Сильноточное выпрямительное устройство Советский патент 1979 года по МПК H01L25/02 H01L23/34 

(54) СИЛЬНОТОЧНОЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

1 ,

Изобретение относится к сипьно- точным выпрямительным устройствам, содержащим таблеточные полупроводниковые приборы, которые своими контактными поверхностями зажаты между охлаждающими контактными телами. В таких сильноточных выпрямительных устройствах используются полупроводниковые выпрямительные элементы с очень большими допустимыми номинальными токами и сравнительно низкими рабочими напряжениями. Именно большие номинальные Токи и сопутствующие им побочные явления, предъявляют определенные требования к конструкциям таких устройств.Полупроводниковый выпрямитель элемент зажат между контактными телами, которые, во-первых, должйы гарантировать безукоризненный электрически.й контакт с низким переходным сопротивлением к выпрямительному элементу, переходное сопротивление которого должно воспринимать ток поряд нескольких килоампер.Во-вторых, контактные тела для обеспечения постоянного контакта должны принимать и Переносить прижимные УСИЛИЯ, которые, могут претерпевать небольшие изменения вследствие неизбежных тепловых

расширений и допусков при изготовлении различных элементов конструкции, а также магнитных сил между ними. В третьих, контактные тела должны отводить неизбежные тепловые потери, возникающие при нагрузке. Кроме того вся конструкция- выпрямителя должна быть компактной, чтобы сохранить путь тока и, тем са№лм, импеданс небольшими.,Но с другой стороны, изза очень большой си.пы тока все проводящие соединения должны иметь значительно увеличенные поперечные сечёния и естественно выполняются, как правило, массивными.

Известно выпрямительное устройство в котором, по крайней мере, один полупроводниковый элемент зажат между двумя контактными телами, являющимися радиаторами и токоподЕэдами 1. В таких устройствах прижимное

давление обеспечивается посредством двух стоек и давящей на один из радиаторов дополнительной деталью. Давление осуществляется спомощью пружин .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является сильноточное выпрямительное устройство содержащее, по крайней

мере, один полупроводниковый элемент , зажатый мёйду снабженными каналами охлаждения контактны ш телами, одно з которых подвижно, с внешнейстороны снабжено прижимным механизмом, содержащим пружину, и через деформи- рующййся проводник электрически соединено с токопроводящей деталью 2,

.В известных выпрямительных устрой ствах деформирующийся контактный проводник состоит из соединительной планки, выполненной из медного листа толщиной в несколько миллиметров, котора я одниЫ «дй1да51 1 л Я5КбПпрЙ1ШЧгейа к Toipiiy соответствующего контактного тела, выведена от, него в сторону, а Другим концом плоско свинчена непосрёдйтёенно с выполненным в виде соединительной детали концом вторичной обмотки трансформатора. Давление на контактное тело осуществдяёТеяГпрй помощи пакета тарельчатых пружин, действующих непосредйтвеннб Ий йбйтакт- . ное тело в осевом направлении приблизит льйо в его середине. SitBHtie соединительной планки выполненавыемка прохождения проуший тарельчатых пружин. Свободный отрезок соединительной планки между ее привийг|еь}йШш концами может прогибаться длякомпенсации неизбежных производственных допусков, а также движений, обусловь ленных тепловым расширением при работе . Но при повышенных площадях поперечного сечения соединительной планки , диктуемых нО1данаЛбным тЪКёэм, необходима достаточнай сйла чтобы ее сгибать. Эта сила вызывает нежелательную асии етрию в натяжении, исходящем от тарейь атых и дёй-; ствующем на контактное тело, в результате чего контактное давление на выпрямительный элемент и, следовательно, переходное сопротивление распределяется неравномерно по контактной поверхности. Большая гибкость соеди- нительной планки может быть реализована только г1рй отказё от компа ктной конструкции, и, следовательно, при удлинении путей тока.. . : :.;..,: .;.:-.:. -.

IakHM образом в известных кЬнструкциях .большое взаимное влияние токо- . подвода, теплоотвода и усилие прижима.

Цельюиз6брёТё11ТГЙ 1Г§Л ё -й $ й р-анение взаимного влияния токоподвода теплоотвода и п рижимного усилия. достигается тем, 4:t6;подёижное контактное т:ело располо ено с

йдйалънШ зазором в цйШндрйчёском п остранстве, образованном токопроводящей деталью, окружёнсЗпо периметру

деформирующимся проводником, neipe крывающим радиальный зйзор, а в нижней части подвиясного контактногр тела выполнен кольцевой канал, герметйчнб соединенный скаййЙаШ ОХЛаждения, выполненныгда в токопрозбдящей детали.

