Импульсный сильноточный полупроводниковый коммутатор Советский патент 1990 года по МПК H01L25/00 

коммутатора и увеличения его надежности , Коммутатор.содержит цепочку „полупроводниковых элементов 1, соб- ранных в столб и закрепленных в металлическом корпусе 7 с помощью фланцев 10, тарельчатых пруткин 3, прижимных винтов 11. Элементы 1 разбиты на две группы 2, электрически соединенные через центральный токопод- вод 6. Концы столба с помощью торцового токопровода 5 соединены с корпусом 7 . 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к коммутирующим устройствам, собираемым на основе полупроводниковых приборов таблеточного типа и может применятся в сильноточных импульсных элетрофизических и технологических установках. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей коммутатора путем увеличения коммутируемых токов, снижения реактивного сопротивления коммутатора и увеличения его надежности. Коммутатор содержит цепочку полупроводниковых элементов 1 собранных в столб и закрепленных в металлическом корпусе 7 с помощью фланцев 10, тарельчатых пружин 3, прижимных винтов 11. Элементы 1 разбиты на две группы 2, электрически соединенные через центральный токоподвод 6. Концы столба с помощью торцового токопровода 5 соединены с корпусом 7. 2 ил.

I Изобретение относится к электро технике, в ч.астности к коммутирующим

устройствам, собираемым на основе по-

jлупроводниковых приборов таблеточного

типа, и может применяться в сильно1точных импульсных электрофизических

iи технологических установках, I Цель изобретения - расширение

функционси.ьных возможностей коммута;тора путем увеличения коммутируемых

токов и снижения реактивного сопро1тивления коммутатора и увеличение наI дежности,

i На фиг, 1 изображена предлагаемая i конструкдая полупроводникового ком- I мутатора; на фиг. 2 - возможная конструктивная схема подключения ком- ; мутатора к источнику и шгрузке, i Конструкция полупроводникового коммутатора содержит столб, собран- ный из полупроводниковых элементов 1,

который разделен на две группы /. ; Группы содержат равное количество согласно включенных полупроводнико- i вых элементов и соединены встречно. г Столб вместе с тарельчатыми пружина- ми 3 контактньм дисками А с присо единенными к ним гибкими торцовыми

токоподводами 5 в виде симметрично : расходя1 9-1хся лучей и с зажатым между

гр-- ппа1.И центральным токоподводом Ь,

выполненным в виде диска с симметрично рас-кодяпрнися , установлен

коаксчаяьно внутри полого металличес кого цилиндра 7, имеющего в стенке

окна- для вьгаода лучей центрального токойодвода. Столб электрически изолирован от цилиндра слоем 8 изоляции Цилинд может быть выполнен монолит

НЫМ или СОСТаВНЬ М из двух 1ЩЛИНДРОВ,

соедлненньос торцами„ К торцам цилиндра с помощью болтов.9 присоединены фланцы 10, снабженные винтами 1Ь Гбеспе-вдвшощнми регулировку контактного нажа-гая. Токоподводящие провод подклк, к лучам центрального токоподвода 6, токоотводянре - к сткам цдлиндра симметрично межд.у токо- подводяищми.

Для удобства подключения токоотво- проводов на стенках цилиндра могут быть установлены присоединительные накладки 12 (фиг. 2). Схема управления полупроводниковыми элементами может быть размещена в контейнере, закрепленном на стенке иилиндра.

Коммутатор работает следующим образом.

Коммутируемый ток втекает в коммутатор через лучи центрального токоподвода 6, равномерно делится между двумя группами 2, протекает через контактные диски 4, торцовые токопод- воды 5, образующим цилиндра 7 и дале по токоотводящим проводам, которые присоединены к боковой поверхности цилиндра симметрично между лучами центрального токоподвода. Таким образом, при включении коммутатора в коммутируемую цепь две группы полупроводниковых элементов оказываются соединенными параллельно.

