DE3835751A1

DE3835751A1 - Arrangement for reducing the inductance of conductors

Info

Publication number: DE3835751A1
Application number: DE19883835751
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Heinle; Joze Dipl Ing Jez
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-04-26

Abstract

The invention relates to an arrangement for reducing the inductance of conductors (2,4) which belong to a circuit (6). According to the invention, these conductors (2,4) are closely magnetically coupled with a short-circuit ring (18) made of an electrically conducting material. The result of this is that, in the case of conductors (2, 4) of a circuit (6) which are assigned to each other in arbitrary spatial arrangement, the effective inductance can be reduced. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Induktivitäts reduzierung von Leitern, die zu einem Stromkreis gehören.The invention relates to an arrangement for inductance reduction of conductors belonging to a circuit.

Aus der DE 36 09 065 A1 ist eine niederinduktive Verschienung mit mehreren aufeinandergeschichteten jeweils durch eine Isola tion voneinander elektrisch getrennten Stromschienen für eine schnelle in Modulbauweise aufgebaute Schaltungsanordnung be kannt. Diese in Modulbauweise aufgebaute Schaltungsanordnung besteht aus mehreren Stromkreisen mit gemeinsamen Bauelementen. Bei n Stromkreisen sind wenigstens n+1 Stromschienen vorgesehen, die Bauelemente der Stromkreise miteinander verbinden, wobei die beiden äußeren Stromschienen miteinander elektrisch lei tend verbunden sind. Dadurch enthält jeder der n Stromkreise eine Doppelschiene aus eng benachbarten Stromschienen, die je weils die entsprechenden Bauelemente der Stromkreise verbindet, wobei jeweils die Breite der Zwischenräume der Doppelschienen gleich groß sind. Die Eigeninduktivität jeder Doppelschiene kann durch Verbreitern der Stromschienen bei vorgegebenem Iso lationsabstand und vorgegebener Länge beliebig verringert wer den. Voraussetzung dieser niederinduktiven Verschienung ist es, daß die Hin- und Rückleiter jedes Stromkreises dieser in Modul bauweise aufgebauten Schaltungsanordnung eng benachbart sind.From DE 36 09 065 A1, a low-induction busbar system with a plurality of layers one on top of the other, each electrically isolated from one another by an insulation, is known for a fast, modularly constructed circuit arrangement. This circuit arrangement, built in modular construction, consists of several circuits with common components. If there are n circuits, at least n +1 busbars are provided which connect the components of the circuits to one another, the two outer busbars being electrically connected to one another. As a result, each of the n circuits contains a double rail made of closely adjacent conductor rails, each of which connects the corresponding components of the circuits, the width of the spaces between the double rails being the same. The self-inductance of each double rail can be reduced as desired by widening the busbars for a given insulation distance and length. A prerequisite for this low-inductance busbar system is that the outgoing and return conductors of each circuit are closely adjacent to this circuit arrangement constructed in module.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Induktivitätsreduzierung von Leitern, die zu einem Strom kreis gehören und beliebig einander räumlich zugeordnet sind, anzugeben.The invention is based on the object of an arrangement for reducing inductance of conductors that lead to a current belong to a circle and are spatially assigned to each other, specify.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese Leiter mit einem Kurzschlußring aus elektrisch leitendem Mate rial magnetisch eng gekoppelt sind. Durch die Verwendung eines mit dem Stromkreis bzw. Strompfad magnetisch eng gekoppelten Kurzschlußringes baut sich bei Stromänderungen im Stromkreis bzw. Strompfad dann im Kurzschlußring ein Strom auf. Dieser Strom fließt im Kurzschlußring in entgegengesetzter Richtung zum Strom im Stromkreis. Je enger diese beiden Ströme benach bart sind, desto besser löschen sich ihre beiden erzeugten Magnetfelder aus. Diese Anordnung von Leitern eines Stromkrei ses mit eng magnetisch gekoppeltem Kurzschlußring hat die Wir kung eines sekundärseitig kurzgeschlossenen Transformators, bei dem primärseitig nur die Streuinduktivität wirksam ist.This object is achieved in that this Conductor with a shorting ring made of electrically conductive mate rial are magnetically closely coupled. By using a magnetically closely coupled to the circuit or current path Short circuit ring builds up with current changes in the circuit or current path then a current in the short-circuit ring. This Current flows in the opposite direction in the short-circuit ring to the current in the circuit. The closer these two streams are adjacent beard, the better their two generated erase Magnetic fields. This arrangement of conductors in a circuit We with a tightly magnetically coupled short-circuit ring kung a secondary short-circuited transformer, at only the leakage inductance is effective on the primary side.

