Reihenschaltungsanordnung von Leistungshalbleitern In Reihenschaltungsanordnungen von Leistungshalbleitern, beispielsweise in sogenannten Hochspannungsgleichspannungsüber- tragungskonvertern (HGÜ) wird ein Kühlkreislauf eingesetzt, dessen lokale Potentialverteilung durch Steuerelektroden an die Spannung der elektrischen Komponenten in unmittelbarer Umgebung angepasst wird. Dies geschieht, um Teilentladungen zwischen den kühlwasserführenden Rohrleitungen aus Kunststoff und den elektrischen Komponenten zu verhindern. Ferner werden nach dieser Art und Weise Korrosionsströme niedrig gehalten, die durch Potentialdifferenzen zwischen dem Kühlwasser und den metallischen, mit dem Kühlwasser in Kontakt tretenden Anlagenkomponenten hervorgerufen werden. Da die Steuerelektroden sich im Laufe der Zeit mit mechanisch harten Belägen überziehen, die abplatzen und Kühlleitungen verstopfen können, müssen die Steuerelektroden bei der periodischen Anla- genabschaltung gereinigt bzw. ausgetauscht werden.

Herkömmliche Reihenschaltungsanordnungen weisen Kühlwasserverteilerleitungen auf, wobei ausgehend von einem Kühlwasserzulauf bzw. Kühlwasserablauf beidseitig Teilmodule von Rei- henschaltungen angeordnet sind und ein Bereich um den Kühlwasserzulauf herum aus konstruktiven Gründen in der Regel nicht mit entsprechenden Leistungshalbleiterbauelementen und Kühldosen bestückt ist. Zur Steuerung des Potentials in jedem dieser Teilmodule sind üblicherweise in jedem Teilmodul, beidseitig vom Kühlwasserzulauf bzw. Kühlwasserabfluss , je ^¬ weils zwei Steuerelektroden vorgesehen, die mit den beidseitig ersten Kühldosen verbunden sind, so dass das Potential im Zwischenraum, also im Bereich des Zulaufes auf dem Mittelwert aus den Potentialen an den Verteilerenden gehalten wird. So- mit sind in einer herkömmlichen Reihenschaltungsanordnung pro Kühlwasserverteilerleitung jeweils vier Steuerelektroden, bezogen auf jeweils zwei Kühlwasserverteilerleitungen also insgesamt acht Steuerelektroden vorgesehen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anzahl von Steuerelektroden in einer Reihenschaltungsanordnung von Leistungshalbleitern zu reduzieren und somit Kosten für den Wartungsaufwand einzusparen.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Reihenschaltungsanordnung von Leistungshalbleitern mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Reihenschaltungsanordnung von Leistungshalbleitern nach Patentanspruch 1 weist eine Kühlwasservorrichtung auf, die wiederum Kühldosen umfasst, an denen Leistungshalbleiter angeordnet sind. Diese Kühldosen stehen mit den Leistungshalb ^¬ leitern elektrisch leitend in Verbindung und sie dienen zur Kühlung dieser Leistungshalbleiter, in dem durch die Kühldosen ein Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, durchgeleitet wird. Ferner umfasst die Kühlwasserverteilungsvorrichtung mindestens zwei Kühlwasserverteilerleitungen, wobei eine erste Kühlwasserverteilerleitung einen Kühlwasserzulauf und eine zweite Kühlwasserverteilerleitung einen Kühlwasserabfluss aufweist. Die Kühldosen sind zwischen den Kühlwasservertei ^¬ lerleitungen bezüglich eines Kühlwasserstromes parallel ge ^¬ schaltet und es ist für jede Kühldose an jeder der beiden Kühlwasserverteilerleitungen eine Abzweigung vorgesehen, über die eine Verbindungsleitung zur Kühldose führt. Ferner ist in den Kühlwasserverteilerleitungen endseitig jeweils eine Steuerelektrode angeordnet. Da jede Kühlwasserverteilerleitung zwei Enden hat, sind für jede dieser Verteilerleitungen zwei Steuerelektroden vorgesehen. Die Erfindung zeichnet sich da- durch aus, dass für wenigstens einen Teil der Kühldosen die Abzweigungen an den Kühlwasserverteilerleitungen relativ zur Lage der jeweiligen Kühldose versetzt zu einer geometrisch kürzest möglichen Anbindung an die Kühlwasserverteilerleitungen angeordnet sind, so dass eine Potentialdifferenz zwischen den Kühldosen und den Abzweigungen minimiert ist.

