DE8508595U1

DE8508595U1 - Gleichstromstellergerät

Info

Publication number: DE8508595U1
Application number: DE19858508595
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1985-06-13

Description

BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 20. März 1985 Mp.-Nr. 525/85 ZPT/P3-Pn/Bt

Gleiohstromstellergerät 15

Die Neuerung bezieht sich auf ein Gleichstromstellergerät gemäft dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Gleichstromstellergerät ist z.B. aus R. Felderhoff, Leistungselektronik, Carl Hanser Verlag, MUnchen, Wien, 198t, Seite 259 bis 260 bekannt. Gleichstromstellergeräte können beispielsweise zum Betrieb drehzahlgeregelter Gleichstrommotoren oder zur Batterieladung eingesetzt werden.
25

Antriebsstromrichter benötigen vielfach neben dem eigentlichen Stellglied zur Beeinflussung des Ankerstromes noch einen Gleichstromsteller für die Feldstromversorgung. Bei Motoren mit kleinem Drehzahlverstellbereich soll der Feldstrom z.B. mit Hilfe des Gleichstromstellers konstant gehalten werden, trotz veränderlicher Störgrößen wie schwankender Speisespannung und temperaturabhängigen Feldwiderstandes. Bei Motoren mit groüem

525/85

Drehzahlverstellbereich soll der Feldstrom z.B. mit Hilfe des Gleichstromstellers drehzahlabhängig abschwächbar sein.

Bis zu etwa 50kW-Ankerleistung ist der als Feldsteller dienende Gleichstromsteller in seiner Leistung so klein, daü er mittels moderner elektronischer Leistungsbauteile mit wenig Kühlaufwand in die Steuer- und Regeleinrichtung für den Ankerstromsteller integriert werden kann. Die Leiterplatte, die die elektronischen Betriebsmittel für einen Stromrichter trägt, rautt jedoch frei von gefährlichen Spannungen sein, damit ohne Gefahr während des Betriebes Mett- und Abgleichmaßnahmen in der Steuer- und Regeleinrichtung durchgeführt werden können. Da die Leistungshalbleiter von Gleichstromstellern oft 100V Betriebsspannung und mehr führen, ist ein direkter Einbau des Gleichstromstellers auf der die Steuer- und Regeleinrichtung tragenden Leiterplatte'nicht möglich.

Der Neuerung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Gleichstromstellergerät der eingangs genannten Art zu entwickeln, das durch seinen berührungssicheren Aufbau zum direkten Einbau in die Steuer- und Regeleinrichtung eines von einem Stromrichter gespeisten elektrischen Gerätes geeignet ist.
25

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzieibaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Gleichstromstellergerät als potentialfreie und berührungssichere Kompakteinheit aufgebaut ist. Es entfällt jegliche Verdrahtung bei Montage des Gerätes auf der die Steuer- und Regeleinrichtung

enthaltenden Leiterplatte. Durch Verwendung von Steckkontakten ergibt sich eine einfache Montage und Demontage des Moduls in Störungsfällen.

Die Montage wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispieles erläutert.

Bs zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Schmalseite eines

Gleichstromstellermoduls sowie die äußere Beschaltung des Moduls,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Breitseite eines Moduls,

Fig. 3 eine Aufsicht auf ein Modul, Fig. 4 die interne und externe elektrische Verschaltung eines Moduls.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Sehmalseite eines Gleichstromstellermoduls sowie die äußere Beschaltung des Moduls dargestellt. Das Gleichstrorastellermodul 1 weist ein quaderförmiges Gehäuse 2 auf, dessen Boden aus einer Kühlplatte 3 besteht. Auf der Kühlplatte 3 sind mehrere Leistungshalbleiter 4 potentialfrei mittels Verschraubimgen 5 montiert. Als Leistungshalbleiter 4 sind beispielsweise mehrere Transistoren und eine Freilaufdiode vorgesehen. Um eine potentialfreie Kühlplatte zu erzielen, ist die Kühlplatte 3 entweder selbst elektrisch isolierend (z.B. aus Keramik) oder die Kühlplatte 3 ist elektrisch leitend (z.B. aus Kupfer) und die Leistungshalbleiter 4 sind elektrisch isoliert montiert (z.B. mittels zwischengelegter Glimmerscheiben). Zur Aufnahme der Leistungshalbleiter 4 ist das Modul im Bodenbereich derart erweitert, daß sich ein L-förmiger Schnitt durch die Modul-Schmalseite ergibt.