Eine weitere Reduzierung der Induktivität von beliebig einander räumlich zugeordneten Leitern eines Stromkreises wird dadurch erreicht, daß jeder Leiter und der Kurzschlußring möglichst großflächig ausgebildet sind. Denn die Induktivität einer Dop pelschiene kann bei vorgegebenem Isolationsabstand - engmagne tische Kopplung - und vorgegebener Stromschienenlänge durch eine Verbreiterung der Stromschiene beliebig verringert werden.A further reduction in the inductance of conductors of a circuit spatially assigned to one another is achieved in that each conductor and the short-circuit ring are formed as large as possible. Because the inductance of a double rail can be reduced as required by widening the busbar with a given insulation distance - magnetic coupling - and a given busbar length.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung zur Induktivitätsreduzierung von Leitern wenigstens zweier Stromkreise sind die Kurzschlußringe der Leiter eines jeden Stromkreises zu einer gemeinsamen Kurzschlußplatte aus elektri sch leitendem Material vereinigt. Die Vereinigung mehrerer Kurz schlußringe zu einer Kurzschlußplatte, zu der im geringen Ab stand die Leiter der einzelnen Stromkreise flächig angeordnet sind, ist deshalb möglich, weil die Kurzschlußringe nicht potentialgebunden sind.In a further advantageous embodiment of the arrangement to reduce the inductance of conductors of at least two Circuits are the short-circuit rings of the conductors of everyone Circuit to a common short circuit plate from electri sch conductive material combined. The union of several short closing rings to a short circuit plate, to which in the low Ab the conductors of the individual circuits were arranged flat are possible because the short-circuit rings are not are floating.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung zur Induktivitätsreduzierung von Leitern wenigstens zweier Strom kreise ist dadurch gegeben, daß eine doppelt kaschierte Leiter platte verwendet wird, wobei eine Seite dieser Leiterplatte, die kupferkaschierte Seite, die Kurzschlußplatte ist und auf der anderen Seite dieser Leiterplatte die Leiter jedes Stromkreises als Leiterbahnen angeordnet sind. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung dient die Leiterplatte gleichzeitig als Träger für die Bauelemente der Stromkreise. Auch bei dieser Ausgestal tung der vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung zur Induk tivitätsreduzierung von Leitern mehrerer Stromkreise kann die wirksame Induktivität weiter reduziert werden, je dünner die Leiterplatte und je breiter die als Leiterbahn ausgestalteten Leiter sind.A particularly advantageous embodiment of the arrangement for Inductance reduction of conductors of at least two currents circles is given by the fact that a double-laminated ladder plate is used, one side of this circuit board, the copper-clad side, the short-circuit plate is and on the other side of this circuit board the conductors of each circuit are arranged as conductor tracks. In this advantageous Design, the circuit board also serves as a carrier for the components of the circuits. Even with this configuration tion of the advantageous embodiment of the arrangement for induct The effectiveness of the conductors of several circuits can be reduced effective inductance can be further reduced, the thinner the PCB and the wider the one designed as a conductor track Are leaders.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung sind wenigstens ein Teil des Kurzschlußringes mit dem zugehöri gen Leiter von einem Koaxialkabel gebildet. Dadurch ist eine enge magnetische Kopplung zwischen einem Leiter und einem Teil eines Kurzschlußringes möglich. Dabei kann der Leiter des Strom kreises durch den Innenleiter und der Teil des Kurzschlußringes durch den Mantel des Koaxialkabels gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß der Teil des Kurzschlußringes durch den Innen leiter und der Leiter des Stromkreises durch den Mantel des Koaxialkabels gebildet wird.In a further advantageous embodiment of the arrangement are at least part of the short-circuit ring with the corresponding gene conductor formed by a coaxial cable. This is one close magnetic coupling between a conductor and a part a short-circuit ring possible. The head of the current circle through the inner conductor and the part of the short-circuit ring be formed by the jacket of the coaxial cable. However, it is also possible that the part of the short-circuit ring through the inside conductor and the conductor of the circuit through the jacket of the Coaxial cable is formed.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist im Kurz schlußring eines Stromkreises eine Diode geschaltet. Durch die sen Einbau der Diode im Kurzschlußring erhält man eine strom richtungsabhängige Induktivität des Stromkreises. D. h., der Wert der wirksamen Induktivität der Anordnung von Leitern eines oder mehrerer Stromkreise ist einmal klein und einmal groß. Da durch kann man den Kurzschlußring für eine vorbestimmte Strom richtung wirksam werden lassen.In a further embodiment of the arrangement is in short closing ring of a circuit switched a diode. Through the Installation of the diode in the short-circuit ring gives a current directional inductance of the circuit. That is, the Value of the effective inductance of the arrangement of conductors one or several circuits is once small and once large. There through you can the short circuit ring for a predetermined current direction take effect.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele der Anordnung zur Induktivitätsreduzierung von Leitern nach der Erfindung schema tisch veranschaulicht sind.To further explain the invention, reference is made to the drawing Reference, in the embodiments of the arrangement for Inductance reduction of conductors according to the invention are illustrated table.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anordnung, in Fig. 1 shows an embodiment of the arrangement according to the invention, in

Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung der Anordnung veranschau licht und Fig. 2 is a further embodiment of the arrangement illustrated light and

Fig. 3 stellt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung dar. Fig. 3 shows an advantageous embodiment of the arrangement.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anordnung zur Induktivitätsreduzierung von Leitern 2 und 4, die zu einem Stromkreis 6 gehören, dargestellt. Dabei ist angenommen, daß der Leiter 2 ein Hinleiter und der Leiter 4 ein Rückleiter ist. Diese beiden Leiter 2 und 4 sind beliebig einander räumlich zu geordnet. Weiterhin sind im Stromkreis 6 ein Kondensator 8, bei spielsweise ein Zwischenkreiskondensator eines Umrichters, und eine Reihenschaltung zweier GTO-Thyristoren 10 und 12 darge stellt. Anstelle dieser beiden GTO-Thyristoren 10 und 12 können auch Leistungstransistoren bzw. Thyristoren vorgesehen sein. Diese beiden GTO-Thyristoren 10 und 12, wobei an einem Verbin dungspunkt 14 ein weiterer Leiter 16 angebracht ist, stellen einen Brückenzweig einer nicht näher dargestellten sechspulsi gen Brückenschaltung eines Stromrichters dar, wobei der Leiter 16 ein Brückenstrang zu einer aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Last veranschaulicht. Entlang der Leiter 2 und 4, des Kondensators 8 und der GTO-Thyristoren 10 und 12 ist ein Kurzschlußring 18 verlegt. Dieser Kurzschlußring 18 ist magnetisch eng mit den Leiter 2 und 4 des Stromkreises 6 gekop pelt. Eine enge magnetische Kopplung wird dadurch erreicht, daß als Leiter 2 und 4 und als Kurzschlußring 18 jeweils Stromschie nen verwendet werden, die mittels einer Isolationsfolie, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist, aufeinanderge schichtet sind. Dadurch bildet der Leiter 2 bzw. 4 mit einem Teil des Kurzschlußringes 18 eine Doppelschiene. Die Eigeninduk tivität einer solchen Doppelschiene wird bei vorgegebener Länge l der Stromschiene und bei vorgegebenem Isolationsabstand a be stimmt durch die Breite b der Stromschiene. Es ist bekannt, daß die Eigeninduktivität einer Doppelschiene näherungsweise pro portional l×a/b ist. Damit kann mit einer Vergrößerung der Breite b der Stromschienen eine Verkleinerung der Eigenindukti vität der Doppelschiene erreicht werden.In Fig. 1 is an embodiment of the arrangement for Induktivitätsreduzierung of conductors 2 and 4 according to the invention, which belong to a circuit 6 shown. It is assumed that the conductor 2 is an outgoing conductor and the conductor 4 is a return conductor. These two conductors 2 and 4 are