Flüssigkeitsgekühlter Leistungswiderstand und dessen Verwendung

Abstract

 Ein flüssigkeitsgekühlter Leistungswiderstand enthält wenigstens einen Widerstandsleiter (11), der in einem geschlossenen Gehäuse (1) direkt in als Kühlflüssigkeit verwendetem entionisiertem Wasser angeordnet ist. Der Widerstandsleiter (11) ist zweckmässig in Blenden (9) befestigt, die nicht nur als Halterungen des Widerstandsleiters (11) dienen, sondern auch die Kühlflüssigkeit umlenken. Der Widerstandsleiter (11) ist normalerweise an zwei Anschlussstifte (12, 13) angeschlossen. Man kann auch einen dritten Anschlussstift verwenden, der die Mitte des Widerstandsleiters anzapft, so dass man zwei ohmsche Werte des Leistungswiderstandes zur Verfügung hat.
Der Leistungswiderstand sichert eine wirksame und gleichmässige Wärmeabfuhr und weist eine hohe Wärmekapazität auf. Die Anordnung ist induktivitätsarm. Der Leistungswiderstand ist insbesondere zur Beschaltung von Thyristoren in Stromrichteranlagen geeignet.

Beschreibung

[0001] ₁ Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssgkeitsgekühlten Leistungswiderstand mit wenigstens einem im Gehäuse angeordneten Widerstandsleiter und auf eine Verwendung des flüssigkeitsgekühlten Leistungswiderstandes.

[0002] Flüssigkeitsgekühlte Widerstände sind an sich bekannt. Ein Widerstand der eingangs genannten Art ist im Prospekt "Flüssigkeitsgekühlter Widerstand Typ HS600" der Firma CGS, England, undatiert, beschrieben und dargestellt. Der Widerstandsleiter besteht aus einer Kupfer-Nickel- oder Chrom-Nickel-Legierung und ist auf einem Keramikkern gewickelt. Der walzenförmige Keramikkern ist in einem Aluminiumgehäuse gelagert, in welchen eine Edelstahlkühlschlange eingegossen ist. Dieser Widerstand weist also eine indirekte Wärmeabfuhr auf. Um die Eigenzeitkonstante so gering wie möglich zu halten, wird die Anzahl der Wicklungen des Widerstandsdrahtes auf ein Minimum beschränkt.

[0003] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen flüssigkeitsgekühlten Leistungswiderstand zu schaffen, der eine gute Wärmeabfuhr und somit eine hohe Belastbarkeit aufweist und der konstruktiv einfach ist. Die Anordnung des Widerstandsleiters soll induktivitätsarm sein.

[0004] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die direkte Anordnung des Widerstandsleiters in der Kühlflüssigkeit, vorzugsweise im entionisierten Wasser, eine wirksame und gleichmässige Wärmeabfuhr sichert, wobei die Wärmekapazität verhältnismässig hoch ist. Weil man den Widerstandsleiter nicht mehr starr z.B. auf einen Keramikkörper befestigen muss, ist auch die Materialwahl wesentlich erleichtert. Bei der erfindungsgemässen Lösung können auch grosse Unterschiede der Wärmedehnungskoeffizienten des Widerstandsleiters und dessen Halterungen keine mechanische Beschädigungen während der Erwärmung verursachen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass man z.B. durch serpentinartige oder mäandrische Anordnung des Widerstandsleiters eine induktivitätsarme Lösung erreichen kann.

[0005] Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsmöglichkeiten näher erläutert.

[0006] Es zeigt:

Fig. 1 einen vereinfacht gezeichneten Längsschnitt durch eine erste beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen flüssigkeitsgekühlten Leistungswiderstandes mit einem an zwei Anschlussstifte angeschlossenen Widerstandsleiter,

Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. l,

Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 2 und

Fig. 4 eine zweite beispielsweise erfindungsgemässe Ausführungsform, bei welcher die Mitte des Widerstandsleiters an einen Anschlussstift und die Enden des Widerstandsleiters an zwei weitere, in dieser Figur 4 dargestellte Anschlussstifte angeschlossen sind.

