Силовой выпрямительный блок с испарительным охлаждением Советский патент 1993 года по МПК H05K7/20 H01L23/34 

S As / /.

1 S S .

I

8

Область использования .изобретения: изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии. Сущность изобретения: с целью повышения ремонтоспособности, снижения массы и размеров блока в силовом выпрямительном блоке с испарительным охлаждением силовые полупроводниковые приборы 1 расположены между индивидуальными 2 и групповыми 8 теплоотводами и соединены

ииишииии

Л

-ц

-5

СО

С

t

о

СлЭ

ся о

Фиг.1

между собой общим групповым прижимным устройством, состоящим из прямоугольной скобы 4 и прижимных винтов 5. Силовые полупроводниковые приборы 1, теплоотво- ды 2 и 3, прижимное устройство погружены в жидкий промежуточный теплоноситель 6, которым частично заполнена герметичная емкость 7. Вверху герметичной емкости, вне среды промежуточного теплоносителя находится водяной конденсатор 8. Для электрической изоляции полупроводниковых приборов от прижимного устройства используются дисковые изоляторы 9. ИндивиИзобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии.

Целью изобретения является повышение ремонтноспособности силового выпря- мительного блока с испарительным охлаждением, снижение массы и размеров блока.

Поставленная цель достигается тем, что силовой выпрямительный блок с испарительным охлаждением, содержащий герметичную емкость, заполненную жидким промежуточным теплоносителем, конденсатор, силовые полупроводниковые приборы таблеточного типа, расположение в вертикальных и горизонтальных рядах блока, размещены между групповыми сребренными теплоотводами с одной стороны и индивидуальными сребренными теплоотводами с другой стороны (между приборами в горизонтальных рядах). Приборы с групповыми и индивидуальными теплоотводами соединены с помощью единого, группового прижимного устройства для всех приборов выпрямительного блока. Индивидуальные теплоотводы выполнены в виде цилиндрических элементов с диаметром, равным ди- аметру контактных поверхностей оснований силовых полупроводниковых приборов таблеточного типа, и сребренных кольцевыми ребрами постоянного сечения. Групповые теплоотводы оребрены прямыми вертикальными ребрами постоянного сечения. Таким образом, кольцевые ребра индивидуальных теплоотводов и прямые вертикальные ребра групповых теплоотводов располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют вертикальные межреберные каналы, причем соотношение площадей сребренных поверхностей индивидуального и группово- готеплоотвода описывается следующим выражением:

дуальные теплоотводы 2 выполнены в виде цилиндрических элементов с диаметром, равным диаметру контактных поверхностей оснований приборов, сребренных кольцевыми ребрами. Групповые теплоотводы 3 сребрены прямыми вертикальными ребрами постоянного сечения. Кольцевые ребра индивидуальных теплоотводов и прямые ребра групповых теплоотводов расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях и образуют вертикальные межреберные каналы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Fop.г. --П Fop.и

где F0p.г. площадь сребренной поверхности группового теплоотвода, м ;

Fop.и - площадь сребренной поверхности индивидуального теплоотвода, м2;

п - количество силовых полупроводниковых приборов в одном вертикальном ряду блока.

Изобретение поясняется чертежами,

фиг. 1 и 2. Силовые полупроводниковые приборы 1 расположены, между индивидуальными 2 и групповыми 3 теплоотводами и соединены между собой общим групповым прижимным устройством, состоящим из

прямоугольной скобы 4 и прижимных винтов 5. Силовые полупроводниковые приборы 1, теплоотводы 2 и 3, прижимное устройство погружены в жидкий промежуточный теплоноситель 6, которым частично

заполнена герметичная емкость 7. Вверху герметичной емкости, вне среды промежуточного теплоносителя находится водяной конденсатор 8. Для электрической изоляции полупроводниковых приборов от прижимного устройства используются дисковые изоляторы 9. Индивидуальные теплоотводы 2 выполнены в виде цилиндрических элементов с диаметром, равным диаметру контактных поверхностей оснований приборов,

сребренных кольцевыми ребрами. Групповые теплоотводы 3, оребрены прямыми вертикальными ребрами постоянного сечения. Кольцевые ребра индивидуальных теплоотводов и прямые ребра групповыхтеплоотводоврасполагаютсяво

взаимноперпендикулярных плоскостях и образуют вертикальные межреберные каналы.

Устройство работает следующим образом: силовой выпрямительный блок с испарительным охлаждением, например собранный по трехфазной симметричной мостовой схеме выпрямления (фиг.1) рабо- тает следующим образом: силовые полупроводниковые приборы 1. расположенные в вертикальных рядах, при прохождении через них электрического тока, выделяют теп- ловую мощность потерь. Тепловая мощность, в силу симметричности конструк- ции приборов, распространяется поровну к анодному и катодному основаниям и далее от одного основания к индивидуальному теплоотводу 2, от другого - к групповому теплоотводуЗ, Далее тепловой поток за счет кипения и парообразование передается промежуточному теплоносителю 6, например фреону 113, которым заполнена герметичная емкость 7. Пары фреона 113 поднимаются вверх емкости, достигают конденсатора 8, конденсируются на его по- верхности, конденсат стекает обратно в объем жидкости. Ребра групповых и индивидуальных теплоотводов ориентированы во взаимно перпендикулярных плоскостях таким образом, что образуют вертикальные каналы, необходимые для более эффективного теплообмена между теплоотводами и промежуточным теплоносителем. Кроме того, только такая взаимная ориентация ребер позволяет создавать усилие сжатия приборов, находящихся в горизонтальных рядах, с помощью единого прижимного устройства. Для того, чтобы тепло от каждого силового полупроводникового прибора в сторону анода и катода отводилось равномерно, тепловое сопротивление теплоотводов со стороны анода и катода должны быть одинаковы. Поэтому тепловое сопротивление группового теплоотвода, работающего с одним вертикальным рядом приборов, должно быть во столько раз меньше одного индивидуального теплоотвода, сколько ин- дмридуальных теплоотводов работает с тем же вертикальным рядом, то есть сколько приборов в одном вертикальном ряде:

RTm tn Ktn

Г.т

где Rtr - тепловое сопротивление группового теплоотвода, °С/Вт:

RthM T тепловое сопротивление индивидуального теплоотвода, °С/Вт;

п - количество приборов в одном верти- кальном ряду.

Учитывая, что величина теплового сопротивления сребренных теплоотводов и площадь оребрения их связаны зависимостью

Rtn

1

Fop

Величины площади оребрения группового теплоотвода и индивидуального тепло- отвода должны быть связаны следующим выражением

ор.г.

П

ор.и.

. 5 10 15 . 20 25 0 5 0

5

5

В случае выхода из строя одного силового полупроводникового прибора путем ослабления соответствующего прижимного винта 5 прибор освобождается от усилия сжатия и извлекается из теплоотводов, расположенных внутри прямоугольной скобы 4.

Использование данного изобретения при создании силовых полупроводниковых преобразовательных устройств с испарительным охлаждением позволяет существенно снизить массу и размеры агрегатов. Кроме того появляется экономический эффект из-за снижения времени ремонта преобразователей на объектах эксплуатации.

Формула изобретения

ор.г

ор.и.

где п - количество силовых полупроводниковых приборов в одном пакете.

МА

Фиг.1