• · it

525/85

Die Anschlußdrähte 6 der Leistungshalbleiter 4 sind auf einer Leiterplatte 7 verlötet. Auf der Leiterplatte 7 sind Treiberschaltungen zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter H, potentialtrennende Koppelelemente (z.B. Optokoppler) zur Ansteuerung dieser Treiberschaltungen sowie eine potentialtrennende Spannungserfassungseinrichtung angeordnet. Zur Andeutung dieser elektrischen Schaltungen ist ein auf ddr Leiterplatte 7 verlötetes Bauelement 8 (z.B. Widerstand) eingezeichnet.

Zur externen elektrischen Kontaktierung des Moduls 1

sind Steckkontakte 9 vorgesehen. Diese auf der Oberseite des Moduls frei zugänglichen Steckkontakte 9 sind ge-

\ häuseintern direkt mit der Leiterplatte 7 verlötet. Zur

' mechanischen Fixierung der bestückten Leiterplatte 7,

der Leistungshalbleiter 4 und der Kühlplatte 13 ist das Innere ded Gehäuses 2 mit einer Vergußmasse 10 ausgefüllt. ; ,

Zum Einbau des Gleichstromstellermoduls 1 in eine Steuer- und Regeleinrichtung eines elektrischen Gerätes, z.B. einer elektrischen Maschine, ist das Modul 1 auf einen Kühlkörper oder eine zur Kühlung geeignete Montageplatte (z.B. Schrankwand, Gerätegehäuse) 11 zu montieren, wobei Wärmeleitpaste zwischen Kühlplatte 3 des Moduls 1 und Montagefläche aufzubringen ist. Anschließend wird eine Elektronikplatte 13 derart auf das Modul 1 gesteckt, daß die Steckkontakte 9 des Moduls in Buchsen 12 der Elektronikplatte 13 eingreifen.

Die Elektronikplatte 13 trägt die übergeordnete Elektronik zur Steuerung und Regelung des Moduls 1. Zusätzlich kann die Elektronikplatte 13 mit weiteren Steuer- und Regeleinrichtungen des elektrischen Gerätes bestückt sein, z.B. mit der Steuer- und Regeleinrichtung für einen Ankerstromsteller einer elektrischen Maschine. Zur

525/85 W · j 1. ': · *:":*'"§

Andeutung der Schaltungen für die übergeordnete Elektro- ■;

nik des Moduls 1 und die weitere Steuer- und Regelein- ,,

richtung des elektrischen Gerätes (z.B. Ankerstromstel- %'■

ler) ist ein auf der Elektronikplatte 13 verlöteter Wi- #

derstand 14 eingezeichnet. |

3

Darüberhinaus trägt die Elektronikplatte 13 weitere pe- Ij riphere, dem Modul 1 zugeordnete Komponenten, wie einen _{

Stromwandlertransformator 15 zur Erfassung des zugeführ- >''

ten oder abgegebenen Stromes (z.B. des Feldstromes), y

einen Entstörkondensator Ib zur Filterung der zugeführten Spannung (z.B. der Feldspeisespannung) und Anschlußklemmen 17 zum Anschluß der zuzuführenden Spannung und des elektrischen Gerätes (z.B. der Feldspeisespannung und der Feldwicklung einer elektrischen Maschine).

