Полупроводниковый преобразователь Советский патент 1992 года по МПК H01L25/00 

Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах физических и электротехнических испытательных установках на большие токи с повторно-кратковременным режимом работы, например, для заряда индуктивных накопителей энергии.

Известен полупроводниковый преобразователь, содержащий каркас, в котором параллельно основанию каркаса расположены выпрямительные блоки из полупроводниковых приборов таблеточной конструкции и охладителей в виде тепловых трубок, токоведущие шины переменного и

постоянного тока, выполненные с противоположных сторон каркаса.

Существенным недостатком такого полупроводникового преобразователя является большой габарит и неэффективное использование объема. Кроме того, в условиях повторно-кратковременного режима применение охладителей в виде тепловых трубок малоэффективно, увеличивает габарит и усложняет обслуживание при размещении на открытом воздухе или в неотапливаемых помещениях особенно при отрицательных температурах.

Известен также полупроводниковый преобразователь, содержащий каркас, в котором расположены параллельно соединенVJ

GO

00 00

ные по шестифазной схеме выпрямления выпрямительные блоки из полупроводниковых приборов противоположных фаз и индуктивных делителей, токоведущие шины переменного и постоянного тока, выполненные перпендикулярно друг другу.

Недостатком такого полупроводникового преобразователя является наличие шести вводов переменного тока и одного вывода постоянного тока, что требует использования минимум двух таких преобразователей в установке и, следовательно, усложняет компоновку и увеличивает габариты установки. Существенный недостаток состоит также в том что используемая в преобразователе система подвода переменного тока и отвода постоянного требует применения индуктивных делителей для равномерного распределения тока по параллельно работающим полупроводниковым приборам. Наличие индуктивных делителей приводит к усложнению конструкции, увеличению габаритов и увеличению индуктивного и активного сопротивления протеканию тока и, таким образом, снижает величину рабочего тока,

Наиболее близким к изобретению является известный полупроводниковый преобразователь, содержащий каркас, в котором расположены параллельно соединенные по мостовым схемам выпрямления выпрямительные блоки, содержащие анодные и катодные группы и состоящие из полупроводниковых приборов таблеточной конструкции с индивидуальными охладителями, индуктивные делители тока, блоки демпфирования коммутационных перенапряжений, токоведущие шины переменного тока, расположенные по ширине каркаса, токоведущие шины постоянного тока, выполненные по длине каркаса, выпрямительные блоки несущими панелями закреплены на стойках по обеим сторонам каркаса один над другим и по горизонтали и образуют между панелями и стойками канал для прохождения охлаждающего воздуха.

Существенным недостатком такого полупроводникового преобразователя является наличие индивидуальных охладителей и индуктивных делителей тока, что усложняет конструкцию и увеличивает габарит. Кроме того, при повторно-кратковременном режиме работы индивидуальные охладители малоэффективны. Индуктивные делители тока увеличивают индуктивное сопротивление электрической цепи и при прочих равных условиях уменьшают рабочий ток преобразователя,

Другим недостатком известного преобразователя является большое междуфазное

расстояние на участке переменного тока, что обуславливает увеличенное индуктивное сопротивление токопроводящих шин переменного тока и, в конечном счете,

уменьшение рабочего тока преобразователя.

Кроме того, системы подвода переменного тока и отвода постоянного тока перпендикулярны друг к другу, и при токах в

десятки килоампер и более возникают большие злектродинамические силы, стремящиеся разрушить конструкцию. Для нейтрализации этих сил необходимо усиление несущих частей и увеличение габарита.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов при одновременном увеличении рабочего тока путем создания минимальных и равных путей протекания рабочего тока по выпрямительным блокам.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом преобразователе, содержащем каркас, в котором расположены

параллельно соединенные по мостовым схемам выпрямления выпрямительные блоки, содержащие анодные и катодные группы и состоящие из полупроводниковых приборов таблеточной конструкции, зажатые

между охладителями блоки демпфирования коммутационных перенапряжений, токоведущие шины переменного и постоянного тока, каркас выполнен из прямоугольной рамы, к углам которой прикреплены Г-образные стойки, а между ними по ширине рамы на равном расстоянии друг от друга прикреплены Т-образные стойки, причем верхние концы стоек противоположных сторон каркаса попарно соединены

