Полупроводниковый реверсивный преобразователь с системой воздушного естественного охлаждения Советский патент 1983 года по МПК H05K7/20 H01L23/00 H05K5/00 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С СИСТЕМОЙ ВОЗДУШНСГО ЕСТЕСТВЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

. . :. 1 Изобретение относится к полупроводниковой преофазовательной технике и может быть иснользовано в преобразовательных устройствах различного назначения: для питания электропривода, как низковоль ного, так и высоковольтного, в металлур.гической, химической, текстильной и других отраслях промьшшенности, для питания передающих устройств в технике связи, для питания сварочных установок различного назначения, питания электропривода в подвижном электротранспорте ив грузоподъемных механизмах. Известна система электрического обору дования, смонтированная в шкафу, охлаждаемая принудительно воздушным потоком. Вентилятор, расположенный на полу шкафа, нагнетает основной восходящий поток воздуха. Электрическое оборудование установлено на горизонтально расположенных пане лях, рвзмещенных на разных уровнях по высоте шкафа, образующих ряды. Шкаф снабжен воздушной системой высокого, давления имеющей ответвления на уровне каждо о рада панелей и подающей воздушные струи от впускных ответвлений перпендикулярно к основному восходящему потоку. - Благодаря этому основной поток расчленяется на части и отклоняется в сторону нагретых частей электрического оборудования. С электрооборудованием соединены отводные каналы, позволяющие основному потоку воздуха протекать по нагретым местам к составным элементам, а затем вытекать из-шкафа Cl. Недостатками устройства являются наличие системы принудительной вентиляНИИ - вентилятора с электродвигателем, усложняющих конструкцию, условия эксплуатации, обслуживания н ремонта, а также требующей дополнительных затрат электроэнергии; а также системы высокого давления, разбивающей основной поток на ряд параллельных потоков, для чего требуется специальный источник высокого давления, что также усложняет конструкцию и условия ее эксплуатации. того, горизонтально расположен ные панели, размещенные на разных уров нях по высоте шкафа, рбразуют р5зды, что npenaxcTByet свободному доступу восход$ш1их охлаждающих воздушных потоков к охлаждаемым элементам электрического оборудования. Наиболее близким к изобретению является полупроводниковый реверсивный преобразователь с системой воздушного еетественного охлаждения, doдepжaщий корпус с перфорацией в его стенках, установ ленньте в нем вдоль направления воздушного потока групповые охладители с токо ведущкми шинами, полупроводниковые эле менты с индивидуальными- охладителями с ребрами охлаждения, размещенные на каждом из групповых охладителей и образующие анодную и катодную группы встречно-параллельно включенных электрических мостов, и предохранители Г 2 Недостатком известного полупроводникового реверсивного преобразова(геля является то, что он не надежен в работе так как не обладает достаточно высокой эффективностью охлаждения, имеет сложную конструкцию. Цель изобретения - повьпиение эффек.тивности охлаждения и упрощение конструкции. . Поставленная цепь достигается тем, что в полупроводниковом реверсивном преобразователе с системой воздушного естественного охлаждения, содержащем корпус с перфорацией в его стенках, установленные- в нем вдоль направлениявоздушного потока групповые охладители с ребрами охлаждения, соединенные с токоведущимн щинами, полупроводниковые элементы с индивидуальными охлади . телями с ребрами охлаждения, размещенные .