spatially arranged as desired. Furthermore, a capacitor 8 in the circuit 6 , for example an intermediate circuit capacitor of a converter, and a series connection of two GTO thyristors 10 and 12 are Darge. Instead of these two GTO thyristors 10 and 12 , power transistors or thyristors can also be provided. These two GTO thyristors 10 and 12 , with an additional conductor 16 attached to a connection point 14 , represent a bridge branch of a six-pulse bridge circuit of a converter (not shown), the conductor 16 illustrating a bridge strand to a load, not shown for reasons of clarity . A short-circuit ring 18 is laid along conductors 2 and 4 , capacitor 8 and GTO thyristors 10 and 12 . This short-circuit ring 18 is magnetically closely coupled with the conductors 2 and 4 of the circuit 6 . A close magnetic coupling is achieved in that current conductors are used as conductors 2 and 4 and as short-circuit ring 18 , which are layered on top of one another by means of an insulation film, which is not shown for reasons of clarity. As a result, the conductor 2 or 4 forms a double rail with part of the short-circuit ring 18 . The eigeninductivity of such a double rail is determined by the width b of the busbar for a given length l of the busbar and for a given insulation distance a . It is known that the self-inductance of a double rail is approximately proportional to 1 × a / b. With an increase in the width b of the busbars, a reduction in the self-inductance of the double rail can be achieved.

Durch die Verwendung des Kurzschlußringes 18 für die Leiter 2 und 4 eines Stromkreises 6, wobei die Leiter 2 und 4 beliebig einander räumlich zugeordnet sind, wird erreicht, daß bei Strom änderung in den Leitern 2 und 4 des Stromkreises 6 sich im Kurz schlußrig 18 immer ein Strom i _K aufbaut, der dem Strom i _L ent gegengesetzt und betragsmäßig gleich ist. Je enger diese beiden Ströme i _L und i _K benachbart sind, desto besser löschen sich ihre beiden Magnetfelder aus, wodurch der Wert der wirksamen Indukti vität reduziert wird.Through the use of the short-circuit ring 18 for the conductors 2 and 4 of a circuit 6 , the conductors 2 and 4 being spatially assigned to one another, it is achieved that with current change in the conductors 2 and 4 of the circuit 6 in the short-circuit 18 always a current i _K builds up, which is opposite to the current i _L ent and has the same amount. The closer these two currents i _L and i _{K are} adjacent, the better their two magnetic fields are extinguished, thereby reducing the value of the effective inductance.

