als dornförmige Erhebungen (24) ausgebildet sind.8. Power resistor according to claim 1, characterized in that the fastening means for holding the meandering curves ( 10 ) are designed as spike-shaped elevations ( 24 ). 9. Leistungswiderstand nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wi­ derstandswicklung von seitlichen Stegen (25) arretiert wird. 9. Power resistor according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the Wi resistance winding of lateral webs ( 25 ) is locked. 10. Leistungswiderstand nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Deckplatte (2) und Bodenplatte (3) des Gehäuses (1) er­ weitert sind, um ein zusätzliches Gehäuse (23) für einen zusätzlichen flüssigkeitsgekühlten Leistungswiderstand zu bilden.10. Power resistor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cover plate ( 2 ) and bottom plate ( 3 ) of the housing ( 1 ) it is expanded to form an additional housing ( 23 ) for an additional liquid-cooled power resistor.