Gegenüber dem Stand der Technik weist die beschriebene, er ^¬ findungsgemäße Reihenschaltungsanordnung pro Kühlwasserver- teilerleitung nur zwei Steuerelektroden auf. Pro Reihenschaltungsanordnung wird gegenüber dem Stand der Technik die Anzahl der Steuerelektroden halbiert, weshalb auch der Aufwand und die Kosten für die Wartung und die Aufrechterhaltung der Steuerelektroden erheblich reduziert werden.

In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Kühlwasserzulauf und der Kühlwasserabfluss bezüglich der Steuerelektro ^¬ den mittig an der Kühlwasserverteilerleitung angeordnet. Die Abzweigung der Kühldosen an den Kühlwasserverteilerleitungen sind in dieser Ausgestaltungsform bezüglich der jeweiligen Kühldose in Richtung des Kühlwasserzulaufes oder des Kühlwas ^¬ serablaufes versetzt angeordnet. Dabei kann es zudem zweckmä ^¬ ßig sein, dass eine erste Abzweigung einer ersten Kühldose direkt im Bereich des Kühlwasserzulaufes angebracht ist, da sich an dieser Stelle das Potential der beiden mittleren Kühldosen einstellt.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Kühlwasserverteilerlei ^¬ tungen durch die beschriebene Anordnung der versetzt ange- brachten Abzweigungen von Verbindungsleitungen zu den Kühldosen frei von weiteren Steuerelektroden sind, ausser den am Ende der Verteilerleitungen angebrachten .

Der geeignete Abstand zwischen dem Kühlwasserzulauf und der Abzweigung zu einer jeweiligen Kühldose kann durch folgende Beziehung ermittelt werden: n (L ₀ /n _max +Ll) Hierbei ist der Abstand Lo der Abstand zwischen dem Kühlwas ^¬ serzulauf und einer ersten Kühldose, der Abstand LI bezeich ^¬ net den konstanten Abstand aller weiteren Kühldosen zueinander und die Ziffer n ist die fortlaufende Anzahl der Kühldo ^¬ sen, wobei die erste Kühldose mit 0 beginnt und n _max die Ge- samtzahl der Halbleiter zwischen dem Kühlwasserzufluss und der endseitig angeordneten Steuerelektrode darstellt. Durch diese Formel wird ein diskreter Wert bestimmt, der auf einer Ableitung von den Werten Lo und LI nach dem Stand der Technik und der Anzahl der Kühldosen beruht. Dieser ist dazu geeignet, dem tatsächlichen, optimalen Abzweigungspunkt nahezukommen. Grundsätzlich wird die gleiche Wirkung erreicht, wenn der Abstand zwischen der endseitigen Steuerelektrode zu dem Kühlwasserzufluss (entspricht im Stand der Technik dem Ab ^¬ stand n _max * L i + L ₀ )in n _max - Abschnitte mit gleicher Länge unterteilt wird. Grundsätzlich ist es zweckmäßig, anschlie ^¬ ßend das optimale Potential in der Nähe dieses Punktes durch Messung zu ermitteln. Grundsätzlich basiert der angegebene Wert auf Messwerten und ist entsprechend mit einer Abweichung von +/- 5 % behaftet, so dass die entsprechende Abzweigung in dem genannten Intervall um den ermittelten Wert liegt.

Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfin- dung werden anhand der folgenden Figuren näher beschrieben. Dabei handelt es sich lediglich um exemplarische Ausgestal ^¬ tungsformen, die keine Einschränkung des Schutzbereiches darstellen. Für Merkmale mit derselben Bezeichnung, jedoch in anderer Ausgestaltungsform werden dabei dieselben Bezugszei- chen verwendet.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine Reihenschaltungsanordnung nach dem Stand der

Technik,

Figur 2 eine Reihenschaltungsanordnung von Leistungshalbleitern mit einer Kühlwasservorrichtung mit einer gegenüber dem Stand der Technik geänderten Abzwei- gungen/Verbindungen zwischen der Kühlwasserleitung und den Kühldosen und

Figur 3 eine graphische Darstellung des Potentialverlaufs in der Kühlwasserverteilungsvorrichtung.