Коаксиальная конструкция коммутатора и параллельное подсоединение групп полупроводниковых элементов обеспечивают его малую индуктивность и примерно вчетверо меньшее реактивное сопротивление по сравнению с известной конструкцией.

Z R,/R, .

j,g f эквивалентная частота изменения полного тока, протекающего в столбах; |Uj- магнитная проницаемость

среды;

К - внешний радиус цилиндра; R,- внутренний радиус нллиндра; 1 - длина столба полупроводниковых элемер тов.

Благодаря выполнению торцовых и центрального токоподводов в виде симметрично расходяп 51хся лучей с подключением токоподводяп(их проводов к лучам центрального токоподвода обеспечивается равномерное распределение плотности тока по площади полупроводниковых элементов, а коаксиальная конструкция коммутатора предотвращае возникновение эффекта близости. Параллельное соединение двух групп полупроводниковых элементов при устранении эффекта близости позволяет увеличить коммутируемый ток в 2,2-3,4 раза по сравнению с известным устройством (в 1,1-1,7 раза за счет устранения э(}х|)екта близости и еще в 2 раза за счет параллельного включения групп) . Между токами, про TeKarouifiNOi в двух группах полупроводниковых элементов, индуктивная связь отсутствует и при нарастании одного из токов не возникает ЭДС, препятствующей нарастанию.второго. С другой стороны, при зад ержке включения одной из групп элементов реактивное сопротивление коммутатора возрастает вдвое, что ограничивает ток, протекающий через включенную группу, способствует выравниванию токов в параллельно включенных группах и увеличивает надежность коммутатора.

При работе коммутатора в режиме одиночных импульсов тока длитель- ностьро - 10 с, что соответствует условиям работы сильноточных импульсных электродинамических и технологических установок, применени специальных теплоотводов неэффективно, поскольку выделяемая в полупроводниковом элементе тепловая мо цност в сотни раз превышает тепловую мощность, которую могут отвести тепло- отводы известных конструкцией, в том числе известной. В импульсном режиме работы допустимая длительность импульса коммутируемого тока определяется из паспортного значения джоулева интеграла для выбранного типа полупроводниковых элементов.

Пример подключения к коммутатору кабельной опл- новки, обеспечивающе й симметричное распределение ког гмути- руемого тока между двумя.группами

5

0

5

0

5

0

5

0

полупроЬодниковых приборов, представлен на фиг. 2. Жилы токоподводящих кабелей подключены к лучам центрального токоподвода 6, а жилы токоотводя- к присоединительным накладкам 12. Оплетки всех кабелей соединены электрически посредством металли- ческой трубы 13, изолированной от жил кабелей и коммутатора слоем 14 изоляции о

Сравнение с известным устройством показывает что предлагаемый коммутатор позволяет в 2,2-3,4 раза увеличить коммутируемый ток, обладает меньшим (приблизительно в 4 раза) реактивньм сопротивлением при вклю- в цепь., является более надежным за счет более равномерного распределения тока между группами.

Формула изобретения

Импульсный сильноточный полупро- BOAFiHKOBbM коммутатор, содержаи51й Д1епочку полупроводниковых элементов таблеточного типа, вьлолненную в виде груп п, включенньк встречно и соб- в столб, установленнньй в крепежном каркасе с помоо(ью фланцев, тарельчатых и прижимных винтов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения коммутируеьшгх токов и уменьшения peaKTKBiioro сопротивления коммутатора увеличения его надежности, цепочка полупроводниковых элеь ентов выполнена в-виде двух групп, состояниях из равного числа элементов, группы электрически соединены между собой через дополнительно вводенньш центральный токопровод, выполненный в виде диска с симметрично расходящимися лучаьш, а крепежный каркас выполнен в виде полого металлического цапиндра, с окнами на боковой поверхности лля вывода лучей центрального токоподвода, цилиндр электрически изолирован от столба и механически соединен с фланцами, а электрически посредством торцовых токоподводов в , виде расходяяп йся лучей соединен с концами столба.

Фиг:2