Прижимной механизм выполнен в виде тарельчатой пружины и шаровой опоры, установочный винт которой размещен в неподвижной крышке, закрепленной на т.окопровдящей детали.

Деформирующийся проводник выполнен в виде пластинчатого кольца, концы, пластин которого прилегают по периметру подвижного контактного тела и внутренней стенки токопроводящей детали по линии, параллельной действию

пружины.

Деформирующийся проводник, образОВэнный слоем легкоплавкой эвтектики, расположен в ограниченном прокладками/ кольцевом зазоре между

5 подвижнь1м контактнымтелом и внутренней сменкой токопроводящей детали.

Канал охлаждения, выполненный по периметру ПРДВ11ЖНОГО контактного тела, расположен на его конце, прилегающем к полупроводниковому элементу.

Канал охлаждения в подвижном контактном теле выполнен в виде кольцевой канавки, уплотненной с обеих сторон прокладками. ;

5 На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - предлагаемое устройство, вид сбоку на фиг, 3 - то же, вид сверху;на фиг. 4 - то же, разрез

Q на фиг. 3 в увеличенном масштабе; на фиг. 5 - деформирующий контактный проводник, выполненный в виде пластинчатого кольца в увеличенном масштабе;на фиг. 6, -;.то же, другой.

с вариантв видеслоя легкоплавкой эвтектики.

Три однофазных трансформатора 13с магнитно-разделенными контурами своими первичными обмотками 4-6, соединенными в звезду, подкдючены к трем

0 фазам R, S, Т трехфазной системы. Вторйч:ные Обмотки 7, 8 и 9 трех одноФазных трансформаторов имеют по отводу от средних точек 10, 11 и 12, соединенных друг с другом и подключенных к шине 13, образующей минусовой полюс или массу выпрямителя. Концы вторичных обмоток 7-9 через выпрямительные устройства 14 (ради . простоты, изображены как диоды) подключены к шине 15, образующей плю совой полюс выпрямителя. Взятое в рамку на фиг. 1 штриховой линией В, изображено на фиг. 2 и 3, а на . фиг. 4 показана часть взятая в рамку на фиг.1 пунктирной линией С.Все выпрямительные устройства 14 принципиально одинаковы, причем в каждом выпрямительном устройстве предусмотрено по одному или несколько парал.лельно включенных полупроводниковых

выпря№1тельныхэлементов.