на каждом из групповых охладителей и образующие анодную к катодную группы встречно-параллельно включенных электрических мостов, и предохранители, предохранители расположены между групповыми охладителями, а торцевые концы ребер охлаждения групповых и индивидуальных охладителей расположены в пло костях параллельных соответствующим CTeHisfiM с перфорацией. Н фиг. 1 показан полупроводниковый реверсивный преобразователь, вариант вьшолнения ребер охлаждения охладителе с расположением ихторцевых концов в плоскостях параллельных передней и задней стенкам корпуса, общий вид; на фиг. 2 -сечение А-А на фиг. 1 с перфорацией в передней и задней стенках; на фиг. 3 - то же, с перфорацией в передней стенке корпуса; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 1, с перфорацией в противоположных стенках корпуса (в передней и задней, в нижней и верхней); на фиг. 5 - то же, с перфорацией в верхней, нижней стенках и в передней стенке корпуса; на фиг. 6 то же, с перфорацией в пересекающихся стенках; на фиг. 7 - полупроводниковьй реверсивный преобразователь, вариант вьшолнения ребер охлаждения охладите лей Q расположением их торцевых в плоскостях параллельных передней и задней стенкам корпуса, общий вид; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 7, с перфорацией в передней и задней стенках корпуса; на фиг. 9 - то же, с перфорацией в передней стенке корпуса; на фиг. 1О ввд Г на фиг. 7, с перфорацией в противоположных стенках корпуса (в передней и задней, в нижней и верхней); на фиг. 11то же, с перфорацией в верхней, нижней стенках и в передней стенке корпуса; на фиг. 12 - электрическая схема включения групп встречно-параллельных электрических мостов полупроводникового реверсивного преобразователя. Полупроводниковый реверсивный преобразователь содержит металлический корпус 1, стенки которого вьшолнены с перфорацией 2 в зависимости от вариантов исполнения для подачи охлаждающего воздушного потока и отвода нагретого воздушного потока в окружающую среду, направление воздушного потока показано стрелками. :В каждом варианте вьшолнения в корпусе 1 установлены групповые охладители 3 с ребрами 4 и 5 охлаждения, на которых радмещены индивидуальные охладители 6 с ребрами 7 охлаждения, образующие анодную и катодную группы всречно-параллельно включенных электрических мостов. Групповые охладители 3 установлены в корпусе 1 таким образом, что торцевые концы ребер 4 охлаждения и ребер 7 охлаждения индивидуальных охладителей 6 расположены в плоскостях параллельных соответствующим стенкам корпуса 1 с перфорацией 2, в одном варианте - передней 8 и задней 9 стенкам корпуса 1 или только его передней стенке 8, а в другом варианте выполнения ребер 4 и 7 охлаждения групповых и индивтадуальных охладителей соответственно 3 и 6, а именно, при расположении их под углом, наклонными или перпендикулярными стен. ками с перфорацией могут быть нижняя 10 и верхняя 11 стенки корпуса 1. Перфорация 2 может быть расположена и в боковых стенках 12 и 13 корпуса 1 или : oднoвpe ieннo только в смежных стенках, например, в верхней 11 и передней 8 стенках корпуса при условии расположейия торцевых концов соответствующих ребер и охлаждения групповых охладителей в плоскостях параллельных соответствующим стенкам корпуса 1 с перфораци ей 2. На каждом из групповых охладителей 3 с полуяроводниковь(ми элементами 1417 и соединенными с индивидуальными охладителями 6 обоих вариа1 тов исполнения офазованы анодные и ка тодные груп- пы электрических мостов, включенных встречно-41араллепьно, при этом каждый групповой охладитель 3 соединен с токоведущими шинами 18 и 19 выпрямленного тока обоих мостов поочередно, обьеди няя электрически катодные и анодные выводы полупроводниковых элементов 14 и 15, 16 и 17 соответственно двух встречнонпараллёльных мостов I и П , Оба rjEJynnoBbiX охладителя 3 с токоведущими шинами 18 и 19 установлены на изоляторах 2О и 21, опирающихся на опорные элементы 22 и 23. В средней части корпуса 1 на изоляционной панели 24 установлены предохранители 25 и 26 электрического моста 1и электрического моста Н , соответственно. Предохранители 25 и 26 расположены в передней час ти корпуса 1, в зоне, удобной для обслуживания. При включении реверсивного полупроводникового преофазователя, в зависимости от заданногчэ режима, работ ают группы полупроводниковых элементов 14 и 16 моста I (вперед)или 15 и 17 моста II (назад). Вьшрямленный ток проходит по групповому охладителю 3. Полупроводниковые элементы 14 и 16, напрсшер, моста 1 при этом нагре.