DE4110339A1 - Wechselrichtereinheit mit verbesserter stromleiterplattenkonfiguration - Google Patents

Wechselrichtereinheit mit verbesserter stromleiterplattenkonfiguration

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselrichtereinheit und insbesondere eine Wechselrichtereinheit, welche Schwierigkeiten minimiert, die aus Verdrahtungsinduktivitäten resultieren, und die Wärmeabstrahlung verbessert. Die Erfindung verwendet Leiter und Schaltungskomponenten, die Oberflächen und Geometrien aufweisen, die induktive Effekte reduzieren, die Wärmeabstrahlung vergrößern und die Überwachung des Betriebs der Einheit, wie etwa Stromfluß und Polarität von Kondensatoren, vereinfachen, sogar nach dem Zusammenbau.
Fig. 8 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches eine Verbindungsstruktur von Elementen in einer bekannten Wechselrichtereinheit erläutert, worin Schaltelemente 1 für jede Phase über schmale Stromschienen mit Elektrolytkondensatoren 2 zum Glätten eines Gleichstromes verbunden sind. Eine Schaltelemente verbindende Stromschiene 3 einer ersten Polarität (z. B. positive Polarität) und eine Schaltelemente verbindende Stromschiene 4 einer zweiten Polarität (z. B. negative Polarität) verbinden die Schaltelemente 1 parallel. Eine Stromschiene 5 einer ersten Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren und eine Stromschiene 6 einer zweiten Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren verbinden die Elektrolytkondensatoren 2 parallel. Schließlich verbindet eine Stromschiene 7 mit erster Polarität die Stromschiene 3 mit erster Polarität zum Verbinden von Schaltelementen und die Stromschiene 5 erster Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren, und eine Stromschiene 8 zweiter Polarität verbindet die Stromschiene 4 zweiter Polarität zum Verbinden der Schaltelemente und die Stromschiene 6 zweiter Polarität zum Verbinden von Elektrolytkondensatoren. Dämpfer 9 sind über die Stromschienen 3 und 4 erster und zweiter Polarität zum Verbinden von Schaltelementen geschaltet. Eine Vielzahl von Schaltelementanschlußschrauben 10 verbinden die Schaltelemente 1, die die Schaltelemente verbindenden Stromschienen 3 und 4 und die Dämpfer 9.
Elektrolytkondensatoranschlußschrauben 12 verbinden die Elektrolytkondensatoren 2 und die die Elektrolytkondensatoren verbindenden Stromschienen 5 und 6, und Stromschieneninstallationsschrauben verbinden die Stromschienen 7 und 8.
Drei-Phasen-Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse 13 stellen eine Wechselspannung zur Verfügung, welche durch jedes der Schaltelemente 1 von einer Gleichspannung umgewandelt wurde.
Fig. 9 ist ein Anschlußdiagramm, welches anzeigt, daß IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) als Schaltelemente 1 in der in Fig. 8 erläuterten Struktur verwendet werden. In Fig. 9 enthält das Schaltelement 1 zwei Elemente, d. h. einen IGBT 1-a erster Polarität und einen IGBT 1-b zweiter Polarität. V bezeichnet eine Gleichspannung, Ic einen Kollektorstrom des IGBTs (1-a) erster Polarität, und C die Kapazität des Dämpfers 9.
Fig. 10 zeigt eine der drei in Fig. 9 erläuterten Phasen, worin L eine Induktivität der Stromschiene 7, 8 und des Schaltelementes, welches die Stromschienen 3, 4 verbindet, anzeigt. Es sei angenommen, daß aufgrund eines Fehlers der IGBT (1-a) erster Polarität und der IGBT (1-b) zweiter Polarität gleichzeitig eingeschaltet wurden, die Gleichstromversorgung unterbrochen worden ist, und der Kollektorstrom (Ic) von dem ersten Pol zum zweiten Pol über den IGBT (1-a) erster Polarität und den IGBT (1-b) zweiter Polarität fließt. Ferner sei angenommen, daß in diesem Zustand der IGBT (1-a) dann abgeschaltet wird. Falls keine Dämpfer 9 vorhanden sind, bewirkt die in der Verdrahtungsinduktivität L angesammelte magnetische Energie die folgende Spannung über dem Kollektor und Emitter des IGBTs (1-a) erster Polarität:
Der Dämpfer 9 arbeitet, um die magnetische Energie, die durch die Verdrahtungsinduktivität L erzeugt wird, zu absorbieren, so daß die Spannung über dem Kollektor und Emitter des IGBTs nicht größer werden kann als eine gewünschte Größe.
Um die magnetische Energie EM zu minimieren, wobei
muß dem folgenden Ausdruck genügt werden, wobei angenommen wird, daß die Kapazität des Dämpfers 9 C ist:
In dem obigen Ausdruck ist VCEA gleich der veranschlagten Spannung über dem Kollektor und dem Emitter des IGBTs, und der Wert der Dämpferkapazität C wird durch den folgenden Ausdruck bestimmt:
Wie durch den Ausdruck (3) angedeutet, kann die Dämpferkapazität C verringert werden durch Abschwächen der Verdrahtungsinduktivität L, welches zu einer Verringerung der Anzahl der Dämpfer führt.