[0007] Gemäss Fig. 1 besteht ein Gehäuse 1 aus einem Zylinder 2, der mit zwei Flanschen 2' versehen ist, und aus einer oberen Deckplatte 3 und einer.unteren Deckplatte 4. Die Flansche 2' sind in Quadratform ausgebildet, so dass ihre Ecken den Zylinder 2 überragen und zur Verbindung mit den Deckplatten 3, 4 mittels Befestigungsschrauben 5 dienen. Das geschlossene Gehäuse 1 ist mit zwei Anschlüssen 6 für entionisiertes Wasser versehen, wobei im unteren Anschluss 6 eine Eintrittsbohrung 7 und im oberen Anschluss 6 eine Austrittsbohrung 8 vorgesehen sind. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtung. Im Inneren des Gehäuses 1 sind vier Blenden 9 befestigt. Sie lassen wechselweise links und rechts je einen Durchflussquerschnitt 10 frei und dienen zur Ablenkung des entionisierten Wassers. Sie sind mit Bohrungen 15 versehen, die in Fig. 2 dargestellt sind. Durch diese Bohrungen 15 ist serpentinartig ein Widerstansleiter 11 geführt, so dass die Blenden 9 gleichzeitig als Halterungen für den Widerstandsleiter 11 verwendet sind. In der oberen Deckplatte 3 ist ein oberer Anschlussstift 12 und in der unteren Deckplatte 4 ein unterer Anschlussstift 13 eingesetzt. Beide Anschlussstifte 12, 13 sind mit Muttern 14 fixiert und ihre äusseren Teile bilden die elektrischen Anschlüsse. Der innere Teil des oberen Anschlussstiftes 12 ist mit oberem Ende 16 des Widerstandsleiters 11 und der innere Teil des unteren Anschlussstiftes 13 ist mit unterem Ende 17 des Widerstandsleiters 11 elektrisch und mechanisch verbunden. In diesem Beispiel sind die Enden 16, 17 des Widerstandsleiters 11 in die inneren Teile der Anschlussstifte 12, 13 eingepresst. Man kann selbstverständlich auch eine andere an sich bekannte Art der Verbindung verwenden, z.B. Löten, Schweissen oder Verschrauben. Im gezeigten Beispiel besteht der Zylinder 2 mit den Flanschen 2' aus Aluminium. Die Deckplatten 3, 4 sind aus Polypropylen hergestellt. Die Anschlussstifte 12 und 13 sind also gegenseitig elektrisch isoliert. Der Widerstandsleiter 11 besteht aus einer Chrom-Nickel-Legierung, die Anschlussstifte 12, 13 aus Kupfer, die Blenden 9 aus Polypropylen. Das als Kühlflüssigkeit verwendete entionisierte Wasser läuft durch den Leistungswiderstand und wird im Bypassbetrieb dauernd aufbereitet. Es können auch andere an sich bekannte Kühlflüssigkeiten Verwendung finden, z.B. Oel. Selbstverständlich kann man auch andere Metalle, Legierungen und Kunststoffe für die Konstruktion des Leistungswiderstandes verwenden. Wenn der Zylinder 2 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt wird, sollten die Deckplatten 3, 4 aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt werden. Wenn das Gehäuse 1 voll aus Metall besteht, muss man die Anschlussstifte 12, 13 in die Deckplatten 3, 4 isolierend einsetzen.

[0008] Die Bezugszahlen von Fig. 1 gelten für gleiche Teile auch in den weiteren Figuren.

[0009] In Fig. 2 ist der Schnitt II-II aus Fig. 1 gezeigt. Man sieht die obere Blende 9 und rechts von dieser Blende 9 den freien Durchflussquerschnitt 10. Es ist dargestellt, wie die Schlingen des Widerstandsleiters 11 oberhalb der Blende 9 verlaufen. Rechts oben befindet sich der Teil (17) des Widerstandsleiters 11, der direkt mit dem unteren Ende 17 des Widerstandsleiters 11 verbunden ist, links unten ist ein Schnitt durch das obere Ende 16 des Widerstandsleiters 11 gezeigt. Die Schlingen des Widerstandsleiters 11 verhindern eventuelle mechanische Beschädigungen während der Wärmedehnungen. Die Bohrungen 15 in den Blenden 9 sind grösser als der Querschnitt des Widerstandsleiters 11. Diese Lösung weist mehrere Vorteile auf. Die Montage des Widerstandsleiters 11 ist einfacher, der Widerstandsleiter 11 kann während der Wärmedehüngen in den Bohrungen 15 gleiten und ist auch - in diesen Stellen gut gekühlt, weil kleine Teile der Kühlflüssigkeit durch diese Bohrungen 15 strömen können.