На фиг. 2, 3 и 4 показаны шины 13, 15, которые через изолирующую проклаЛку 16 мощными болтами 17 и гайками 18 соединены между собой жестким Т-образным профилем. При этом болты 17, как видно на фиг.4, посредством изолирующих втулок 19 и .изолирующих подкладных шайб 20 элек трически изолированы от.шины 15, в 1то время, как шина 13 лежащая на по :тенциале корпуса, не изолирована от болтов 17 и гаек 18. Кроме того, болты 17 служат также (на чертеже не показано) для присоединения флан цами шины 13 непосредственно к отводам от средних точек, выведенных в виде подсоединительных пластин вторичных обмоток 7, 8 и 9. К обеим сторонам шины 15 череэ промежуточны слой и.золирующих пластин 21 и 22 пр креплены по три колодкообразных мас сивных соединительных детали 23 и 2 Это закрепление для каждой соединительной детали осуществляется крашками 25, которые, со свей стороны, при помощи четырех болтов 26, изоли рованных от относящихся к ним крыше и блоков,с помощью изолирующих подкладных шайб 27 и изолирующих втуло 28 и проходящих через промежуточные пластины 21, 22 насквозь, привинчены к фланцам шины 15. Каждая прямоугольная крышка 25 изолирующей прокладкой 29 электрически изолирована от относящейся к ней соединительной детали и заделана в цилиндрическую камеру 30, образованную относящейся к ней соединительной деталью и проходящую через изолирующие промежуточные пластины 21, 22. Каждая соединительная деталь в представленном примере исполнения имеет три идентич но изготовленных камеры 30, из кото рык на фиг. 4 представлена только одна. Соединительные детали 23 и 24 со своими (фиг, 4 внизу) боковыми поверхностями, компланарными с плоскими сторонами шины 13,елужат контактным блоком к концам вторичных обмоток 7-9 трансформаторов 1-3, изготовленных в виде соединительных пластин (на чертеже не показано). Для свинчивания соединительных деталей 23, 24 с относящимся к ним соединительными пластинаг о1 вторич-. ной обмотки служат болты 31, проходящие через блоки и снабженные гайками. Каждая из камер 30 служит для размещения полупроводникового выпрямительного элемента 14, например, в его стандартной форме, а именно в ;форме шайбы или диска, плоскости которого являются контактными плоскостями. Плоский торец выпрямительного элемента 14 плотно наложен на плоскую боковую поверхность шины 15, которая служит в этом случае базовой поверхностью для всех выпрямительных элементов, расположенных на этой стороне цшны 15. То же самое отно- сится ко всем девяти выпрямительным элементам, помещенным в соединитель ные детали 24. На другую плоскую 96. 6 поверхность выпрямительного элемента 14 наложена торцовая пов.ерхность выполненного в виде поршня контактного тела 32, которое с радиальным зазором расположено в камере 30. На противоположной относительно выпрямительного элемента стороне контактного тела 32, сформирована центральная пружинная камера 33 и коаксиальное направляющее отверстие 34 для нее. В пружинной камере 33 расположен пакет тарельчатых пружин 35, которые одним концом опираются на дно пружинной камеры 33 и другим концом на головку перемещаемого в направляющем отверстии 34 направляющего болта 36. В головную часть 37 коничес5 ого отверстия 38 помещен шарик 39, который, в свою очередь, вотверстии 40 подпирается концом установочного винта 41, который ввинчен в резьбовое отверстие 42, образованное в середине крышки 25, Контактное тело 32 по мере ввинчивания установочного винта 41, нажимает на выпрямительный элемент 14, и благодаря зазору между его объемом и внутренней стенкой камеры 30 оно способно к перекосу, чтобы выравнять ошибки в соосности плоских сторон выпрямительных элементов 14 и также их допуски на толщийу. Благодаря этому выполняется требование необходимой, механически равномерно действующей на выпрямительный элемент 14 прижимной силы. Для обеспечения способного к большей нагрузке электрического контак- та между контактным телом 32 и соединиТельной деталью 23 по периметру контактного тела 32 выполнена неглубокая, открытая наружу, канавка 43, в которую вложено пластинчатое контакное .кольцо 44, перекрывающее зазор между контактным телом 32 и внутренней стенкой камеры 30. Контактное кольцо 44 может быть согнуто из контактной ленты 45, часть которой изображена на фиг, 5. Такая пластинчатая контактная лента 45 состоит из листовой ленты 46, иэ которой посредством ряда 1-образных прорезей вырезаны пластины 47, поперечные к направлению ленты 46 и которые подвернуты на угол примерно от 40 до 45° к плоскости ленты 46, Но концы пластин 47 посредством действующих как крутильные пружины стенок остаются соединенными с боковыми кромками 48, 49 ленты. Контакт,ная лента 45 может быть изготовлена из.электрически :Хорошо проводящего материала с пружинными свойствами, например иэ бериллиевой бронзк с посеребренной или позолоченной по-. верхностью. В встроенном положении пл.астины 47 45, свернутой в кольцо 44, пружиняще 3akpy4eHH наг зад и зацепляются поэтому как с дном канавки 43 и благодаря этому. Также, с контактным Телом 32,так и с внутренней стенкой камеры 30 и, следовательно, с соединительной де. „23. Так. как пластины 47 ка-саются камеры 30 поб6ра,зуйщеЙ;, гйрантируется осевая подвижность, тактного тела 32 в камере 30. Одна косилы трёния, действующие в осевом направлении, распределяшч:я равномерно вокруг оси контактного тела 32 и поэтому не ся асимметрии в прижимной силе. Таким fto4TaKT HHM проводником обеспечёно хорошее электрическое соединение, й перех6дное сопротивление минималЪ но, ток протекает через каждую отДельную пластину, активное передаточное поперечное сечение которой практически соответствует произве дению длины пластины на Толщйй ен ты. Кроме того, котитакт о &лыдй 44 по своей радиальной тЪлщин сжимаемо, так как пластины 47 пружи {Шг(5Г 1Тд615|Зачив ют-с:я fleasaff в TiJtodKOcТи ленты. При выполнении контактного мируадегося проводника в виде пластинчатого кольца моЗкет в некоторых случаях происходить фрикционное соединение. Этого можно избежать, если элексоединенйемежду деталью ,i. . трическое 23 и. .контактным телом 32 образовано так, как схематически изображено на фиг, 6. В этом случае кольтцебоё про странство 50 между объемом контактного тела 32 и внутренней стенкой камеры 30 по оси ограничено двумя прокладками 51, перекрываю1дигй:зазор между контактным телом 32 и внутренней стенкой камеры 30. Это кольцевое пространство заполнено сло ем, легкоплавкой эвтектики 52 из сис тем металлов:Bi, Sn, Pb. Cd, Hg, Зп .-.Ga. Такай; эвТектика; является; ж йдкой :прк невысоких температур ах-Т л/ 15°С, то есть, почти при комнатной Темпё ратуре ,В жйдйЪм состЬяШй та ая эвтектика дает очень низкое переход н 6ё сопротивление и не создаёт вообще никакого фрикционного х:о„единеНИН. Такой жидкий контактный провод ник особенно пригоден, потому что объем,кольцевого пространства 50 по , независимо от осевбго и радиального положений контактно1 о тел 32 в 4(амере 30. Таким образом, выполняется также второе требование: хорошее электрич ным телом 32 и соединительной детал 23 без существенного нанейевйя.врёд срёдетвам, созидающим прижимй силу Для отведения потерь тепла как шйнеТЗ/ ак и в шине 15, ны каналы 6хлаж,дения 53 , рые подключены к охладительному кон туру {подробно .не показан) . В Ьоёди йительных деталях 23, 24, каквидно

