Aus der GB 2 178 243 A ist eine kompakte Leistungsanordnung, bestehend aus zwei Leistungseinheiten, bekannt. Jede Leis- tungseinheit weist mehrere Zweigpaarmodule auf, die auf einer Montageplatte eines Kühlkörpers montiert sind. Diese beiden Leistungseinheiten sind mit ihren Kühlkörpern derart zusam- mengefügt, dass zwischen diesen kein Spalt mehr auftritt und die bestückten Montageplatten auf gegenüberliegenden Seiten der kompakten Leistungsanordnung angeordnet sind. Mittels zweier Platten wird diese zusammengesetzte Einheit zusammen- gehalten. Außerdem weist diese kompakte Leistungsanordnung eine Lüftereinheit auf, die mittels eines Kühlluftkanals mit der Einströmseite der beiden Kühlkörper der kompakten Leis- tungsanordnung verbunden ist. Die Zweigmodule einer jeden Leistungseinheit sind jeweils mittels einer Leiterplatte, die Steuerungs-und/oder Schutzeinrichtungen aufweist, miteinan- der elektrisch leitend verbunden. Die Anschlüsse der Zweigmo- dule einer jeden Leistungseinheit sind derartig auf der zuge- hörigen Leiterplatte verteilt, dass an einer Seite sich die wechselspannungsseitigen und an der anderen Seite die gleich- spannungsseitigen Anschlüsse liegen. Dadurch können die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der beiden Leistungsein- heiten mittels einer Zwischenkreisdrossel miteinander elekt- risch leitend verbunden werden. Wechselspannungsseitig ist eine Leistungseinheit mit einem speisenden Netz und die ande- re Leistungseinheit mit einem Motor verbunden. Anstelle eines Gleichstromzwischenkreis-Umrichters können die Leistungsein- heiten eines Gleichspannungszwischenkreis-Umrichters auch als kompakte Leistungsanordnung aufgebaut werden.

Aus der DE 198 45 821 AI ist eine Stromrichtereinheit in Mo- dulbauweise, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bekannt.

Diese Stromrichtereinheit besteht aus einem rahmen-oder hau- benförmigen Metallgehäuse, in der Art eines Gehäuserahmens, der zur Aufnahme der zu verwendeten Bauteile dient. An dem Gehäuserahmen ist beidseitig je ein Kühlkörper und zentral in dem Gehäuserahmen ein Zwischenkreiskondensator vorgesehen.

Beidseitig des Gehäuserahmens sind IGBT-Module montiert.

Oberhalb des Gehäuserahmens ist eine Verschienung über An- schlusselemente angeordnet, die Anschlusspunkte des Zwischen- kreiskondensators mit DC-Anschlüssen der IGBT-Module elekt- risch verbindet. Zwischen Verschienung und Zwischenkreiskon- densator sind im Bereich von Kontaktstellen Isolierungen vor- gesehen. Der Zwischenkreiskondensator ist auf der Bodenfläche des Gehäuserahmens in bekannter Weise montiert. AC-Anschlüsse der Stromrichtereinheit sind an eine Anschlussleiste geführt, die über Isolatoren mit den Kühlkörpern und dem Gehäuserahmen verbunden sind. Die Stromschienen, die vorzugsweise aus brei- ten isolierten Kupferbänden besteht, sind an den IGBT-Ausgän- gen, den AC-Anschlüssen und den Isolatoren befestigt und für eine einseitige Zugänglichkeit, vorzugsweise unterhalb des Gehäuserahmens, auf eine Seite geführt. Die einseitige Anord- nung der Anschlüsse gewährleistet eine einfache und schnelle Montage und-Demontage der Stromrichtereinheit. Seitlich und nach oben hin gebildete Öffnungen des Gehäuserahmens werden durch eine Abdeckplatte des Zwischenkreiskondensators und durch die Kühlkörper mit umlaufenden Abdichtungen flächenmä- ßig abgedeckt. Die anderen beiden sich gegenüberliegenden Seiten des Gehäuserahmens sind jeweils mit zwei Öffnungen versehen und korrespondieren mit den im Gehäuserahmen befes- tigten Kühlkörpern, die ebenfalls mit umlaufenden Abdichtun- gen versehen sind. Die Verschienung, die aus elektrisch iso- lierten deckungsgleich übereinander angeordneten Leitern in der Art von Folien, besteht, wird über die Kontaktstellen auf der Oberseite der Verschienung mit den Anschlusspunkten des Zwischenkreiskondensators und über abgewinkelte seitliche La- schen mit den DC-Anschlüssen der IGBT-Module verschraubt. An