Eine Lösung zu dem obigen Problem wird in der japanischen Patentveröffentlichtung Nr. 40 069 von 1987 veröffentlichten Wechselrichtereinheit gesehen. Diese Wechselrichtereinheit ist konstruiert, die Verdrahtungsinduktivität L durch Verwenden eines Verdrahtungsleiters abzuschwächen, der aus einem Paar von Leitern besteht, die einen rechtwinkligen Querschnitt haben und über ein Isoliermaterial aufeinandergeschichtet sind (im folgenden "Parallelleiterkonstruktion" genannt). Die Verwendung der Parallelleiterkonstruktion, wie in der japanischen Patentveröffentlichtung 40 069 von 1987 offenbart, erlaubt, daß die Verdrahtungsinduktivität L 40 reduziert wird. Jedoch befaßt sich diese Konstruktion nicht mit der Verbesserung der Wärmeabstrahlung oder der Erleichterung des Zusammenbaus.
Fig. 11 erläutert eine weitere herkömmliche Konfiguration eines Hauptschaltkreises einer Wechselrichtereinheit vom Spannungstyp, wie in der japanischen Patentveröffentlichtung Nr. 40 069/1987 beschrieben ist. In der Figur bedeuten P und N schmale Stromschienenleiter, welche jeweils Induktivitäten 11 bzw. 12 haben. R, S und T sind Eingangsanschlüsse, während U, V und W Ausgangsanschlüsse der Einheit sind. Ferner sind D1 bis D6 Freilaufdioden (flywheel diodes), D11 bis D16 Gleichrichterdioden, und C1 und C2 Glättungskondensatoren, welche über einen Leiter M in Serie geschaltet sind. l0 zeigt eine Induktivität des Leiters M an, und TR1 bis TR6 sind Schaltelemente in einem Wechselrichtermodul, welche in diesem Beispiel Transistoren sind. C0 bedeutet einen Dämpfungskondensator zum Unterdrücken von Spannungsspitzen, und IM ist ein Dreiphasenmotor, welcher an die Ausgangsanschlüsse U, V und W angeschlossen ist. Die schmalen Stromschienenleiter P und N sind parallel zueinander über einem Isoliermaterial Z angeordnet. Falls eine an die Eingangsanschlüsse R, S und T angelegte Eingangsspannung im Bereich von 400 Volt ist, wird eine Gleichspannung VDC erzeugt, welche eine Amplitude von näherungsweise 622V (440V×√) hat. Weil die dielektrische Stärke eines üblicherweise als Glättungskondensators verwendeten Elektrolytkondensators näherungsweise 450V beträgt, werden zwei in Serie geschaltete Glättungskondensatoren verwendet, wie oben beschrieben.
Beim Betrieb des Wechselrichters vom Spannungstyp ist einer der oberen und unteren Arme eines Transistors eingeschaltet und der andere ist ausgeschaltet. Der Vorgang des Treibens des Motors IM mittels des Wechselrichters wird hier nicht behandelt, weil der Vorgang allgemein bekannt ist, und die vorliegende Erfindung nicht direkt betrifft. Falls über den Anschlüssen U und V zufälligerweise ein Kurzschluß entsteht (wie durch die gestrichelte Linie in der Figur angezeigt), und die Transistoren TR1, TR3 und TR5 eingeschaltet sind, und die anderen Transistoren abgeschaltet sind, bewirkt die in den Elektrolytkondensatoren C1 und C2 gespeicherte Energie, daß Kurzschlußströme durch einen Kurzschluß fließen, welcher aus C1, a1, dem Leiter P, TR1, dem Anschluß U, dem Anschluß V, TR5, dem Leiter N, w2, C2, b1, dem Leiter M und a2 besteht. Um die Kurzschlußströme zu unterbrechen, müssen die Transistoren TR1 und TR5 für weniger als einige 10 µS abgeschaltet werden. Jedoch wird in diesem Fall eine Spannungsspitze von den Induktivitäten l1 und l2 der Leiter P und N erzeugt, weil die Transistoren einen Strom abschalten, der um ein Vielfaches, bis zu 10mal höher als der gewöhnliche Strom ist. Der Dämpferkondensator C0 zur Unterdrückung von Spannungsspitzen ist vorgesehen, um die Transistoren vor den Spannungsspitzen zu schützen. Ferner sind die schmalen Stromschienenleiter P und N parallel und nebeneinander angeordnet, um die Induktivitäten l1 und l2 zu reduzieren. Das heißt, weil der Kurzschlußstrom is1 der P-Seite und der Kurzschlußstrom is2 der N-Seite von gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung sind, löschen sich die von dem Kurzschlußstrom erzeugten magnetischen Flüsse, und schwächen somit den Effekt der Induktivitäten l1 und l2. Überflüssig zu erwähnen, daß wenn die Induktivitäten kleiner gemacht werden, die beim Abschalten der Kurzschlußströme erzeugte Spannungsspitze kleiner wird.