продольными стяжками, у основания стоек с внутренней стороны расположены изолирующие направляющие, прикрепленные к стойкам, и имеющие с внутренней стороны продольный вырез, между изолирующими

направляющими в продольных вырезах размещены выпрямительные блоки, которые образуют несколько рядов по ширине каркаса и установлены друг на друга с образованием каналов для прохода охлаждающего воздуха около полупроводниковых приборов и токоведущих шин, причем нижние блоки установлены на нижние изолирующие упоры, а блоки вертикального ряда прижаты друг к другу верхними изолирующими упорами, которые прикреплены к стойкам каркаса, на продольные стяжки и стойки установлена дополнительно введенная крышка, на которой размещены блоки демпфирования коммутационных перенапряжений.

Кроме того, выпрямительные блоки выполнены трехполюсными, охладителями являются шины постоянного и переменного тока, между которыми расположены полупроводниковые приборы, прижатые друг к другу двумя изолирующими пластинами,

Система ввода-вывода позволяет обеспечить равные пути протекания тока по выпрямительным блокам, а следовательно, равные индуктивные и активные сопротивления параллельных цепей, что создает равномерное распределение тока по параллельно включенным блокам; минимальное индуктивное сопротивление токоведущих шин переменного тока рабочему току преобразователя; удобство подключения нагрузки, например индуктивного накопителя энергии; выпрямительные блоки являются элементами (частью) токопровода, соединяющего питающий трансформатор с нагрузкой, Конструкция каркаса, образованного рамой, Г- и Т-образными стойками, продольными стяжками и верхним изолирующим упором, позволяет обеспечить восприятие динамических усилий в продольном, поперечном и вертикальном направлениях; удобство транспортировки, перемещения и установки в ограниченном пространстве. Система крепления выпрямительных блоков в преобразователе включает нижние изолирующие упоры, изолирующие направляющие с выполненными внутренними продольными вырезами и верхний изолирующий упор и обеспечивает изоляцию выпрямительных блоков друг от друга и от несущих конструкций.

Выпрямительные блоки позволяют собирать однофазную мостовую, трехфазную мостовую и трехфазную с однофазными мостами на фазу схемы преобразования.

На фиг, 1 показан преобразователь, вид спереди; на фиг. 2 - то же, со снятой крышкой, вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид сбоку; на фиг. 4 - промежуточная и угловая изолирующие направляющие; на фиг. 5 - схематическое расположение полупроводниковых приборов в преобразователе и один из возможных вариантов соединения выпрямительных блоков.

Полупроводниковый преобразователь содержит каркас, образованный прямоугольной рамой 1, Г- и Т-образными стойками 2 и 3 и продольными стяжками 4, выпрямительные блоки 5, нижние и верхние изолирующие упоры 6 и 7, угловые и промежуточные изолирующие направляющие 8 и 9, крышку 10 с размещенными на ней блоками демпфирования коммутационных перенапряжений и опорные изоляторы 11.

Г-образные стойки 2 приварены к прямоугольной раме 1 по углам с торцовых сторон. Между Г-образными стойками 2 по ширине рамы 1 на равном расстоянии друг

от друга и от Г-образных стоек 2 приварены Т-образные стойки 3. Верхние концы Г- и Т-образных стоек 2 и 3 противоположных сторон каркаса попарно связаны продольными стяжками 4 при помощи сварки. У ос0 нования стоек 2 и 3 на раму 1 помещены нижние изолирующие упоры б, на которые установлены угловые и промежуточные изолирующие направляющие 8 и 9, имеющие продольные вырезы 12 и 13. Направляющие

5 8 и 9 крепятся к стойкам 2 и 3 с помощью болтов 14 и гаек 15.

Для исключения возможности перемещения нижние изолирующие упоры 6 фиксируются с помощью штырей 16, устанавли0 ваемых в углубления 17, выполненных в основаниях изолирующих направляющих 8 и 9 и по длине упоров 6.