[0010] Fig. 3 stellt den Schnitt III-III aus Fig. 2 dar. In dieser Figur 3 ist die Führung des Widerstandsleiters 11 senkrecht zu der Führung dargestellt, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist. Wegen der Anschaulichkeit ist der Widerstandsleiter 11 in den Figuren 1 und 3 in einer Ebene gezeichnet. Die räumliche Verteilung ist aus der Figur 2 sichtbar.

[0011] In Fig. 4 ist die obere Deckplatte 3 einer anderen beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Diese Konstruktion entspricht im wesentlichen derjenigen gemäss Fig. 1 bis 3 mit dem Unterschied, dass in der oberen Deckplatte 3 zusätzlich zu dem schon beschriebenen oberen Anschlussstift 12 ein zweiter oberer Anschlussstift 12' eingesetzt ist. Mit diesen Anschlussstiften 12, 12' sind beide Enden des Widerstandsleiters 11 verbunden, wobei die Mitte des Widerstandsleiters 11 mit dem schon ebenfalls beschriebenen, in dieser Figur 4 nicht sichtbaren, unteren Anschlussstift 13 verbunden ist. Auf diese Weise sind im Gehäuse 1 zwei Teile des Widerstandsleiters 11 vorhanden, die man entweder in Serie zwischen den Anschlussstiften 12 und 12' oder parallel zwischen dem unteren Anschlussstift 13 und den kurzgeschlossenen Anschlussstiften 12 und 12' schalten kann. Diese Variante gibt die Möglichkeit, zwischen zwei verschiedenen Widerstandswerten zu wählen.

[0012] Der erfindungsgemässe flüssigkeitsgekühlte Leistungswiderstand ist insbesondere zur Beschaltung von Leistungsthyristoren in Stromrichteranlagen geeignet.

B e z e i c h n u g s l i s t e

[0013] 

1 Gehäuse

2 Zylinder

2' Flansche des Zylinders 2

3 obere Deckplatte

4 untere Deckplatte

5 Befestigungsschrauben

6 Anschlüsse für Kühlflüssigkeit

7 Eintrittsbohrung

8 Austrittsbohrung

9 Blenden

10 Durchflussquerschnitt

11 Widerstandsleiter

12 oberer Anschlussstift

12' zweiter oberer Anschlussstift

13 unterer Anschlussstift

14 Muttern

15 Bohrungen in den Blenden 9

16 oberes Ende des Widerstandsdrahtes 11

17 unteres Ende des Widerstandsdrahtes 11

Ansprüche

1. Flüssigkeitsgekühlter Leistungswiderstand mit wenigstens einem im Gehäuse (1) angeordneten Widerstandsleiter (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsleiter (11) innerhalb eines geschlossenen Gehäuses (1) direkt in einer Kühlflüssigkeit angeordnet ist.

2. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsleiter (11) induktivitätsarm in wenigstens zwei Abschnitten mit wechselnder Stromflussrichtung angeordnet ist.

3. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnnet, dass im Gehäuse (1) wenigstens zwei Blenden (9) befestigt sind, die Bohrungen (15) zum Durchziehen des Widerstandsleiters (11) aufweisen und somit Halterungen des Widerstandsleiters (11) bilden.

4. Leistungswiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (15) in den Blenden (9) grösser sind als der Querschnitt des Widerstandsleiters (11).

5. Leistungswiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Gehäuse (1) befestigten Blenden (9) nur einen Teil des Querschnittes des Gehäuses (1) absperren, wobei die freien Durchflussquerschnitte (10) des Gehäuses (1) für die Kühlflüssigkeit zur Ablenkung der Kühlflüssigkeit gegenseitig versetzt sind.

6. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsleiter (11) mit seiner Mitte an einen Anschlussstift (13) und mit seinen Enden (16) je an einen weiteren Anschlussstift (12, 12') angeschlossen ist.

7. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) wenigstens einen elektrisch isolierenden Teil enthält.

8. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit durch entionisiertes Wasser gebildet ist.

9. Verwendung des Leistungswiderstandes nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Beschaltung von Thyristoren in Stromrichteranlagen.

Zeichnung