dem Gehäuserahmen sind Befestigungsschienen angeordnet, die eine Montage der Einheit in unterschiedlicher Einbaulage zu- lassen. Die Stromrichtereinheit kann mit diesen Befestigungs- schienen in einen Container montiert werden. Die Stromrich- tereinheit ist für Wasser-und Luftkühlung auslegbar. Bei Luftkühlung, wird die Kühlfläche durch Kühlrippen in bekann- ter Form ausgebildet. Bei Wasserkühlung werden entsprechende Wasseranschlüsse für Zu-und Ablauf in bekannter Weise vorge- sehen, wobei diese Anschlüsse auf der Seite der Anschluss- leiste geführt sind. Durch die Ausgestaltung dieser Strom- richtereinheit wird eine kompakte Baueinheit geschaffen, die z. B. als Phasenbaustein für Wechselrichter, für Vierquadrant- steller bzw. für Bremssteller auch in unterschiedlichen Kom- binationen verwendet werden können. Mit einer Grundvariante wird die modulare Ausgestaltung unterschiedlicher Schaltungs- arten und Leistungsbereiche ermöglicht, wobei unterschiedli- che Kühlsysteme angewendet werden können. Außerdem ist durch die Ausgestaltung die Stromrichtereinheit gewichts-und volu- menreduziert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Stromrich- tereinheit in Modulbauweise anzugeben, mit der eine durchgän- gige kostenminimierte Gerätereihe mit modularen Geräteaufbau, einheitlichem Gerätedesign, gleichen Schnittstellen und ein- heitlicher Schaltungstechnik über den gesamten Leistungsbe- reich erstellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An- spruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass in einem Montagerahmen eine doppelseitig be- stückbare Kühleinrichtung über eine Zwischenkreis-Kondensa- torbatterie angeordnet ist, und die Leistungshalbleiter und die Zwischenkreis-Verschienung der Zwischenkreis-Kondensator- batterie auf einer Seite des Montagerahmens angeordnet sind, wobei dieser Montagerahmen mittels mehrerer Abdeckbleche zu einem Luftkanal vervollständigt ist, erhält man eine kompakte

Einheit, die zusammen mit weiteren Komponenten zu einem Stromrichtergerät verschaltet werden kann. Dieser Aufbau der Stromrichtereinheit wird über den gesamten Leistungsbereich einer Gerätereihe beibehalten. In Abhängigkeit der Leistung und der Stromrichtertopologie variiert nur die Anzahl der zu verwendeten Stromrichtereinheiten.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichtereinheit sind weitere Leistungshalbleiter vorgese- hen, die auf der zweiten Montageplatte der doppelseitig be- stückbaren Kühleinrichtung montiert sind, deren gleichspan- nungsseitige Anschlüsse mittels eines Verschienungsstückes mit der Zwischenkreis-Verschienung der Zwischenkreis-Konden- satorbatterie auf der gegenüberliegenden Seite des Montage- rahmens verbunden sind. Außerdem sind diese weiteren Leis- tungshalbleiter ebenfalls mit einer korrespondierenden An- steuerbaugruppe elektrisch leitend verbunden. Diese vorteil- hafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichterein- heit weist somit alle Leistungsbauelemente eines Gleichspan- nungszwischenkreis-Umrichters auf kleinsten Raum auf. Im Kom- bination mit der zuvor genannten Stromrichtereinheit können nun alle Stromrichtertypen einer Gerätereihe für unterschied- liche Leistungsbereiche kompakt aufgebaut werden. Dadurch er- hält man Stromrichtergeräte mit einem einheitlichen modularen Aufbau und Gerätedesign, wobei durch die erfindungsgemäße Stromrichtereinheit gleiche Schnittstellen und eine einheit- liche Schaltungstechnik über einen gesamten Leistungsbereich gewährleistet wird.

Den Unteransprüchen 3 bis 9 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Stromrichtereinheit entnehmbar, mit denen eine endgültige Funktionsweise der Stromrichtereinheit zugeordnet wird.

Werden eine Stromrichtereinheit nach der Erfindung zusammen mit einer Lüftereinheit und einer Elektronikeinheit derart in einem Grundrahmen eingeschoben, dass die Lüftereinheit unter- halb der Stromrichtereinheit und die Elektronikeinheit neben

dieser Stromrichtereinheit angeordnet sind, erhält man ein modular aufgebautes Stromrichtergerät. Wird eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichtereinheit in diesen Grundrahmen geschoben, so erhält man als Stromrichter- gerät ein sogenanntes Grundgerät.

Bei einem vorteilhaften Stromrichtergerät sind die Seiten und die Front des Grundgerätes mit Abdeckungen verkleidet und ist dieses Grundgerät oben und unten jeweils mit einem Netz-bzw.

Motoranschluss versehen. Somit ist aus dem Grundgerät ein Einbaugerät entstanden.

Den Unteransprüchen 12 bis 16 sind die Kombinationsmöglich- keiten der Stromrichtereinheit und der vorteilhaften Strom- richtereinheit nach der Erfindung zu entnehmen. Allen gemein- sam ist, dass jeder Stromrichtereinheit eine Lüftereinheit und allen Stromrichtereinheiten eine Elektronikeinheit zuge- ordnet sind. Dadurch erhält man ein einheitliches Gerätede- sign über den gesamten Leistungsbereich einer Gerätereihe.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen der erfin- dungsgemäßen Stromrichtereinheit und des erfindungsgemäßen Stromrichtergerätes schematisch veranschaulicht sind.

FIG 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung eine erfindungsge- mäße Stromrichtereinheit, wobei in der FIG 2 diese Stromrichtereinheit montiert dargestellt ist, in der FIG 3 ist in einer Explosionsdarstellung ein weiterer Teil einer Stromrichtereinheit 2 nach der Erfindung darge- stellt, wogegen in der FIG 4 der zugehörige montierte Zustand veranschaulicht ist, die FIG 5 zeigt ein Stromrichtergerät mit einer Stromrichterein- heit nach FIG 2, wobei die

FIG 6 dieses Stromrichtergerät im montierten Zustand zeigt, wobei in der FIG 7 ein zugehöriges Blockschaltbild dieses Stromrichterge- rätes veranschaulicht ist, die FIG 8 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Stromrichter- gerätes, die FIG 9 und 10 zeigen jeweils eine Ansicht einer weiteren Stromrichtereinheit, wogegen in der FIG 11 ein zugehöriges Blockschaltbild dargestellt ist, und in den FIG 12 bis 15 sind verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von Stromrichtereinheiten nach den FIG 2 und 9 dargestellt.