Между изолирующими направляющими 8 и 9 в продольные вырезы 12 и 13 помеще5 ны выпрямительные блоки 5, состоящие из анодной и катодной групп 18 и 19 параллельно соединенных полупроводниковых приборов таблеточной конструкции, зажатых между токоведущими шинами 20, 21 и

0 22 переменного и постоянного тока двумя изолирующими пластинами 23.

Выпрямительные блоки 5 расположены горизонтально вдоль каркаса и образуют несколько вертикальных рядов по ширине

5 каркаса (на фиг. 2, 3 изображены три вертикальных ряда блоков 5). В каждом вертикальном ряду может быть размещено два и более установленных друг на друга выпрямительных блоков 5 (на фиг. 1 и 3 показаны

0 четыре блока в вертикальном ряду). Нижние блоки 5 изолирующими пластинами 23 опираются на нижние изолирующие упоры 6. На изолирующие пластины 23 верхних выпрямительных блоков 5 под продольными

5 стяжками 4 установлены верхние изолирующие упоры 7, прикрепленные к стойкам 2 и 3 каркаса болтами и гайками и прижимающие блоки 5 вертикальных рядов друг к другу.

0 Выпрямительные блоки 5 установлены друг на друга в вертильный ряд вдоль изолирующих направляющих 8 и 9 таким образом, что изолирующие пластины 23 блоков образуют каналы для прохода охлаждающе5 го воздуха около полупроводниковых приборов и токоведущих шин.

На продольные стяжки 4 и стойки 2 и 3 установлена крышка 10с размещенными на ней блоками демпфирования коммутационных перенапряжений, состоящих из резисторов 24 и конденсаторов 25 и подключаемых с помощью проводников 26 к выводам 20, 21 и 22 выпрямительных блоков 5.

Каркас снабжен опорными изоляторами 11, которые крепятся к пластинам 27 с помощью блоков 28. Пластины 27 приварены по углам к раме 1. Рама 1 по боковым сторонам имеет отверстия 29 для установки грузоподъемных крюков.

Угловые направляющие 8 имеют один продольный вырез 12, а промежуточные направляющие 9 -два продольных выреза 13. Угловые направляющие имеют один ряд отверстий под болты 14, а промежуточные направляющие 9 - два ряда отверстий. Количество отверстий определяется количеством выпрямительных блоков 5 в вертикальном ряду. Соответствующее количество отверстий имеют Г- и Т-образные стойки 2 и 3. Расстояние между отверстиями определяется шириной выпрямительного блока,

Высота изолирующих упоров, ширина изолирующих направляющих, размеры стоек определяются размерами выпрямительных блоков и изоляционными расстояниями между токоведущими частями и элементами каркаса.

Установка и выемка выпрямительных блоков осуществляется в вертикальном направлении вдоль изоляционных направляющих при снятых крышке и верхних изоляционных упорах.

Упрощение конструкции преобразователя достигается прежде всего за счет того, что полупроводниковые приборы скомпонованы на групповых охладителях, являющихся одновременно токоведущими шинами переменного и постоянного тока. При этом значительно сокращается количество соединительных и крепежных деталей для их монтажа, токоподвода.

Основной отвод тепла от полупроводниковых приборов происходит в токоведущие шины, поэтому обеспечивается двустороннее охлаждение каждого таблеточного прибора, Тепло токоведущих шин и корпусов полупроводниковых приборов переносится в окружающую среду путем естественной конвекции воздуха. Естественная конвекция воздуха обеспечивает скорость движения воздуха порядка 0,6 м/с. Для увеличения этой скорости могут использоваться вентиляторы, устанавливаемые под рамой,

Полупроводниковый преобразователь, созданный на базе выпрямительных блоков из полупроводниковых приборов типа В- 800 и Д143-800(по 10 шт, в каждой анодной и катодной группе) и содержащий три вертикальных ряда по 4 упомянутых блока, имеет размер 1160x606x860 и позволяет

получать при трехфазной мостовой схеме выпрямления постоянный ток до 200 кА с длительностью протекания до 1,0 с. Постоянная времени охлаждения блоков путем

естественной конвекции воздуха не превышает 20 мин, вес преобразователя порядка 600 кг. Занимаемый объем на один-два порядка меньше серийно выпускаемых преобразователей.