In Figur 1 ist eine Darstellung einer herkömmlichen Reihenschaltungsanordnung von Leistungshalbleitern gegeben. Hierbei handelt es sich um eine Thyristorschaltung für eine Hochspan- nungsgleichspannungsübertragungsanlage (HGÜ-Anlage) . Dabei sind Kühlwasserverteilerleitungen 8 und 9 vorgesehen, wobei die Verteilerleitung 8 einen Kühlwasserzulauf 18 aufweist und die Verteilerleitung 9 einen Kühlwasserabfluss 20 aufweist. Bezüglich eines Kühlwasserstroms 10 sind Kühldosen 6 in der Kühlwasserverteilungsvorrichtung 2 parallel geschaltet. Die Kühldosen 6 wiederum sind elektrisch leitend mit Leistungshalbleitern 4 in Reihe geschaltet. An den jeweiligen Enden der Kühlwasserverteilerleitungen 8 und 9 sind Steuerelektro- den 16 vorgesehen. Die Steuerelektroden 16 dienen dazu, Teilentladungen zwischen den entsprechenden Rohrleitungen, insbesondere den Kühlwasserverteilerleitungen 8 und 9 sowie den Verbindungsleitungen 14 ^λ und den Kühldosen 6 zu verhindern. Ferner dienen die Steuerelektroden dazu, Korrosionsschäden so niedrig wie nötig zu halten, die durch Potentialdifferenzen zwischen dem Kühlwasser und den metallischen Anlagekomponenten, wie z.B. dem Aluminium von den Kühldosen 6, auftreten können . Ferner sind im Stand der Technik neben den endseitigen Steuerelektroden 16 Mittensteuerelektroden 16 vorgesehen, die bevorzugt an der Abzweigung von der Kühlwasserverteilerleitung 8, 9 zur jeweilig ersten Kühldose 7 angeordnet sind. Die Einstellung des Potentials im Kühlwasserkreislauf erfolgt dann so, dass das maximale bzw. minimale Potential bei den endseitigen Steuerelektroden 16 vorliegt und der Mittelwert aus diesen Potentialen an den Mittensteuerelektroden 16 vorliegt. Der gesamte Bereich zwischen den Mittenelektroden 16 liegt somit ebenfalls auf diesem Potentialmittelwert. Diese beschriebene Ausgestaltungsform zeigt den Stand der Technik .

Die in Figur 2 beschriebene Reihenschaltungsanordnung mit einer Kühlvorrichtung ist in weiten Teilen analog zu der Anord- nung gemäß Figur 1 und dem Stand der Technik ausgestaltet, sie weist aber zwei wesentliche Unterschiede auf. Zum einen wird auf die Mittensteuerelektroden 16 ^λ verzichtet, weshalb die hier beschriebene Anordnung lediglich die endseitigen Steuerelektroden 16 aufweist. Ferner sind die Abzweigungen 12 und die dazugehörigen Verbindungsleitungen 14 zu den Kühldosen 6 relativ zur Lage der jeweiligen Kühldose 6 teilweise versetzt angeordnet. Die Versetzung ist bezüglich einer geo- metrisch kürzest möglichen Anbindung 14 ^λ zu sehen, die exemplarisch und nicht vollständig in der Darstellung gestrichelt zu den zugehörigen Kühldosen 6 eingezeichnet sind.

Diese Maßnahme, also das Versetzen der Abzweigungen 12 an der Kühlwasserverteilerleitung 8 bzw. 9 bewirkt, dass die Potentialdifferenz im Verbindungsschlauch zwischen der jeweiligen Kühldose 6 bzw. 7 und dem Abzweigpunkt an der Kühlwasserverteilerleitung minimiert wird bzw . verschwindet . Dafür ist es zweckmäßig, eine Abzweigung 13 für eine erste Kühldose 7 di- rekt an dem Bereich des Kühlwasserzuflusses anzubringen, an dem der Potentialmittelwert herrscht, wie noch im Weiteren bei der Erläuterung der Figur 3 gezeigt wird. Die Abstände zwischen den weiteren Abzweigungen 12 erfolgen nun äquidis- tant bis zur endseitigen Steuerelektrode 16 und der dort ebenfalls angebrachten Abzweigung zur letzten Kühldose n _max . Dieser äquidistante Abstand zwischen den Abzweigungen 12 lässt sich mit der Beziehung L o/n _max +Ll ermitteln. Hierbei ist die Länge L o der Abstand zwischen der ersten Kühldose 7 und einer gedachten Mittelsenkrechten der Kühlwasserverteilerlei- tungen 8 und 9, die mit dem Bezugszeichen 25 versehen ist.