674696

8 из фиг. 4, через ниппельное отверстие 55, также подключенное к охлаДительномУ контуру (не показан), выполнены каналы охлаждения 56, 57, которые через радиальные отверстия 58, 59 сообщаются с камерой 30 и, следовательно, с открытой наружу канавкой 60,образованной в рбъеме контактного тела 32. Канавка СО п.ри помощи зазора между контактным телом 32 и внутрённЪй стенкой камеры ЗО герметизируется перекрывающей прбкладкой 61.Канавка расположена вблизи контактной поверхности, обращенной к выпрямительному элементу 14. Таким образом, тепло от выпрямительного элемента отводится через контактное тело в канавку 60, прежде чем оно может повлиять на. места контактов й й№таКТнЪг6 кольца 44,и наоборот,поступающее да эти места контактов тепло, в известной мере не отведенное посредством охладителя в каналах 57, бтводйТёй охладителем в канавке 60, прежде чем онО сможет существенно повлиять на температуру поверхност®й прилёг аЮ1Цйх:к выпрямительному элементу. Благодаря этому выполняется третье требование: отвод тепловых потерь. . Необходимо отметить, что отвод тепла и прохождение тока от контакт- нОго тела 32 в радиальном направлении осуществляется в различных плос-костях, в то врем,я как прижимная сила действует только по оси, причем средства для отвода тепла и для пер еноса тока, а также прижимная сила к контактному телу 32 и соответственно от Него, практически не влияют друг й а друга. Формула изобретения 1. Сильноточное выпрямительное устройство, содержащее, по крайней мере, один полупроводниковый элемент , зажатый между снабженными каналами О5шаждения контактными телами, одно из которых подвижно, с внешней стороны снабжено прижимным механизмом, содержащим пружину, и через деформирующийся проводник электрически соединено с токопрово-. дящей детагтью, отличающеес я тем, что, с целью устранения взаимного влияния токоподвода, теплоотвода и прижимного усилия, подвижное контактное тело расположено с радиальным зазором в цилиндрическом пространстве, образованном токопройодящей деталью, окружено по периметру деформирующимся проводником, перекрывающим радиальный зазор, а в нйжней части подвижного контакт- НОГО тел.ё1 выполнен кольцевой канал охлаждения, герметично соединенный с каналами охлйл-дения, выполненными в токопрёводящей детали. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прижимноП механизм выполнен в видедарельчато пружины и шаровой опоры, установо ный винт которой размещен в неподви ной крышке, закрепленной на токопроводящей детали. 3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что деформирующийся проводник выполнен в виде пластинчатого кольца, концы пластин которого прилегают по периметру под вижного контактного тела и внутренней стенки токопроводящей детали по линии параллельной действию пружины 4.УстройствоПО п. 1, отличающееся тем, что деформирующийся проводник, образованный слоем л гко плавкой эвтекг.ики, расположен в ограниченном прокладками кольцевом зазоре между подвижным

17

fS

о 5 о / иг. 610 контактным телом и внутренней СТРНкой токопроводящей детали. 5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что канал охлаждения, выполненный по периметг ру ПОДВИЖНОГО контактного тела, расположен на его конце, прилегающем к полупроводниковому элементу. 6.Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что канал охлаждения в подвижном контактном теле выполнен в виде кольцевой канавки, уплотненной с обеих сторон прокладками. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i; Патент ФРГ № 1-914790, кл. 21g il/02, 1970. 2. Schlatter Bulletin, фирмы H.A. Schlatter A.G., Швейцария № 18, 1975, с. 3-12. .

674696

й/г5

« 30 .f я л

/ /

f//4

29

й/г.«