In der FIG 1 ist eine Explosionsdarstellung der Stromrichter- einheit 2 nach der Erfindung dargestellt, wobei in dieser Darstellung wegen der Übersichtlichkeit nur die Teile der Stromrichtereinheit 2 dargestellt sind, die auf der rechten Seite der Stromrichtereinheit 2 angeordnet sind. Die Bezeich- nungen rechte Seite und linke Seite der Stromrichtereinheit 2 beziehen sich auf die Einschubrichtung dieser Stromrichter- einheit in einen Grundrahmen 4, der in der FIG 7 ersichtlich ist. Diese Stromrichtereinheit 2 weist als zentrale Einheit einen Montagerahmen 6 auf. Dieser Montagerahmen 6 nimmt ei- nerseits eine Kühleinrichtung 8 und andererseits eine Zwi- schenkreis-Kondensatorbatterie 10 (FIG 3) auf, wobei die Kühleinrichtung 8 oberhalb der Kondensatorbatterie 10 ange- ordnet ist. Als Kühleinrichtung 8 sind hier zwei doppelseitig bestückbare Kühlkörper 12 und 14 vorgesehen. Auf jeder ersten Montageplatte 16 der beiden Kühlkörper 12 und 14 werden Leis- tungshalbleiter, insbesondere Leistungsmodule 18 und 20, mon- tiert. Bei diesen beiden Leistungsmodulen 18 und 20 handelt es sich um IGBT-Sixpack-Module. Diese werden so miteinander verschaltet, dass diese eine 6-pulsigen Stromrichterbrücke bilden. Diese Verschaltung wird wechselspannungsseitig mit- tels Stromschienen 22,24 und 26 bewerkstelligt, deren Strom- schienenenden die Anschlüsse U, V und W bilden. Jede dieser Stromschienen 22,24 und 26 ist mit einem Stromwandler 28

versehen, deren Signalleitung in einer Führungs-und Halte- schiene 30 geführt werden. Auf den montierten Leistungsmodu- len 18 und 20 ist eine Ansteuerbaugruppe 32 montiert. Diese Ansteuerbaugruppe 32 generiert aus zugeführten Steuersignalen für jeden Leistungshalbleiter einen Steuerstrom bzw. eine Steuerspannung. Außerdem beinhaltet diese Ansteuerbaugruppe 32 noch eine Entsättigungsüberwachung, die Rückmeldesignale generiert. Die Steuer-und Rückmeldesignale werden optisch übertragen, so dass diese Ansteuerbaugruppe Teile der benö- tigten Optokoppler aufweist. Wegen dieser Entsättigungsüber- wachung ist diese Ansteuerbaugruppe 32 nicht nur mit den Steuereingängen, sondern auch mit den wechselspannungsseiti- gen Anschlüssen der Leistungsmodule 28 elektrisch leitend verbunden. Außerdem ist auf den beiden Montageplatten 16 der beiden doppelseitig bestückbaren Kühlkörper 12 und 14 noch ein Hilfsmontagerahmen 34 montiert, der die beiden Kühlkörper 12 und 18 von mehreren Seiten umfasst. Dieser Hilfsmontage- rahmen 34 dient bei der Montage der zuvor genannten Bauteile zu deren Fixierung und deren Abstützung.

Dieser Explosionszeichnung kann weiterhin eine Halterung 36 für Kondensatoren 38 der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 entnommen werden. Außerdem ist zu erkennen, dass der Montage- rahmen 6 oberhalb der Kühleinrichtung 8 zwei seitliche Monta- gebleche 40 und 42 und zwei stirnseitige Bleche 44 und 46 aufweist, die diesen Teil zu einem Kühlmittelkanal ausbilden.

Ferner weist der Montagerahmen 6 an seiner Frontseite 46 zwei Handhabungsmittel 48 und 50 auf, die jeweils unten und oben an der Frontseite 46 angebracht sind. Mit diesen Handhabungs- mitteln 48 und 50 kann diese Stromrichtereinheit 2 in den be- reits erwähnten und in der FIG 7 dargestellten Grundrahmen 4 gesteckt bzw. herausgezogen werden. Das seitliche Blech 40 dient nicht nur dazu, den oberen Teil des Montagerahmens 6 zu einem Kanal zu vervollständigen, sondern in erster Linie als Montageplatte des Stromschienensystems 52. Auf diesem Blech 40 wird zusätzlich eine weitere Platte 54 aus isolierenden Material montiert, die einerseits zur Potentialtrennung zwi-

schen dem Montagerahmen 6 und den Stromschienen 22,24 und 26 und andererseits zur Abstützung dieser Stromschienen 22,24 und 26 dient. Dazu weist diese Platte 54 drei Distanzstücke 56 auf.