Wenn die Spannung der herkömmlichen Wechselrichtereinheit in dem Bereich von 400V liegt, kann die Induktivität l0 des Leiters M, der die in Serie geschalteten Glättungskondensatoren verkabelt, nicht ignoriert werden. Diese Induktivität verursacht, daß eine übermäßige Spannungsspitze auf die Glättungskondensatoren und die Transistoren gegeben wird.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden durch Vorsehen einer leicht zu montierenden Wechselrichtereinheit, welche es erlaubt, die Verdrahtungsinduktivität zu schwächen, und die Wärmeabstrahlung zu verbessern.
Eine Wechselrichtereinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schließt Kondensatoren zum Glätten eines Gleichstromes und Schaltelemente zum Wechselrichten des Gleichstromes in einen Wechselstrom ein, die positiven Pole des Kondensators und jene der Schaltelemente sind miteinander durch eine von einem Paar von Leiterplatten verbunden, und die negativen Pole derselben sind durch die andere des Paares von Leiterplatten verbunden, die Leiterplatten des Paares werden von einer Isolierplatte, welche dazwischen eingefügt ist, voneinander getrennt, und ferner hat ein paralleler Leiter, welcher das Paar von Leiterplatten und die Isolierplatte umfaßt, eine Oberfläche, welche groß genug ist, die Oberflächen der Kondensatoren und der Schaltelemente abzudecken.
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ergibt einen großen Wärmeabstrahlungseffekt, weil der parallele Leiter zum Verbinden der Kondensatoren zum Glätten eines Gleichstromes und der Schaltelemente zum Wechselrichten des Gleichstromes in einen Wechselstrom eine Oberfläche hat, welche groß genug ist, die Oberflächen der Kondensatoren und der Schaltelemente abzudecken.
Eine Wechselrichtereinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist mit Kondensatorüberwachungsschlitzen in dem parallelen Leiter zum Prüfen von Parametern des Kondensators, wie darauf angegeben, versehen.
Dieses weitere Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt sicher, daß die Kondensatorpolarität mit Leichtigkeit selbst nach dem Zusammenbau geprüft werden kann, weil der parallele Leiter mit den Schlitzen zum Prüfen der angegebenen Parameter der Kondensatoren ausgestattet ist.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt die Wechselrichtereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung: ein Konvertermodul zum Umwandeln eines Wechselstromes in einen Gleichstrom; eine Vielzahl von Glättungskondensatoren zum Glätten des Gleichstromes; ein Wechselrichtermodul, welches aus einer Reihe von Schaltelementen zum Wechselrichten des geglätteten Gleichstromes in einen Wechselstrom besteht; einen ersten Leiter zum Verbinden der Vielzahl der Glättungskondensatoren in Serie; und zweite und dritte Leiter zum Verbinden der positiven und negativen Pole einer Reihe von Glättungskondensatoren, die die Vielzahl von in Reihe geschalteten Glättungskondensatoren umfaßt, und welche die positiven bzw. negativen Pole der Reihe von Schaltelementen in dem Wechselrichtermodul verbinden; und der erste Leiter ist parallel zu dem zweiten und dritten Leitern und benachbart dazu, über ein Isoliermaterial angeordnet.
Die vorliegende Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 3 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 4 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 5 ist ein Diagramm welches verwendet wird, einen allgemeinen Elektrolytkondensator zu beschrieben;
Fig. 6A, 6B, 6C und 6D erläutern Schaltkreise, welche den Betrieb eines fünften bis achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 7A ist eine perspektivische Seitenansicht, welche Anordnungen von Kondensatoren und Leitern zueinander gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutern.
Fig. 7B ist eine perspektivische Seitenansicht, welche Anordnungen zwischen Kondensatoren und Leitern gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 8 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches eine Verbindungsstruktur von Elementen in einer herkömmlichen Wechselrichtereinheit erläutert.