Der Abstand L i ist der äquidistante Abstand zwischen den ein ^¬ zelnen Kühldosen 6. Um den Abzweigungspunkt 12 ausgehend von der Mittelsenkrechten 20 auf der Kühlwasserverteilerleitung 8 bzw. 9 zu ermitteln, muss der genannte Ausdruck noch mit der laufenden Nummer n der Kühldosen multipliziert werden, wobei die erste Kühldose 7 den Wert n=0 erhält, die darauffolgende Dose den Wert n=l erhält.

In Figur 3 ist exemplarisch ein Verlauf von Spannungskurven 23 und 24 angegeben, wobei die X-Achse die Koordinate längs der Kühlwasserverteilerleitung 8 und 9 darstellt, gemessen in einer Einheit, die der Länge dieser Leitung gleich ist. Und der Nullpunkt der X-Achse mit der Mittelsenkrechten 25 in Fi- gur 2 zusammenfällt. Auf der Y-Achse ist die Spannung in Ein ^¬ heiten von Umax, der Gesamtspannung der Thyristorkette, aufgetragen . Die Gerade 23, die durch den Nullpunkt des Koordinatensystems verläuft, zeigt die Potentialkurve im Kühlwasserverteiler zwischen den beiden Steuerelektroden 16, die jeweils endsei- tig an jeder der Kühlwasserverteilerleitungen 8 oder 9 angeordnet sind. Die Kurve 24, die gestrichelt dargestellt ist, zeigt den Potentialverlauf, in der Reihenschaltung der Halb ^¬ leiterbauelemente 4 , wobei der Maximal- bzw. der Minimalwert jeweils die Spannung an der jeweils äußersten Kühldose n _max angibt. Strenggenommen verläuft diese Kurve eigentlich trep- penförmig, da das Potential über die Dicke einer Kühldose hinweg konstant ist und nur in der Sperrschicht des Halblei ^¬ terbauelementes auf den Wert der benachbarten Kühldose springt. Der Ort, bei dem die Kurve 23 den y-Wert Null er ^¬ reicht, spiegelt den Ort X' (0) der ersten Kühldose 7 wider, die auf dem Spannungsmittelwert der Thyristorkette liegt. Aus der Graphik ist an Hand der Kurve 23 zu erkennen, dass bei einem gleichen Abstand von der Mittelsenkrechten 25 in den Kühlwasserverteilerleitungen 8 und 9 ein anderes Potential vorliegt, als an der dazugehörigen Kühldose n bzw. an den dazugehörigen Hälften der benachbarten Halbleiterbauelemente. Dieser Unterschied ist graphisch durch die Linie AU darge ^¬ stellt. Möchte man erreichen, dass die Spannungsdifferenz am Verbindungsschlauch zwischen Kühlwasserverteilerabzweig und Kühldose verschwindet, muss man den Schlauchabzweig auf die x-Koordinate jenes Punktes auf der Kurve 23 legen der das Po- tential der Kühldose n besitzt. Auf diese Weise erhält man den Punkt X' (n) , an dem die Abzweigung 12 an der Verteilerleitung 8, 9 angeordnet sein muss, damit dieser Punkt dassel ^¬ be Potential aufweist, wie die dazugehörige Kühldose 6 am Ort X(n) . Der Abstand ΔΧ, der auf der linken Seite im negativen X-Bereich der Graphik dargestellt ist, ist dann der Abstand, um den die Abzweigung 12 in Richtung des Kühlwasserverteilermittelpunktes, also in Richtung der gestrichelten Linie 25, verschoben werden muss und zwar gemessen von dem Ort des Kühlwasserverteilers 8 bzw. 9, der von der entsprechenden Kühldose 6 den geringsten Abstand hat.