Die FIG 2 zeigt die Stromrichtereinheit 2 im montierten Zu- stand, und zwar von schräg hinten. In dieser Darstellung sind somit die rechte Seite und die Rückseite der Stromrichterein- heit 2 zu sehen. In dieser Darstellung sind zusätzlich eine Zwischenkreis-Verschienung 58 und ein Verschienungsstück 60 sichtbar. Mittels der Zwischenkreis-Verschienung 50 sind die Kondensatoren 38 der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 elektrisch parallel und in Reihe geschaltet. Diese Zwischen- kreis-Verschienung 50 ist derart ausgebildet, dass diese ne- ben der Verschaltung der Kondensatoren 38 zusätzlich den un- teren Teil des Montagerahmens 6 seitlich verschließt. Somit ist die rechte Seite des Montagerahmens 6 vollständig ver- schlossen. Das Verschienungsstück 60 ist auf der Rückseite der Stromrichtereinheit 2 angebracht und dient dazu, die bei- den Potentiale der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 auf die linke Seite der Stromrichtereinheit zu führen. D. h., die- ses Verschienungsstück 60 ist ein Verbindungselement zweier Leistungsteile der Stromrichtereinheit 2, die gemeinsam an der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 angeschlossen sind.

Dieses Verschienungsstück 60 weist zwei parallele Stromschie- nen 62 und 64 auf, die mittels einer Isolierfolie 66 elekt- risch voneinander isoliert sind. Wegen dieser Isolierfolie 66 sind von der Stromschiene 64 nur deren Anschlüsse 68 und 70 zu erkennen.

Die FIG 3 zeigt ebenfalls eine Explosionsdarstellung der Stromrichtereinheit 2, wobei die Teile der Explosionsdarstel- lung gemäß der FIG 1 hier im montierten Zustand veranschau- licht sind. In dieser Darstellung sind die Teile der Strom- richtereinheit 2 dargestellt, die auf der linken Seite dieser Stromrichtereinheit 2 angebracht sind. Zu diesen Teilen gehö- ren Leistungshalbleiter 72, insbesondere Zweigmodule, die be-

reits auf der zweiten Montageplatte 74 der doppelseitig be- stückbaren Kühleinrichtung 8 montiert sind. Zu diesen Leis- tungshalbleiter 72 gehört ebenfalls eine Ansteuerbaugruppe 76. Außerdem sind drei Stromschienensysteme 78,80 und 82 dargestellt. Das Stromschienensystem 78 weist drei Strom- schienen 84, 86 und 88 auf, die jeweils mit einem wechsel- spannungsseitigen Anschluss eines Zweigmoduls elektrisch lei- tend verbunden sind. Die freien Enden dieser Stromschienen 84,86 und 88 bilden jeweils einen Anschluss Ll, L2 und L3.

Das Stromschienensystem 80 umfasst zwei parallel geführte Stromschienen 90 und 92, die jeweils einen gleichspannungs- seitigen Anschluss der Zweigmodule 72 miteinander verbinden.

Aus diesem Grund verlaufen diese Stromschienen 90 und 92 waa- gerecht über die gesamte Tiefe der Stromrichtereinheit 2.

Diese Stromschienen 90 und 92 sind jeweils mit einer Strom- schiene 62 bzw. 64 des Verschienungsstücks 60 verknüpft. Au- ßerdem ist jeder Stromschiene 90 und 92 jeweils mit einem An- schluss einer Widerstandsanordnung 94 und 96 elektrisch lei- tend verbunden. Die Widerstandsanordnung 94 und 96 besteht hier aus zwei elektrisch parallel geschalteten Widerständen, deren freien Enden jeweils mit einem Anschluss der Ansteuer- baugruppe 76 elektrisch leitend verbunden sind. Das dritte Stromschienensystem 82 weist ebenfalls zwei Stromschienen 98 und 100 auf, die jeweils mit einer Stromschiene 90 bzw. 92 des Stromschienensystems 80 elektrisch leitend verbunden sind. Die freien Enden dieser beiden Stromschienen 98 und 100 bilden einen Anschluss C und D. Damit werden die Potentiale der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 aus der Stromricht- reinheit 2 herausgeführt, an dem beispielsweise ein Chopper- widerstand anschließbar ist. Auch auf der linken Seite der Stromrichtereinheit 2 ist zur Potentialtrennung zwischen dem Montagerahmen 6 und dem Stromschienensystem 78 und 89 eine Platte 102 aus isolierenden Material zur Potentialtrennung zwischen dem Montagerahmen 6 und den Stromschienen 84,86, 88 und 98,100 und zur Abstützung dieser Stromschienen 84 bis 100 angebracht.

In der FIG 4 ist die montierte linke Seite der Stromrichter- einheit 2 dargestellt. Dieser Darstellung kann entnommen wer- den, dass die Platte 102 ebenfalls Distanzstücke 104 auf- weist, mit denen die freien Enden der Stromschienen 84,86 und 88 fixiert werden. Neben diesen Distanzstücken 104 ist auch noch eine Montagehilfe 106 vorgesehen. Ferner weist der untere Teil der Stromrichtereinheit 2 eine Abdeckplatte 108 auf, mit der der Bereich der Zwischenkreis-Kondensatorbatte- rie verschlossen ist. Damit ist der Montagerahmen 6 zu einem Kühlmittelkanal vervollständigt worden.

Die FIG 5 zeigt ein Stromrichtergerät 110 in einer Explo- sionsdarstellung, das aus einer Stromrichtereinheit 2 gemäß FIG 2, einer Lüftereinheit 112 von dem aus Übersichtlich- keitsgründen nur der Lüfter 142 dargestellt ist, einer Elekt- ronikeinheit 114 und einem Grundrahmen 4 besteht. In diesem Grundrahmen 4 sind diese Teile 2,142 und 114 eingeschoben.