Fig. 9 ist ein Schaltkreisdiagramm einer ersten herkömmlichen Wechselrichtereinheit;
Fig. 10 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches nur eine Phase des in Fig. 9 gezeigten Schaltkreises erläutert, und verwendet wird, den Effekt eines Dämpfers zu beschreiben;
Fig. 11 ist ein Hauptschaltkreis-Konfigurationsdiagramm einer anderen herkömmlichen Wechselrichtereinheit.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, worin ein Schaltelement 1 für jede Phase mit Elektrolytkondensatoren 2 zum Glätten eines Gleichstromes verbunden ist. Eine einstückige Stromschienenplatte 7a erster Polarität verbindet einen oder mehrere erste Pole (z. B. positive Pole) der Schaltelemente 1 und einen oder mehrere Pole der Elektrolytkondensatoren 2. Eine einstückige Stromleiterplatte 8a zweiter Polarität verbindet einen oder mehrere zweite Pole (z. B. negative Pole) der Schaltelemente 1 und einen oder mehrere zweite Pole der Elektrolytkondensatoren 2. Beide Stromleiterplatten 7a und 8a sind aus einem leitenden Material, wie etwa Metall, hergestellt. Ein Dämpfer 9 ist über die ersten und zweiten Pole eines jeden der Schaltelemente 1 mittels Schaltelementanschlußschrauben 10 geschaltet, die auch die Stromleiterplatten 7a, 8a mit den Schaltelementen 1 verbinden. Elektrolytkondensatoranschlußschrauben 11 verbinden die Stromleiterplatten 7a und 8a mit den Elektrolytkondensatoren 2, und ein Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgang 13 liefert eine aus einer Gleichspannung mittels der Schaltelemente 1 umgewandelte Wechselspannung. Eine Isolierplatte 14 ist zwischen dem Stromleiterplatten 7a erster Polarität und 8a zweiter Polarität angeordnet, um die ersten und zweiten Pole zu isolieren, und wird von Isolierplatten-Installationsschrauben 15 gehalten, die in in der Stromleiterplatte 8a vorgesehene Schraubenlöcher eingeschraubt sind, und durch in der Isolierplatte 14 vorgesehene runde Löcher hindurchgehen. Die Stromschienenplatten 7a, 8a erster und zweiter Polarität und die Isolierplatte 14 umfassen einen parallelen Leiter. Schlitze 7b sind in der Stromschienenplatte 7a vorgesehen, um zu ermöglichen, daß die Installationsschrauben 15 eingesetzt werden.
Die Stromleiterplatten 7a und 8a erster und zweiter Polarität sind jede aus einem Stück Metall und konstruiert, eine große Oberfläche zu haben, d. h. eine Vielzahl von Schaltelementen 1 hintereinander in einer Reihe und eine Vielzahl von Kondensatoren 2 hintereinander in einer Reihe sind einander gegenüber parallel angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt, und die Metallplatten 7a und 8a haben jeweils eine Oberfläche, welche groß genug ist, die gesamte oder beinahe die gesamte Oberfläche der Schaltelementreihe und der Anschlußzone der Reihe von Kondensatoren abzudecken, einschließlich des Zwischenraumes, und um Wärme von den Metallplatten 7a und 8a abzustrahlen. In dieser Anordnung sind die Kondensatoren 2 parallel angeordnet, d. h. in einer Linie und auch die Schaltelemente sind parallel angeordnet. Die Reihe von Kondensatoren und die Reihe von Schaltelementen kann parallel zueinander angeordnet werden.
Während viele Stromschienen kombiniert werden, um die Gleichstromversorgung von den Elektrolytkondensatoren 2 zu den Schaltelementen 1 in der in Fig. 8 gezeigten Struktur zu verkabeln, und ein Paar von Metallplatten 7a und 8a mit einer großen Oberfläche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist der Schaltplan derselbe und die Betriebsweise die gleiche. Jedoch wurde durch Anordnen der zwei Metallplatten für die ersten und zweiten Pole mit einer großen Oberfläche gegenüber die Induktivität L reduziert. Deshalb kann durch die geschwächte Induktivität L die Dämpfungskapazität C verkleinert werden, wie dies der Ausdruck (3) andeutet.
Ein bedeutendes Merkmal des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist, daß von den Schaltelementen 1, den Elektrolytkondensatoren 2 und dem Dämpfer 9 während des Betriebes der Wechselrichtereinheit erzeugte Hitze an die Stromschienenplatten 7a und 8a des ersten Pols und des zweiten Pols übertragen wird, und dann wirksam abgestrahlt wird. Die Metallplatten 7a und 8a haben so eine große Oberfläche, daß die Hitze schnell über diese Fläche verteilt wird, was in einem wesentlichen Wärmeabstrahlungseffekt resultiert. Als Ergebnis kann der Temperaturanstieg der Schaltelemente 1, der Elektrolytkondensatoren 2 und der Dämpfer 9 unterdrückt werden.
Zusätzlich wird der Platz der Ebene wirksamer genutzt, die Verdrahtung ist gut symmetrisch auf eine gleiche Distanz, der Zusammenbau wird vereinfacht und die strukturelle Stabilität ist verbessert. Zum Beispiel erlaubt das Verfahren zum Befestigen der Isolierplatte in der vorliegenden Erfindung, daß der Isoliervorgang einfacher ist, als das Verfahren, die ersten Pole, die Isolierplatte und die zweiten Pole zusammenzuschrauben, wodurch die Anzahl von Teilen verringert wird und die Herstellbarkeit verbessert wird.
Um dieselben Effekte zu erzielen, können die im obigen Ausführungsbeispiel als Schaltelemente 1 verwendeten IGBTs durch bipolare Transistoren, MOS Transistoren oder ähnliches ersetzt werden. Dieses gilt auch für die zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiele, welche später beschrieben werden.
Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel, welches einen Stromdetektor einschließt, um den in der Gleichstrom-Stromschienenverdrahtung fließenden Strom, d. h. einen Kollektorstrom Ic, der IGBTs zu ermitteln. In Fig. 2 sind drei Schaltelemente 1, eine für jede der drei Phasen, mit Elektrolytkondensatoren 2 verbunden. Eine metallische Stromschienenplatte 3a erster Polarität verbindet die Schaltelemente 1 parallel, eine metallische Stromschienenplatte 5a erster Polarität verbindet die Elektrolytkondensatoren 2 parallel, und eine Stromschiene 7c erster Polarität verbindet die Stromschienenplatte 3a erster Polarität und die Stromschienenplatte 5a erster Polarität. Eine Stromschienenplatte 8a zweiter Polarität verbindet zweite Pole der Schaltelemente 1 und zweite Pole der Elektrolytkondensatoren 2. Ein Dämpfer 9 ist über die ersten und zweiten Pole der Schaltelemente 1 geschaltet, wobei Schaltelementanschlußschrauben 10 verwendet werden, die in die Metallplatten 3a, 8a eingeschraubt sind. Elektrolytkondensator-Anschlußschrauben 11 verbinden die Stromschienenplatten 5a und 8a mit den Elektrolytkondensatoren 2, und Stromschienen-Installationsschrauben 12a befestigten die Stromschiene 7c erster Polarität an den Stromleiterplatten 3a und 5a. Ein Dreiphasenwechselstromausgang 13 liefert eine Wechselspannung, die durch die Schaltelemente 1 von einer Gleichspannung umgewandelt wurde. Eine Isolierplatte 14 ist zwischen den Stromleiterplatten 3a , 5a erster Polarität und der Stromleiterplatte 8a zweiter Polarität angeordnet, um die ersten und zweiten Pole zu isolieren, und wird durch Isolierplatteninstallationsschrauben 15 gehalten, die in in der Stromleiterplatte 8a zweiter Polarität vorgesehene Gewinde eingeschraubt sind, durch in der Isolierplatte 14 vorgesehene runde Löcher. Ein Stromdetektor 16 ist über der Stromschiene 7c erster Polarität installiert, um den in der Schiene fließenden Strom zu ermitteln, d. h. den Kollektorstrom Ic der IGBTs. Eine Stromdetektorinstallationsschraube 17 ist in ein in dem Stromdetektor 16 vorgesehenes Installationsloch geschraubt, und in ein Schraubenloch, welches in der Stromschiene 7c erster Polarität zum Befestigen des Stromdetektors 16 an der Stromschiene 7c erster Polarität vorgesehen ist. Die Stromleiterplatte 8a zweiter Polarität ist mit einem Schlitz 8a1 ausgestattet, der Raum gibt zum Installieren des Stromdetektors 16, und die Isolierplatte 14 ist mit einem ähnlichen Schlitz 141 versehen. Eine isolierende Distanz zwischen den ersten und zweiten Polen ist durch eine Kriechdistanz d zwischen dem Ende des Schlitzes 8a1 der Metallplatte 8a und dem Ende des Schlitzes 141 in der Isolierplatte 14 sichergestellt.
Die Schlitze 141 und 8a1, die in der Isolierplatte 14 bzw. in der Stromleiterplatte 8 zweiter Polarität in Fig. 2 vorgesehen sind, werden nicht benötigt, wenn der Stromdetektor 16 modifiziert wird, eine horizontale Gestalt zu haben, oder wenn die Stromschiene 7c erster Polarität stufig ist, so daß der Stromdetektor 16 oberhalb der Stromleiterplatte 3a erster Polarität und der Stromleiterplatte 5a erster Polarität untergebracht ist.
Weil das zweite Ausführungsbeispiel Stromleiterplatten 3a, 5a erster Polarität und eine Stromleiterplatte 8a zweiter Polarität umfaßt, die jeweils aus Metall hergestellt sind und eine große Oberfläche aufweisen, wird wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ein großer Wärmeabstrahlungseffekt erzielt. Ferner wird der ebene Raum effizient genutzt, die Verdrahtung ist gut symmetrisch auf gleicher Distanz und der Zusammenbau kann leichter durchgeführt werden.
Fig. 3 ist ein Konfigurationdiagramm, welches das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Gleiche oder entsprechende Teile zu jenen in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden hier nicht beschrieben.
Bezugnehmend nun auf Fig. 3, wird ein Schaltkreiselement 111 verwendet, welches ein Schaltelement für jede der Phasen umfaßt, d. h., drei Schaltelemente 1 für den in Fig. 1 gezeigten Dreiphasenschaltkreis, zusammen in einem Gehäuse eingeschlossen. Die Kondensatoren 2 haben positive Pole 21, negative Pole 22 und Polaritätskennzeichen 23. Schlitze 24 sind in dem parallelen Leiter vorgesehen, um Bezeichnungen aus dem Elektrolytkondensator 2, d. h. die Polaritätskennzeichen im vorliegenden Ausführungsbeispiel, zu prüfen. Die Schlitze 24 reichen durch die Leiterplatten 7a, 8a und die Isolierplatte 14.