Полупроводниковые преобразователи

данной конструкции могут быть использованы в испытательных стендах для создания мощных испытательных установок на токи 500-1000 кА и более L повторно-кратковременным режимом работы, например для испытания генераторных выключателей, индукционных аппаратов (силовых трансформаторов, реакторов, измерительных трансформаторов), т околроводов токами короткого замыкания.

Формула изобретения

1. Полупроводниковый преобразователь, содержащий каркас, в котором расположены параллельно соединенные по мостовым схемам выпрямления выпрямительные блоки, содержащие анодные и катодные группы и состоящие из полупроводниковых приборов таблеточной конструкции, зажатые между охладителями, блоки демпфирования коммутационных перенапряжений, токоведущие шины переменного и постоянного тока, отличаю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов при одновременном увеличении рабочего тока сопротивления путем создания минимальных и равных путей протекания рабочего

тока по выпрямительным блокам, каркас выполнен из прямоугольной рамы, к углам которой прикреплены Г-образные стойки, а между ними по ширине рамы на равном расстоянии друг от друга прикреплены Тобразные стойки, причем верхние концы стоек противоположных сторон каркаса попарно соединены продольными стяжками, у основания стоек с внутренней стороны расположены изолирующие направляющие,

прикрепленные к стойкам и имеющие с внутренней стороны продольный вырез, между изолирующими направляющими в продольных вырезах размещены выпрямительные блоки, которые образуют несколько рядов по ширине каркаса и установлены друг на друга с образованием каналов для прохода охлаждающего воздуха около полупроводниковых приборов и токоведущих шин, причем нижние блоки установлены на

нижние изолирующие упоры, а блоки вертикального ряда прижаты друг к другу верхними изолирующими упорами, которые прикреплены к стойкам каркаса, на продольные стяжки и стойки установлена дополнительная введенная крышка, на которой размещены блоки демпфирования коммутационных перенапряжений.

2, Преобразователь по п.1, от л и ч а ю- щ и и с я тем, что выпрямительные блоки выполнены трехполюсными, охладителями являются шины постоянного и переменного тока, между которыми расположены полупроводниковые приборы, прижатые друг к другу двумя изолирующими пластинами.

Использование: в преобразовательных устройствах физических и электротехнических испытательных установках на большие токи с повторно-кратковременным режимом работы, н-р, для заряда индуктивных накопителей энергии. Сущность изобретения: преобразователь содержит каркас, образованный рамой, Г- и Т-образными стойками и продольными стяжками, выпрямительные блоки, нижние и верхние изолирующие упоры, угловые и промежуточные изолирующие направляющие, крышку с блоками демпфирования коммутационных перенапряжений и опорные изоляторы. Г-образные стойки прикреплены к раме по углам. Между Г-образными стойками по ширине рамы на равном расстоянии прикреплены Т-образные стойки. Между изолирующими направляющими в продольные вырезы помещены высоковольтные блоки, состоящие из анодной и катодной групп параллельно соединенных полупроводниковых приборов таблеточной конструкции, зажатых между токоведущими шинами переменного и постоянного тока двумя изолирующими пластинами. 1 з.п.ф- лы, 5 ил. v fe

26

21 &

Фиг.1

2

и

.in и и D n u и u n CL. Q и .

т

т

U и U n Ц injiru II Ц II Ц it Ц и Ц

ж

... Г. . I. Г. .. Г. .. .. .. ЛТ .. .. .. f. .. f. ..Гл.

in t j и П ч ..I i. ..I .j .. .. t Ml

J0.

и11и у и и ш у утготг

LL

Ж

1Ш

-S

JH IJ И j II IJ II Q II IJ II j II Q II J И П IT

Ь

J / J фи.3

.

LU.

Ц и Ц

и

Ъг-tf

2Z

f/

I .

ш

..-..Ч. -му- -iff - -j--РЧ -.-. ( i и П n ii и i 1 и 1ЛПТ

ill f

IJ II j II Q II J И П IT

-J

r

№22

13

-- -

A

#-.

VJ

Фиг.1

о-