Ü5 i

Als Anschlußklemmen 17 dienen vorzugsweise verrastbare f Steckklemmen. Die externen Anschlußleitungen zum spei- ;

senden Netz und zum elektrischen Gerät (z.B. Feldwick- \

lung) sind mit Bezugsziffer 18 bezeichnet. Zur mechani- '

sehen Fixierung und Abstützung der Elektronikplatte 13 i

ist diese über ein Distanzstück 19 mit dem Kühlkörper 11 '.

verbunden, was durch eine Verschraubung 20 angedeutet \

ist. i

Damit an der Elektronikplatte 13 ohne Gefahr während des Betriebes des elektrischen Gerätes Meß- und Abgleichmaßnahmen durchgeführt werden können, sind der Stromwandlertransformator 15, der Entstörkondensator 1b, die Anschlußklemmen 17 sowie die Buchsen 12 mit Isolierstoff \ gekapselt und dadurch gegen Berührung spannungsführender Teile geschützt. Die verbindenden Leiterbahnen befinden ί sich auf der Unterseite (Lötseite) der Elektronikplatte ',< 13 und sind daher während des Betriebes nicht zugänglich [ und somit gegen Berührung geschützt.

. ■

• I » I I I t · ·

*li ι r ti iti l ·■■

(I It I I · · ·

I I < I I · ·

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Breitseite eines Gleichstromstellermoduls 1 dargestellt. Im einzelnen sind das Gehäuse 2, die Kühlplatte 3, die mittels Verschraubungen 5 montierten Leistungshalbleiter 4, die auf der Leiterplatte 7 verlöteten Anschlußdrähte 6, die Bauelemente 8 sowie die Steckkontakte 9 gezeigt. Zum einfachen und verwechslungssicheren Aufstecken der Elektronikplatte 13 ist ein Führungsstift 21 neben den Steckkontakten 9 vorgesehen, der in eine entsprechende Bohrung der Platte 13 eingreift.

Zur Bildung einer Auflagefläche für die Elektronikplatte 13 ist ein Sattel 22 auf der Oberseite des Gehäuses 2 angeformt. Der Sattel 22 besitzt ein Innengewinde zur Aufnahme einer durch eine entsprechende Bohrung in der Platte 13 zu steckenden Schraube 23· Die Montage des Moduls 1 auf den Kühlkörper 11 erfolgt mit Hilfe von Schrauben 24, die durch Bohrungen fn der Kühlplatte 3 zu führen sind. Zum Durchstecken der Schraube 24 ist die bodenseitige, L-förmige Erweiterung des Gehäuses 2 mit

Bohrungen 24a versehen (siehe auch Fig. 1).

In Fig. 3 ist eine Aufsicht auf das·Gleichstromstellermodul 1 dargestellt. Im einzelnen sind die Steckkontakte 9, der Führungsstift 21 sowie der Sattel 22 auf der Gehäuseoberseite und die Schrauben 24 in der bodenseitigen L-förmigen Erweiterung des Gehäuses 2 zu erkennen.

In Fig. 4 ist eine beispielhafte interne und externe elektrische Verschaltung des Moduls 1 dargestellt. Das Gleichstromstellermodul 1 dient dabei als Feldstromsteller einer elektrischen Maschine 25· Die Ankerwicklung 26 der Maschine 25 ist über einen Ankerstromsteller 27 mit Netzanschlußklemmen 28 verbunden. An den Klemmen 28 liegt die Speisespannung Ug. Die Feldwicklung der