Ein Aussparungsloch 27 für den negativen Pol ist in der Stromleiterplatte 7a positiver Polarität vorgesehen, um zu verhindern, daß die Anschlüsse negativer Polarität der Elektrolytkondensatoren und das Schaltelement 101 in Kontakt kommen mit der Stromleiterplatte 7a positiver Polarität. Aussparungslöcher 28 für den positiven Pol sind in der Stromleiterplatte 8a negativer Polarität vorgesehen, um zu verhindern, daß die Anschlüsse positiver Polarität der Elektrolytkondensatoren 2 und das Schaltelement 101 in Kontakt kommen mit der Stromleiterplatte 8a negativer Polarität. Die Anschlüsse der Elektrolytkondensatoren 2 und des Schaltelementes 111 sind mittels herkömmlicher Techniken, wie etwa Löten oder Schrauben, mit den Stromleiterplatten 7a, 8a verbunden.
Der parallele Leiter, welcher aus den Stromleiterplatten 7a, 8a negativer und positiver Polarität, und der Isolierplatte 14 besteht, wird auch mittels einer herkömmlichen Technik (nicht gezeigt), wie etwa Schrauben, zusammengebaut.
In Übereinstimmung mit dem dritten Ausführungsbeispiel erlauben die Kerben 24, daß über die Polaritätskennzeichen Gewißheit erlangt wird, selbst nachdem die Metallplatten 7a und 8a installiert worden sind. Deshalb kann, nachdem der parallele Leiter zusammengebaut wurde, die Polarität der Elektrolytkondensatoren mit Leichtigkeit bestimmt werden, und eine versehentliche Explosion aufgrund eines falschen Anschlusses kann verhindert werden.
Weil irgendwelche Polaritätskennzeichen 23, anders als die in Fig. 3 angedeuteten, verwendet werden können, können die Positionen und die Größe der Kerben 24 entsprechend den verwendeten Elektrolytkondensatoren 2 bestimmt werden. Die Kerben 24 können in den Stromleiterplatten 7a, 8a und der Isolierplatte 14 vorgesehene durchgehende Löcher sein, wenn sie nicht auf der Kante vorgesehen sein sollen, was eine Anzahl verschiedener Gründe haben kann, wie etwa Abmessungen.
Auch das dritte Ausführungsbeispiel erzeugt einen großen Wärmeabstrahlungseffekt und stellt leichten Zusammenbau sicher, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, weil die Verbindungen durch Verwendung der Stromleiterplatten 7a und 8a hergestellt wurden, die große Oberflächen haben.
Fig. 4 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche oder entsprechende Teile wie jene in Fig. 1 und 3 sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht beschrieben.
In Fig. 4 sind explosionssichere Ventile 29 und Löcher 30 zum Prüfen der explosionssicheren Ventile 29 durch die Stromleiterplatten 7a, 8a und die Isolierplatte 14 hindurch vorgesehen. Das vierte Ausführungsbeispiel erlaubt, daß die explosionssicheren Ventile 29 geprüft werden, selbst nachdem die Metallplatten 7a und 8a, die eine große Fläche haben, installiert worden sind. Weil die Position des explosionssicheren Ventils 29 von der des Elektrolytkondensators 2 abhängt, kann durch Prüfen des explosionssicheren Ventils 29 bestimmt werden, ob die Polarität des Elektrolytkondensators 2 korrekt ist oder nicht. Somit stellt das vorliegende Ausführungsbeispiel sicher, daß die Bestimmung der Polarität der Elektrolytkondensatoren während einer Inspektion nach dem Zusammenbau mit Leichtigkeit vorgenommen werden kann, um einen Explosionsunfall aufgrund eines Fehlanschlusses zu verhindern. Ferner baucht das explosionssichere Ventil 29 aus, falls die verwendete Spannung eine Sicherheitsschwellspannung des Elektrolytkondensators 2 überschreitet. Somit kann der Betriebstatus (wie etwa die Spannung) der Wechselrichtereinheit während einer Wartung, etc. der Wechselrichtereinheit geprüft werden. Zusätzlich können Effekte bewirkt werden, die jenen in dem dritten Ausführungsbeispiel identisch sind, zum Beispiel hohe Wärmeabstrahlung und leichter Zusammenbau.
Fig. 5 erläutert das Polaritätskennzeichen 23 eines allgemeinen Elektrolytkondensators 2 und das explosionssichere Ventil 29.