Eine weitere Ausführungsform für eine enge magnetische Kopplung des Leiters 2 bzw. 4 mit einem Teil des Kurzschlußringes 18 ist ein koaxialer Aufbau. Dabei kann der Leiter 2 bzw. 4 durch einen Innenleiter des Koaxialkabels und der Teil des Kurzschlußringes 18 durch einen Außenmantel dieses Koaxialkabels gebildet sein. Es ist auch möglich, daß der Teil des Kurzschlußringes 18 durch einen Innenleiter und der Leiter 2 bzw. 4 durch den Mantel des Koaxialkabels gebildet wird.Another embodiment for a close magnetic coupling of the conductor 2 or 4 with a part of the short-circuit ring 18 is a coaxial structure. The conductor 2 or 4 can be formed by an inner conductor of the coaxial cable and the part of the short-circuit ring 18 by an outer jacket of this coaxial cable. It is also possible that the part of the short-circuit ring 18 is formed by an inner conductor and the conductor 2 or 4 by the sheath of the coaxial cable.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, beispielsweise eine Wechselrichterphase mit GTO-Thyristoren 10 und 12, Freilaufdio den 28 und 30 und Kommutierungselemente 32 und 34, wobei diese Schaltungsanordnung vier Stromkreise 20, 22, 24 und 26 enthält. Jeder Stromkreis 20, 22, 24 und 26 kann mit einem Kurzschluß ring versehen werden. Da aber die Kurzschlußringe nicht poten tialgebunden sind, können diese aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Kurzschlußringe der Stromkreise 20, 22, 24 und 26 miteinander vereint werden. Eine derartige Vereinigung mehrerer Kurzschlußringe verschiedener Stromkreise 20, 22, 24 und 26 ist eine Kurzschlußplatte 36. Als Kurzschlußplatte 36 ist eine kupferkaschierte Seite einer Leiterplatte 38 vorge sehen, von der aus Übersichtlichkeitsgründen nur ein Teil der art dargestellt ist, daß die einer Isolierung 40 zugewandte Seite 42 der Kurzschlußplatte 36 zu sehen ist. Auf einer dieser Kurzschlußplatte 36 abgewandten Seite 44 der Leiterplatte 38 sind die Leiter 2, 4, 46, 48 und 50 als Leiterbahnen aufgebracht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn diese als Leiterbahnen gestalte ten Leiter 2, 4, 46, 48 und 50 möglichst breit sind, beispiels weise einige Zentimeter. Die wirksame Induktivität der einzelnen Stromkreise 20, 22, 24 und 26 bzw. der Schaltungsanordnung ist umso geringer, je dünner die Isolierschicht 40 der Leiterplatte 38 und je breiter die Leiterbahnen der Leiter 2, 4, 46, 48 und 50 der Stromkreise 20, 22, 24 und 26 sind. Gleichzeitig dient die Leiterplatte 38 als Träger für die Bauelemente der Schal tungsanordnung. Fig. 2 shows a circuit arrangement, for example an inverter phase with GTO thyristors 10 and 12 , freewheel diodes 28 and 30 and commutation elements 32 and 34 , this circuit arrangement containing four circuits 20 , 22 , 24 and 26 . Each circuit 20 , 22 , 24 and 26 can be provided with a short circuit ring. However, since the short-circuit rings are not potential-bound, these short-circuit rings of the circuits 20 , 22 , 24 and 26 , which are not shown for reasons of clarity, can be combined with one another. Such a combination of several short-circuit rings of different circuits 20 , 22 , 24 and 26 is a short-circuit plate 36 . As a short-circuit plate 36 is a copper-clad side of a printed circuit board 38 is seen, of which only part of the art is shown for clarity that the insulation 40 facing side 42 of the short-circuit board 36 can be seen. The conductors 2 , 4 , 46 , 48 and 50 are applied as conductor tracks on a side 44 of the printed circuit board 38 facing away from this short circuit plate 36 . It is advantageous if these conductors designed as conductor tracks 2 , 4 , 46 , 48 and 50 are as wide as possible, for example a few centimeters. The effective inductance of the individual circuits 20 , 22 , 24 and 26 or of the circuit arrangement is lower, the thinner the insulating layer 40 of the circuit board 38 and the wider the conductor tracks of the conductors 2 , 4 , 46 , 48 and 50 of the circuits 20 , 22 , 24 and 26 are. At the same time, the circuit board 38 serves as a carrier for the components of the circuit arrangement.