Maschine 25 ist mit Bezugsziffer 29 bezeichnet. If llll ·· · t *-.** ti MII

• II ff*··» ···

■ I «■··· · · I

Mit den Netaanschlußklemmen 28 sind die Anschlußklemmen 17a der Elektronikplatte 13 verbunden. Zwischen beiden Klemmen 17a ist der Entstörkondensator 16 angeordnet. Die desweiteren auf der Elektronikplatte 13 befindlichen Anschlußklemmen 17b sind mit der Feldwicklung 29 beschaltet. Die auf der Elektronikplatte 13 angeordnete Steuer- und Regeleinrichtung für den Ankerstromsteller 27 und die übergeordnete Elektronik für das Gleichstromstellermodul 1 (Feldstromsteller) ist mit Bezugsziffer 30 gekennzeichnet. Die Steuer- und Regeleinrichtung 3C sowie die Anschlußklemmen 17a,b sind über Leiterbahnen 13 auf der Elektronikplatte 13 und die Buchsen 12 mit den Steckkontakten 9 des Gleichstromstellermoduls 1 verbunden, wobei die Primärwicklung des Stromrichtertransformators 15 in Reihe zwischen einer der Klemmen "*7a und der entsprechenden Buchse 12 geschaltet ist. Die Sekundärwicklung des Stromrichtertransformators 15 ist an die Steuer- und Regeleinrichtung 30 angeschlossen.

An die Steckkontakte 9 sind als modulinterne Baueinheiten ein potentialtrennendes Koppelglied (Optokoppler) 31 mit nachgeschalteter Treiberschaltung 32 zur Ansteuerung eines Transistors 4a sowie ein potentialtrennendes Spannungserfassungsglied 33 angeschlossen. Desweiteren sind der Transistor 4a und eine Freilaufdiode 4b mit den Steckkontakten 9 verbunden.

Claims

Aktenz.: G 85 08 595.2 BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 14. Mai 1985 Mp.-Nr. 525/85 ZPT/P3-Pn/Bt Ansprüche 15

1. Gleichstromstellergerät mit steuerbaren Leistungshalbleitern als Stellglieder und Treiberschaltungen zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungshalbleiter (4), die Treiberschaltungen (8a) und potentialtrennende Koppelelemente (8b) zur Ansteuerung der Treiberschaltungen (8a) in einem gemeinsamen Modul (1) zusammengefaßt sind, daß das Modul (1) ein quaderförmiges, elektrisch isoliertes, im Bodenbereich L-förmig erweitertes Gehäuse (2) mit einer Kühlplatte (3) als Boden aufweist, daß auf der Gehäuseoberseite Steckkontakte (9) zum Anschluß an isolierte Buchsen (12) einer auf das Modul aufsteckbaren Elektronikplatte (13) vorgesehen sind, daß die Leistungshableiter (4) auf der Kühlplatte (3) montiert und über ihre Anschlußdrähte (6) mit einer Leiterplatte (7) verlötet sind, daß die Treiberschaltungen (8a) und Koppelelemente (8b) auf der Leiterplatte (7) montiert sowie die Leiterplatte (7) mit den Steckkontakten (9) verlötet ist und daß das Gehäuseinnere mit einer Vergußmasse (10) ausgefüllt ist.

• · ■ ·

t ··· · ■··· ti at·

2. Gleichstroäs^eHorgferä&'riadh,Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Spannungserfassungseinrichtung (8c) auf ^äf*^T Leiterplatte (7) des Moduls (1) montiert ist.

3. Gleichstrom3tellergerät nach einem der vorste-

henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Montage des Moduls (1) auf einem Kühlkörper (11) Bohrungen (24a,24b) im Bereich der L-förmigen Gehäuseerweiterung und in der Kühlplatte (3) vorgesehen sind.

4. Gleichstromstellergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum verwechselungssicheren Aufstecken der Elektronikplatte (13) ein Führungsstift (21) an die Gehäuseoberseite des Moduls (1) angeformt ist.

5. Gleichstromstellergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Montage der Elektronikplatte (13) ein Sattel (22) mit Innengewinde an die Gehäuseoberseite des Moduls (1) angeformt ist.

6. Gleichstromstellergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Elektronikplatte (13) isoliergekapselte periphere elektrische Komponenten für das Modul (1), wie Stromwandlertransformator (15), Entstörkondensator (16) und Anschlußklemmen (17) montiert sind, wobei jeweils die mit den peripheren elektrischen Komponenten (15, 16, 17) verbundenen Leiterbahnen auf der dem Modul (1) zugekehrten Seite der Elektronikplatt«» (13) verlaufen.