Fünfte und sechste Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf Fig. 6A bzw. 6B beschrieben, welche das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutern. In Fig. 6A sind Leiter M und P eines Kondensators C1 benachbart und parallel zueinander angeordnet, und weil ein Kurzschlußstrom is0, der in dem Leiter M fließt, und ein Kurzschlußstrom is2, der in dem Leiter N fließt, gleiche Größe haben und in entgegengesetzter Richtung fließen, löschen sich die von den Kurzschlußströmen erzeugten magnetischen Flüsse, um die Induktivität zwischen den Leitern M und N zu reduzieren. Anstelle der Leiter M und N in Fig. 6 können die Leiter M und P benachbart und parallel zueinander angeordnet sein.
In Fig. 6B ist ein Teil des Leiters M benachbart und parallel zu dem Leiter P angeordnet, und der andere Teil des Leiters M ist benachbart und parallel zu dem Leiter N, um die Induktivität zu schwächen. Dieses Verfahren erlaubt, daß die Leiter P und N von dem Zentrum der Kondensatoren C1 und C2 genommen werden.
Fig. 7A erläutert eine physikalische Realisierung des fünften Ausführungsbeispiels, wie in Fig. 6A zu sehen. Bezugnehmen auf Fig. 7A ist ein Anschluß a1 des Elektrolytkondensators C1 mit dem Leiter P verbunden, und ein Anschluß a2 des Elektrolytkondensators C1 und ein Anschluß b1 des Elektrolytkondensators C2 sind durch den Leiter M verbunden. Ein Isoliermaterial Z (nicht gezeigt) ist zwischen dem Leiter N und den Leitern P und M angeordnet.
Fig. 7B erläutert das sechste Ausführungsbeispiel, welches die in Fig. 6B gezeigte Idee verwirklicht, worin der Leiter M mit dem Anschluß a2 des Elektrolytkondensators C1 und dem Anschluß b1 des Elektrolytkondensators C2 verbunden ist. Der Leiter P ist mit dem Anschluß a1 des Elektrolytkondensators C1 und der Leiter N mit dem Anschluß b2 des Elektrolytkondensators C2 verbunden. Um die Leiter M und P benachbart und parallel zueinander in Fig. 7A anzuordnen, anstelle der Leiter M und N, kann der Leiter P durch den Leiter N ersetzt werden, der Leiter N durch den Leiter P, und die Anschlüsse a1 und a2 durch die Anschlüsse b1 und b2.
Durch Anordnen der Leiter, wie in den siebten und achten Ausführungsbeispielen der Fig. 6C und 6D gezeigt, können die Induktivitäten der mit den Kondensatoren verbundenen Leiter reduziert werden, wenn drei Elektrolytkondensatoren in Serie geschaltet werden. Mit Bezug auf Fig. 6C, bedeutet C3 einen dritten Kondensator und seine Anschlüsse sind e1 und e2. In Fig. 6D sind mit den Glättungskondensatoren verbundene Leiter M1 und M2 parallel und benachbart zu dem Leiter P angeordnet. In Fig. 6D ist der Leiter M1 benachbart und parallel zu dem Leiter P und der Leiter M2 benachbart und parallel zu dem Leiter N angeordnet. In Fig. 6D können die Leiter P und N von dem Zentrum der Kondensatoranordnung genommen werden. Es wird Beachtung gefunden haben, daß der gleiche Effekt hervorgerufen werden kann dadurch, daß die als Schaltelemente des Wechselrichtermoduls im Ausführungsbeispiel verwendeten Transistoren durch MOSFETs oder IGBTs ersetzt werden.
Es ist offensichtlich, daß das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, nicht nur die Induktivität der Verdrahtung schwächt, sondern auch von dem parallelen Leiter abstrahlt, und den Wärmeabstrahlungseffekt verbessert, weil die Oberfläche des parallelen Leiters zum Verbinden der Kondensatoren zum Glätten des Gleichstromes und der Schaltelemente zum Wechselrichten des Gleichstromes in einen Wechselstrom groß genug ist, um die Oberflächen der Kondensatoren und der Schaltelemente abzudecken. Ferner verbindet das erste Ausführungsbeispiel jeden der ersten und zweiten Pole mit einer Metallplatte, um die Anzahl der verwendeten Teile zu verringern, und die Anzahl der Zusammenbauschritte beträchtlich zu reduzieren, so daß eine kostengünstige Wechselrichtereinheit vorgesehen werden kann.
Es ist auch offensichtlich, daß das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie zuvor beschrieben, die Kondensatormarkierungsprüfkerben für den in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen parallelen Leiter vorsieht, um leichtes Prüfen sicherzustellen, ob die Polarität irgendeines Kondensators richtig ist, selbst nach dem Zusammenbau, zusätzlich zu den Effekten des ersten Ausführungsbeispiels. Die dritten und vierten Ausführungsbeispiele bringen weitere Vorteile zu jenen oben erläuterten.
Es ist offensichtlich, daß die Erfindung gemäß den fünften bis achten Ausführungsbeispielen erlaubt, daß die Induktivitäten der Serienverbindungen eine Vielzahl von Glättungskondensatoren, die in Serie geschaltet sind, geschwächt werden, und erlaubt, daß eine durch Abschalten eines Kurzschlußstromes beim Auftritt eines versehentlichen Kurzschlusses verursachte Spannungsspitze dadurch reduziert wird, daß ein Leiter, welcher Glättungskondensatoren verbindet, benachbart und parallel zu mit Schaltelementen verbundenen Leitern angeordnet wird.