Dazu weist dieser Grundrahmen 4 verschiedene Führungsschienen auf. Der Grundrahmen 4 besteht aus einer Seitenwand 116 und einer Rückwand 118, die miteinander rechtwinklig verbunden sind. Ferner ist diese Rückwand 118 mit einer rechtwinkligen Montageleiste versehen. Diese Seitenwand 116 weist an seiner Innenseite zwei Führungsschienen 120 und 122 auf, die zur Aufnahme des Lüfters 142 der Elektronikeinheit 114 beabstan- det zueinander angeordnet sind. An der Rückwand 118 dieses Grundrahmens 4 sind einerseits ein Tragrahmen 124 und ande- rerseits zwei Verriegelungsstreben 126 und 128 angeordnet, wobei die Strebe 128 als Blende ausgeführt ist. Der Tragrah- men 124 weist auf seiner Unterseite zwei seitliche Führungs- nuten zur Aufnahme des Lüfters 142 der Lüftereinheit 112 auf, wogegen auf seiner Oberseite frontseitig zwei Anschlagbleche 130 vorhanden sind. Außerdem wird dieser Tragrahmen 124 ein- seitig mittels eines Seitenblechs 132 über seine gesamte Tie- fe abgestützt, wobei die andere Seite nur mittels einer Stüt- ze 134 abgestützt wird. Zur Befestigung des Tragrahmens 124 an der Rückwand 118 des Grundrahmens 4 weist dieser Tragrah- men 124 einen Befestigungsflansch 136 auf, der über die ge-

samte Tiefe des Tragrahmens 124 mit dem linken Holm 138 des Tragrahmens 124 verbunden ist. Dieser Befestigungsflansch 136 unterstützt gleichzeitig die Führung der Stromrichtereinheit 2 beim Einschieben dieser Stromrichtereinheit 2. Damit das Handhabungsmittel 50 der Stromrichtereinheit 2 im eingescho- benen Zustand eine frontseitige Querstrebe bilden kann, ist die Rückwand 118 im Steckbereich der Stromrichtereinheit 2 mit einem Distanzstück 140 versehen.

In der FIG 6 ist das Stromrichtergerät 110 im montierten Zu- stand dargestellt. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass der Lüfter 142 der Lüftereinheit 112 direkt unter der Strom- richtereinheit 2 eingeschoben ist, wobei die Elektronikein- heit 114 neben dieser Stromrichtereinheit 2 eingeschoben ist.

Weitere Teile der Lüftereinheit 112 werden in dem Bereich un- terhalb des Lüfters 142 platziert. In diesem montierten Zu- stand bilden das Seitenblech 132 und die Zwischenkreis-Ver- schienung 58 der Stromrichtereinheit 2 eine teilweise Abde- ckung des Stromrichtergerätes 110 nach rechts. Nach links und nach hinten ist das Stromrichtergerät 110 mittels der Seiten- wand 116 und der Rückwand 118 verschlossen. Aus diesem Grund besteht nur zwischen der Stromrichtereinheit 2 und der Sei- tenwand 116 genügend Platz für die Aufnahme der Elektronik- einheit 114. An dieser Stelle ist die Elektronikeinheit 114 seitwärts von zwei Blechen, nämlich der Seitenwand 116 des Stromrichtergerätes 110 und der Abdeckplatte 108 der Strom- richtereinheit 2 eingerahmt, die damit diese Elektronikein- heit 114 abschirmen. Die Lüftereinheit 112 weist neben den Lüfter 142 auch noch einen Lüftertransformator 144 mit seinen Sicherungen auf. Damit der Lüfter 142 mit seiner Versorgungs- spannung bei verschiedenen Spannungsklassen betrieben werden kann, ist als Lüftertransformator 144 ein Transformator mit mehreren primärseitigen Anzapfungen erforderlich. Aus Kosten- gründen wird ein AC-Lüfter anstelle eines DC-Lüfters verwen- det. Wegen der verwendeten doppelseitig bestückbaren Kühlkör- per 12 und 14 ist beispielsweise ein relativ druckstarker Lüfter 142 erforderlich. Dieser Lüfter 142 kann als Radial-

lüfter oder als Trommelläufer ausgebildet sein. Damit eine Forderung nach möglichst geringen Schalldruckpegel auch ein- gehalten werden kann, wird als Lüfter ein vierpoliger Lüfter 142 verwendet. Ein derartiger Lüfter hat beispielsweise eine Drehzahl von etwa 1400 1/min. Vorteilhafter Weise wird als AC-Lüfter ein Drehstromlüfter vorgesehen, wodurch die Dreh- zahl des Lüfters bei 60Hz Betrieb auf dem Niveau von 50Hz gehalten werden kann. Dadurch ist die Geräuschemission in beiden Betriebspunkten gleich. Bei 1-phasigen Lüftern ist dies nicht möglich, da die dabei anfallende Verlustleistung überproportional groß wird und damit teure Motoren zur Folge haben.

Die Elektronikeinheit 114 umfasst eine Interface-Baugruppe 146, eine Regelungsbaugruppe, eine Stromversorgungsbaugruppe 148 und eine Bedieneinheit 150. Die Regelungsbaugruppe um- fasst eine feldorientierte Regelung und einen pulsweiten Mo- dulator, an dessen Ausgängen die Steuersignale anstehen. Die Interface-Baugruppe 146 ist als Identifizierungskarte bzw. als Ausweiskarte der Stromrichtereinheit 2 ausgestaltet, wo- durch die Regelungsbaugruppe erfährt, welche Leistungsteile in der Stromrichtereinheit 2 angeordnet sind. Somit gehört diese Interface-Baugruppe 146 zur Stromrichtereinheit 2, die wegen Trennung von Signalelektronik und Leistungselektronik in der Elektronikeinheit 114 untergebracht ist.