ваются и отдают тепло с одной стороны индивидуальным охладителям 6, а с лру- г стороны групповым охладителям 3, так как включение мостов. и происходит поочередно, то отдача тепла групповым охладителям 3 происходит также поочередно, от полупроводниковых элемен тов 14-17, тем самым поверхность теплоотвода работающих элементов возраста ет, сохраняя при этом компактность уста новки в целом. Кроме того, групповые охладители 3 являются одновременно токоведущей шино анодной и катодной групп электрических мостов I и И , работающих поочередно. Тепло, вьщеляемое охладителями в меж-ij реберное пространство и в окружакнцую среду корпуса 1 переносится путем естественной конвекции воздуха. Вследствие того, что во всех типоисполнениях реверсивного преобразователя каждый групповой охладитель 3 стороной с выходяпщми тюрцевыми концами ребер 4 охлаткдения установлен параллельно перфорированной поверхности корпуса, основной скорост- ной воздушный поток нагретый, образуемый в межреберном пространстве групповых и индивидуальных охладителей 3 и 6, свободно переходит в окружающую среду через перфораций 2, холодный вгздзшшый поток может беспрепятственно проходить К теплоотдающей поверхности. Общая кса«1- пановка теплонагруженных элементов преобразователя: полупроводниковых элементов 14-17, предохранителей 25 и 26, такова, что на-пути основных тепловых воздуишых потоков отсутствуют какиелибо препятствия, при предохраните- ли 25 и 26 вынесены на отдельную панель 24 вне зоны полупроводниковых элементов 14-17, следовательно воздушных потоков, и тем самым улучшается доступ к их обслуживанию. Изобретение значительно упрощает конструкцию реверюивного преобразователя при одновременном повышении эффективности охлаждения. Упрощение конструкции преобразователя достигается за счет того, чтотеп- лонагруженные элементы, например полупроводниковые элементы, скомпонованы на групповых охладителях, являющихся одновременно токоведущим шинами преобразоБателя. Таким образом, значительно сокращается количество соединитель- , ных и крепежных деталей для их монтажа, токоподвода, а также электроизоляционных материалов, что в итоге приводит к сокращению материалозатрат на изготовление, сокращение весогабаритных показателей н, в результате, занимаемой площади. Повышение эффективности охлаждения достигается за счет того, что каждый групповой охладитель стороной с выкоашшгми торцами ребер установлен параллельно nei форированной поверхности шкафа, что позволяет воадзгашому чПотоку беспрепятственно проходить через перфорацию и мекфеберм кое пространство охладителей. Компоновка теплонагружешпых элементов (полупроводниковых приборов) на каждом охладителе обеих групп мостов, как анодной, так и катодной, включенных встречно-яараллвль- но, также способствует эффективности охлаждения, так как теплоотводяншя мЫд 799 вость повьшается вдвое. Кроме того, предохранители, вьшесеннью на отдельную павепь -шге основного теплового потока, не подогревают групповые охладители с 1фи6орами, т.е. не ухудшают их охлаждение. В результате изготовления преобразователя трудоемкость затрат на изготовление понижается в 2 раза, весогабаритные показатели - в 1,5 раза, занимаемая площадь обслуживания -в 2 раза. Формулаизобретения Полупроводниковый реверсивный преобразователь с системой воздушного естест венного охлаждения, содержащий корпус с перфорацией в его стенках, установленные в нем вдоль направления воздушного потока групповые охладители с ребрами охлаждения, соединенные, с токоведушими 4 шинами, полупроводниковые элементы с индивидуальными охладителями с ребрами охлаждения, размещенные на каждом из групповых охладителей и образующие анодную и катодную группы встречнопараллельно включенных электрических мостов, и предохранители, отличающийся тем, что, с целью повыше- ния эффективности охлаждения и упрощения конструкции, предохранители располо4 жены между груцповыми охладителями, а торцевые концы ребер охлаждения групповых и индивидуальных охладителей расположены в плоскостях, параллельных соответствующим стенкам с перфорацией. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 362251, кл. Н 05 К 5/00, 1975. 2.Патент США № 3955122, кл. 317-10О, 04.05.76 (прототип).

. 1

Вид Б

ВиВ Б

Вид Б

f - f f // f 4 М И //

ч

8

S ч

у

i 4

ijitiiii I iw.i .зе;

в

t f I

uz.5

. t

Фи.б

B- В

1 г 2

V

6 6

2S 26 UZ. 8

B-B

2 Z5 26 8

uz.3

Вид Г tftlftf f

f Н f

. 10

виВ Г МММ//

.

I

L.

11/

ifl

П

-KJ--o

Kb-о