Claims (15)

1. Wechselrichtereinheit, welche umfaßt:
eine Vielzahl von Kondensatoren zum Glätten eines Gleichstroms, wobei jeder der Kondensatoren eine Poloberfläche hat, die Pole einer ersten Polarität und einer zweiten Polarität enthält, und eine Kondensatorpoloberflächengröße definiert;
eine Vielzahl von Schaltelementen zum Wechselrichten des Gleichstromes in einen Wechselstrom, wobei jedes der Elemente eine Poloberfläche hat, die Pole einer ersten Polarität und einer zweiten Polarität enthält, und eine Elementenpoloberflächengröße definiert;
Isolierplatteneinrichtungen zum Vorsehen einer elektrischen Isolation und zum Definieren einer Isolieroberflächengröße;
erste Stromleiterplatteneinrichtungen zum Verbinden der Pole erster Polarität der Kondensatoren und der Schaltelemente gemeinsam, wobei die ersten Stromleiterplatteneinrichtungen eine erste Plattenflächengröße definieren, welche wenigstens die Größe der Summe der einzelnen ersten und zweiten Oberflächengrößen aufweist; und
zweite Stromleiterplatteneinrichtungen zum Verbinden der Pole zweiter Polarität der Kondensatoren und der Schaltelemente gemeinsam, wobei die zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen eine zweite Plattenflächengröße definieren,
wobei die ersten und zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen mit der ersten Plattengröße und der zweiten Plattengröße im wesentlichen benachbart zueinander angeordnet sind, und die Isolierplatte mit der Isolieroberfläche dazwischen isolierend untergebracht ist.
2. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Kondensatoroberflächengrößen eine Anzeige darauf aufweist, und wenigstens eine der ersten und zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen geformt ist, zu erlauben, daß die Anzeige auf der wenigstens einen der Kondensatoroberflächengrößen gesehen werden kann.
3. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Kondensatoren eine Explosionsventileinrichtung aufweist, welche auf der ersten Oberfläche desselben angeordnet ist, und wenigstens eine der ersten und zweiten Leiterplatteneinrichtungen geformt ist, zu erlauben, daß die Ventileinrichtung sich durch diese hindurcherstreckt.
4. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der benachbarten Stromleiterplatteneinrichtungen und die Isolierplatteneinrichtungen im wesentlichen die gleiche Plattenoberflächengröße aufweisen.
5. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromleiterplatteneinrichtung eine erste Stromdetektoreinrichtung umfaßt, welche leitend zwischen zwei Stromleiterplatten geschaltet ist.
6. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromleiterplatteneinrichtung geformt ist, sich mit der Stromdetektoreinrichtung nicht leitend zu kreuzen.
7. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der benachbarten Stromleiterplatteneinrichtungen geformt ist, wenigstens einem der ersten oder zweiten Pole zu erlauben, nichtleitend durch die Stromleiterplatteneinrichtungen hindurchzugehen.
8. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Kondensatoren parallel geschaltet sind.
9. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Kondensatoren in Serie geschaltet sind.
10. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromleiterplatteneinrichtung betrieben werden kann, Strom in einer ersten Richtung mit einer ersten Größe zu leiten, und die zweite Platteneinrichtung betrieben werden kann, Strom in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung und mit einer Größe zu leiten, die im wesentlichen gleich der ersten Größe ist.
11. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Stormleiterplatteneinrichtungen bemessen sind, im wesentlichen mehr Wärme abzustrahlen, als Stromschienen, die die gleichen Polanschlüsse aufweisen.
12. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Stromleiterplatteneinrichtungen wenigstens eine Stromleiterplatte umfaßt, und bezüglich der anderen so bemessen und orientiert ist, daß die durch wenigstens eine Stromleiterplatte der ersten Stromleiterplatteneinrichtung fließenden Ströme gleich und in entgegengesetzter Richtung zu den Strömen sind, die durch wenigstens eine Stromleiterplatte der zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen fließen, wodurch die Induktivität der Stromleiterplatten reduziert wird.
13. Wechselrichtereinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen bemessen ist, eine Plattengröße zu haben, welche größer als die Summe der ersten und zweiten Flächen der Kondensatoren bzw. Schaltelemente ist, welche mittels dieser verbunden werden.
14. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ersten und zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen eine Vielzahl von Stromleiterplatten umfaßt.
15. Wechelsrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen eine Vielzahl von Stromleiterplatten umfassen, und die Isolierplatteneinrichtungen eine Vielzahl von Isolierplatten umfassen, wobei die Isolierplatten zwischen gegenüber angeordneten Stromleiterplatten der ersten und zweiten Stromleiterplatteneinrichtungen angeordnet sind.
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