In der FIG 7 ist ein Blockschaltbild des Stromrichtergerätes 110 nach der FIG 6 näher dargestellt. Dieses Blockschaltbild weist ein weiteres Blockschaltbild der Stromrichtereinheit 2 auf, das wegen seiner Ausgestaltung auch als Powerblock be- zeichnet wird. Bei dem in der FIG 6 dargestellten Stromrich- tergerät 110 handelt es sich um ein Grundgerät. In diesem Blockschaltbild des Stromrichtergerätes 110 ist von der Elektronikeinheit 114 nur die Interface-Baugruppe 146 und die Stromversorgungsbaugruppe 148 dargestellt. Zur Lüftereinheit 112 gehört neben dem Lüfter 142 und dem Lüftertransformator 144 auch noch eine Lüfterelektronikbaugruppe 152. Diese Lüf-

terelektronikbaugruppe 152 überprüft das Drehfeld der Lüfter- versorgungsspannung auf der Sekundärseite des Lüftertransfor- mators 144. Wenn bei der Aufstellung des Stromrichtergerätes 110 kein Rechts-Drehfeld angeschlossen worden ist, wird auf der Lüfterelektronikbaugruppe 152 eine Phasendrehung durchge- führt. Diese Phasendrehung findet während des Einschaltvor- gangs nach dem Hochlauf der Stromversorgungsbaugruppe 148, bei nicht eingeschaltetem Lüfter 142, statt. Außerdem befin- det sich auf dieser Lüfterelektronikbaugruppe 152 Lüfterre- lais zum Ein-und Ausschalten des Lüfters 142. Versorgt wird diese Lüfterelektronikbaugruppe 152 von der Stromversorgungs- baugruppe 148. Diese Lüfterelektronikbaugruppe 152 wird im Bereich des Lüftertransformators 140 angeordnet, der sich un- ter dem Lüfter 142 befindet. Da in diesem Bereich mit einer erhöhten Verschmutzung zu rechnen ist, ist diese Lüfterelekt- ronikbaugruppe 152 für einen Verschmutzungsgrad 3 ausgelegt.

Dem Blockschaltbild der Stromrichtereinheit 2 ist zu entneh- men, dass diese einen Gleichrichter und einen Wechselrichter aufweist, die gleichspannungsseitig mittels der Zwischen- kreis-Kondensatorbatterie 10 miteinander verknüpft sind. Da diese Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 aus mehreren Kon- densatoren 38 aufgebaut ist, weist diese Kondensatorbatterie 10 auch noch Symmetrierungs-Widerstände auf, die hier durch ein elektrisches Ersatzschaltbild veranschaulicht sind. Der Gleichrichter besteht aus einer vollgesteuerten Thyristorbrü- cke in B6-Schaltung. Die Ansteuerung der Thyristoren erfolgt über die Ansteuerbaugruppe 76. Diese Ansteuerbaugruppe 76 dient der Vorladung der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 und zur Erzeugung von Zündimpulsen für die Thyristoren bei AC/AC-Geräten. Ferner wurde in dieser Ansteuerbaugruppe eine Netzüberspannungsschutzschaltung integriert. Diese soll das Stromrichtergerät 110 gegen kurze Uberspannungspieks schüt- zen. Weiterhin ist in dieser Ansteuerbaugruppe 76 die Grund- entstörung integriert. D. h., die Masseverbindung dieses Schaltungsteils kann bei Betrieb in internationalen Netzen

leicht, durch Lösen einer von vorn zugänglichen Schraube, entfernt werden.

Auf dieser Ansteuerbaugruppe 76 befinden sich neben sechs An- steuerungen für die Thyristoren auch ein Hilfsgleichrichter für die Vorladung der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10.

Außerdem ist auf dieser Baugruppe 76 eine Schaltung zur Pha- senausfallerkennung der Netzspannung vorhanden. Bei Fehlen einer Netzphase erhält die Steuerelektronik über die Inter- face-Baugruppe 146 ein Fehlersignal. Die Ansteuerungen für die Thyristoren erhalten von einem Modulator der Regelungs- baugruppe über die Interface-Baugruppe 146 ein Freigabesig- nal. Die Ansteuerung sorgt dafür, dass die Thyristoren je- weils zum natürlichen Zündzeitpunkt gezündet werden. Der Thy- ristorgleichrichter wirkt dann praktisch wie ein umgesteuer- ter Gleichrichter.

Mit der vollgesteuerten Brücke ergibt sich die Möglichkeit eine ausgangsseitige Erdschlussfestigkeit auch beim Zuschal- ten des Gerätes zu erreichen. Bei einer halbgesteuerten Gleichrichter-Brücke könnte sich ein Erdschluss über die Netzdioden, den Zwischenkreis und die Freilaufdioden im Wech- selrichter schließen. Durch Wegschalten des Freigabesignals wird der Hauptstrompfad gesperrt und der Strom durch die Vor- ladewiderstände begrenzt. Voraussetzung hierfür ist eine Kon- trolle der Ausgangsströme auf nicht Vorhandensein im Stand- by-Betrieb. Mit dem Wegschalten des Freigabesignals muss zum Schutz der Vorladewiderstände eine Störmeldung abgesetzt und das Gerät spannungsfrei geschaltet werden.