Die Fig. 3 zeigt eine etwas abgewandelte Ausgestaltung der Anordnung nach Fig. 1, wobei gleiche Teile der Fig. 1 und 3 dieselben Bezugszeichen tragen. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 enthält dieser Kurzschlußring 18 eine Diode 52. Diese Diode 52 ist derart gepolt, daß sie für den dargestellten Strom i _K im Kurzschlußring 18 gesperrt ist. Dadurch erhält man eine stromrichtungsabhängige wirksame Induktivität. Bei der ange nommenen Stromrichtung des Stromes i _L in den Leitern 2 und 4 des Stromkreises 6 kann sich im Kurzschlußring 18 kein Strom i _K aufbauen, wodurch die wirksame Induktivität nicht verringert wird. Kehrt sich der Strom i _L in den Leitern 2 und 4 des Strom kreises 6 um, so kehrt sich auch die Richtung des Stromes i _K im Kurzschlußring 18 um, wodurch dieser Strom i _K sich aufbauen kann. Dadurch verkleinert sich der Wert der wirksamen Indukti vität um ein Mehrfaches. Somit kann man für einen Einschaltstrom und für einen Ausschaltstrom eines Stromkreises unterschiedliche wirksame Induktivitäten erzeugen. Unterschiedliche Werte von In duktivitäten sind erwünscht bei Stromrichterphasen eines Strom richters, wobei beim Einschalten die wirksame Induktivität als Strombegrenzung wirksam ist und beim Ausschalten durch eine ge ringere Induktivität eine kleinere Überspannung an der Stromrich terphase entstehen kann. FIG. 3 shows a somewhat modified embodiment of the arrangement according to FIG. 1, the same parts of FIGS. 1 and 3 having the same reference numerals. Compared to the arrangement according to Fig. 1 of this short-circuit ring 18 includes a diode 52. This diode 52 is polarized such that it is blocked for the current i _{K shown} in the short-circuit ring 18 . This gives an effective inductance dependent on the current direction. In the assumed current direction of the current i _L in the conductors 2 and 4 of the circuit 6 , no current i _{K can} build up in the short-circuit ring 18 , as a result of which the effective inductance is not reduced. Reverses the current i _L in the conductors 2 and 4 of the current circuit 6 , so also reverses the direction of the current i _K in the short-circuit ring 18 , whereby this current i _K can build up. This reduces the value of the effective inductance by a multiple. Different effective inductivities can thus be generated for an inrush current and an inrush current of a circuit. Different values of inductivities are desired in converter phases of a converter, the effective inductance being effective as a current limit when switched on and a smaller overvoltage at the converter terphase can arise when switched off due to a lower inductance.

Claims

1. Arrangement for reducing the inductance of conductors ( 2 , 4 ), which belong to a circuit ( 6 ) and are arbitrarily associated with each other, characterized in that these conductors ( 2 , 4 ) with a short-circuit ring ( 18 ) made of electrically conductive Material are magnetically closely coupled.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that each conductor ( 2 , 4 ) is formed as large as possible.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the short-circuit ring ( 18 ) is formed as large as possible.

4. Arrangement according to claim 1 to 3 with conductor ( 2 , 4 , 46 , 48 , 50 ) at least two circuits ( 20 , 22 , 24 , 26 ), characterized in that the short-circuit rings of the Lei ter ( 2 , 4 , 46 , 48 , 50 ) of each circuit ( 20 , 22 , 24 , 26 ) are combined into a common short-circuit plate ( 36 ) made of electrically conductive material.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the short-circuit plate ( 36 ) is the copper-clad side of a circuit board ( 38 ), on the other side ( 44 ) of which the conductors ( 2 , 4 , 46 , 48 , 50 ) are located .

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that at least part of the short-circuit ring ( 18 ) with the associated conductor ( 2 , 4 ) are formed by a coaxial cable GE.

7. Arrangement according to one of claims 1, characterized in that in the short-circuit ring ( 18 ) a diode ( 52 ) is connected.