Da der Gleichrichter stets mit a = 0° betrieben wird, ist eine herkömmliche TSE-Beschaltung nicht erforderlich. Da die Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 induktivitätsarm mit dem Gleichrichter 72 verbunden ist, d. h., im Spannungszwischen- kreis sind keine Drosseln angeordnet, wirkt diese spannungs- begrenzend. Die Funktion einer Beschaltung wird durch die

Vorladewiderstände in Verbindung mit dem Vorladegleichrichter und dem hierzu parallel geschalteten Kondensator übernommen.

Die mechanische Größe des Montageraums 6 wird durch die ein- gesetzten Leistungsmodule, insbesondere IGBT-Module, im Wech- selrichter bestimmt. Vorteilhafter Weise werden IGBT-Module in der Bauform Six-Pack verwendet. Ein derartiges Modul zeichnet sich durch seine kostengünstige Aufbauform und durch die Six-Pack-Anordnung der einzelnen Schalter aus. Der Wech- selrichter kann mit einem, zwei oder drei Six-Packs aufgebaut werden. Wird nur ein Six-Pack verwendet, so besitzt der Wech- selrichter nur eine Ansteuerung. Werden zwei Six-Packs ver- wendet, die gleichspannungsseitig elektrisch parallel ge- schaltet sind, werden die drei Phasen U, V und W des Wechsel- richters gebildet. Die zugehörige Ansteuerbaugruppe 32 ver- bindet beide Module 18 und 20. Werden drei Six-Packs gleich- spannungsseitig parallel geschaltet, bildet jedes Six-Packs- Modul ein Phasenmodul des Wechselrichters. Jedes Phasenmodul weist eine eigene Ansteuerung auf, die jeweils auf einer An- steuerbaugruppe bzw. auf einer einzigen Ansteuerbaugruppe 32 integriert sind.

In der FIG 8 ist ebenfalls ein Blockschaltbild eines Strom- richtergerätes 110 dargestellt, das sich vom Blockschaltbild nach FIG 7 dadurch unterscheidet, dass im Blockschaltbild der Stromrichtereinheit 2 kein Gleichrichter mit zugehöriger An- steuerbaugruppe 76 mehr vorhanden ist. Bei diesem Grundgerät handelt es sich um ein Wechselrichtergerät. Derartige Wech- selrichtergeräte werden beispielsweise bei einem Mehrmotoren- Antriebssystem verwendet, wobei jeder Motor von einem Wech- selrichtergerät gespeist wird und alle Wechselrichtergeräte aus einer gemeinsamen Gleichspannungsversorgung versorgt wer- den. Die zugehörige Stromrichtereinheit 2 unterscheidet sich von der Stromrichtereinheit 2 des Stromrichtergerätes 110 nach FIG 7 dadurch, dass auf der linken Seite des bzw. der Kühlkörper 12 und 14 keine Leistungshalbleiter 72 montiert sind. Dadurch entfallen auch alle Teile dieser linken Seite,

die in der Explosionsdarstellung gemäß FIG 3 veranschaulicht sind. Damit diese Stromrichtereinheit 2 an einer Gleichspan- nungsversorgung angeschlossen werden kann, müssen die beiden Gleichspannungspotentiale der Zwischenkreis-Kondensatorbat- terie 10 mittels der Stromschienen 98 und 100 aus der Strom- richtereinheit 2 herausgeführt werden. Ansonsten besteht kein Unterschied zwischen diesen beiden Stromrichtergeräten 110 nach den FIG 7 und 8.

In den FIG 9 und 10 sind eine und dieselbe Stromrichterein- heit 2 mit Blick auf die linke und auf die rechte Seite die- ser Stromrichtereinheit 2 dargestellt. Bei dieser Stromrich- tereinheit 2 handelt es sich um einen Gleichrichter, der in den zuvor beschriebenen Powerblock-Konzept aufgebaut ist. Das Powerblock-Konzept ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Montagerahmen 6 eine Kühleinrichtung 8 und darunter eine Zwi- schenkreis-Kondensatorbatterie 10 angeordnet sind. Durch die Funktion der Stromrichtereinheit 2 als Gleichrichter sind bei dieser Stromrichtereinheit 2 neben den Leistungshalbleitern 72, der Ansteuerbaugruppe 76, der Zwischenkreis-Verschienung 58 der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 noch Halbleiter- sicherungen 156 angeordnet. Außerdem ist die Zwischenkreis- Kondensatorbatterie 10 nicht auf der rechten Seite, sondern auf der linken Seite dieser Stromrichtereinheit 2 eingescho- ben. Die Vorladewiderstände Rv sind bei dieser Ausführungs- form der Stromrichtereinheit 2 auf der rechten Seite auf der Abdeckplatte 108 angeordnet, die bei dieser Stromrichterein- heit 2 die gesamte rechte Seite des Montagerahmens 6 ver- schließt.

Gemäß dem Blockschaltbild dieser Stromrichtereinheit 2 nach FIG 11 ist der Gleichrichter als eine Sechspuls-Drehstrom- brückenschaltung aufgebaut. Soweit möglich werden Thyristor- module eingesetzt, wogegen bei größeren Leistungen Diodenmo- dule verwendet'werden. Thyristorgleichrichter haben den Vor- teil, dass sie kein Hauptschütz und beim Spannungshochlauf keine Hilfsstromversorgung benötigen. Sie sind daher kosten-

günstiger als ein Diodengleichrichter mit Hauptschütz. Zur Ansteuerung der Thyristoren wird die Ansteuerbaugruppe 76 verwendet auf der noch ein Hilfsgleichrichter 158 für die Vorladung untergebracht ist. Die Vorladung der Zwischenkreis- Kondensatorbatterie 10 geschieht über je ein Widerstand Rv im Plus-und im Minuszweig der Zwischdnkreis-Kondensatorbatterie 10. Der Hilfsgleichrichter 158 (B6-Diodenbrücke) auf der An- steuerbaugruppe 76 speist die Zwischenkreis-Kondensatorbat- terie 10 aus dem Netz über die Vorladewiderstände Rv. Die Vorladeschaltung ist so dimensioniert, dass eine Zwischen- kreis-Gesamtkapazität CzK in Höhe der 4-fachen Gleichrichter- Zwischenkreis-Kapazität geladen werden kann. Zusätzlich fließt auch noch der Strom, der durch die Symmetriewiderstän- de Rsym verursacht wird, über den Vorladekreis. Die Vorladewi- derstände Rv sind für eine Vorladezeit von beispielsweise 3,5 sec ausgelegt. Dabei wird angenommen, dass sich die Zwischen- kreis-Kondensatorbatterie 10 in diesen Zeitraum auf 95 % des Netzspannungsscheitelwertes auflädt.

In den FIG 12 bis 15 sind mehrere Kombinationen von Strom- richtereinheiten 2 dargestellt. Gemäß der FIG 12 sind zwei Stromrichtereinheiten 2 mit zugehörigen Lüftereinheiten 112 und einer Elektronikeinheit 114 in einem Rahmen, von dem aus Übersichtlichkeitsgründen nur die Rückwand 160 dargestellt ist, angeordnet. Eine Stromrichtereinheit 2 enthält einen Gleichrichter und eine Phase eines Wechselrichters, wobei die zweite Stromrichtereinheit 2 zwei weitere Phasen des Wechsel- richters aufweist. Somit stellt diese Kombination der beiden Powerblöcke 2 eine AC/AC-Stromrichteranordnung dar.

In der FIG 13 sind ebenfalls zwei Stromrichtereinheiten 2 zu- sammen mit korrespondierenden Lüftereinheiten 112 und einer Elektronikeinheit 114 an einer Rückwand 160 angeordnet. Bei dieser Anordnung weist der rechte Powerblock 2 zwei Phasen eines Wechselrichters auf, wogegen die dritte Phase dieses Wechselrichters vom linken Powerblock 2 realisiert ist. Somit

stellt diese Kombination zweier Powerblöcke 2 eine DC/AC- Stromrichteranordnung dar.

Bei größeren Leistungen wird jede Wechselrichterphase durch einen Powerblock 2 realisiert. Damit man eine DC/AC-Strom- richteranordnung erhält, müssen drei Powerblöcke 2 und eine Elektronikeinheit 114 gemeinsam an einer Rückwand 160 gemäß FIG 14 nebeneinander angeordnet werden. Dabei weist jeder Po- werblock 2 eine Lüftereinheit 112 auf.

Soll diese DC/AC-Stromrichteranordnung zu einer AC-AC-Strom- richteranordnung erweitert werden, so muss nur ein weiterer Powerblock 2 hinzugefügt werden. Dieser Powerblock 2 ist dann gemäß FIG 9 ausgebildet. In der FIG 15 ist der weitere Power- block 2 (Gleichrichter) nicht vollständig dargestellt. Auch hier weist jeder Powerblock 2 eine eigene Lüftereinheit 112 auf.

Die dargestellten Kombinationsmöglichkeiten stellen keine ab- schließende Aufzählung dar. Die Anzahl der zu kombinierenden Stromrichtereinheit 2, hängt von der Leistung der zu erstel- lenden Stromrichteranordnung und von deren Ausführungsform (Umrichter, Wechselrichter, Mehrmotoren-Antriebssystem) ab.

Unabhängig von der Anzahl der zu kombinierenden Powerblöcke 2 wird jedoch bei allen Powerblöcken 2 dieselbe Kühleinrichtung verwendet.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Stromrichterein- heit 2 im Zusammenhang mit der der Stromrichtereinheit 2 zu- geordneten Lüftereinheit 112 kann eine durchgängige kostenmi- nimierte Gerätereihe über einen weiten Leistungsbereich auf- gebaut werden, wobei jedes Gerät modular aufgebaut ist.

Anstelle der Luftkühlung kann auch eine Wasserkühlung vorge- sehen sein, wodurch sich am Prinzip Powerblock 2 bzw. Kombi- nation mehrerer Powerblöcke 2 nichts ändert. Bei der Umstel- lung von Luftkühlung auf Wasserkühlung werden ebenfalls die

Kondensatoren 38 der Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 10 mit Wasser gekühlt. Eine Ausführungsform einer derartigen Konden- satorkühlung ist in der nationalen Patentanmeldung mit dem internen Aktenzeichen 2001P19990 DE näher beschrieben. Ein besonders vorteilhafter Kühlkörper, deren Kühlrippen hin- sichtlich des Gegendrucks optimiert sind, ist in der nationa- len Patentanmeldung mit dem internen Aktenzeichen 2001P19991 DE beschrieben.