CS241691B1

CS241691B1 - Liquid cooling semiconductor converter design

Info

Publication number: CS241691B1
Application number: CS845937A
Authority: CS
Inventors: Jaromir Straka; Antonin Malousek; Dalibor Zdenek
Original assignee: Jaromir Straka; Antonin Malousek; Dalibor Zdenek
Priority date: 1984-08-03
Filing date: 1984-08-03
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS593784A1

Abstract

Řešení se týká konstrukce polovodičové ho měniče s kapalinovým chlazením a řeší se jím technický problém zjednodušení a zmenšení rozměrů měniče. Podstata vynálezu spočívá v tom, že počet základních bloků (6) v každé části (1) měničové sestavy je roven sudému násobku počtu fází napájecího střídavého napětí a ve střední části základového rámu (2) jsou v mezeře mezi částmi (1) měničové sestavy uspořádány vodorovně orientované desky (3) z izolačního materiálu, kterými prochá zejí přívody (4J střídavého a stejnosměrné ho proudu a na kterých je uspořádáno pří slušenství (8) polovodičového měniče.The solution relates to the design of a liquid-cooled semiconductor converter and solves the technical problem of simplifying and reducing the dimensions of the converter. The essence of the invention lies in the fact that the number of basic blocks (6) in each part (1) of the converter assembly is equal to an even multiple of the number of phases of the alternating voltage supply and in the middle part of the base frame (2) in the gap between the parts (1) of the converter assembly, horizontally oriented plates (3) of insulating material are arranged, through which the leads (4J of alternating and direct current pass and on which the accessories (8) of the semiconductor converter are arranged.

Description

Vynález se týká konstrukce polovodičového měniče s kapalinovým chlazením.The invention relates to the construction of a semiconductor transducer with liquid cooling.

Dosud známé konstrukční systémy polovodičových měničů velkých výkonů a vysokých napětí jsou řešeny tak, že přívod střídavého proudu je veden do střední části měničové skříně či sestavy pomocí sběrnic. Po obou stranách střední části jsou umístěny tyristory s chladiči a potřebné příslušenství uspořádané do konstrukčních bloků, které jsou pak tři nad sebou. Stejnosměrné vývody vycházející z těchto bloků jsou umístěny na bocích skříně či měničové sestavy. Většinou se používá stejnosměrných sběrnic, které rozšiřují zastavěný prostor. Známá jsou též řešení, kdy se pro vývody využívá vlastní nosné konstrukce, což vede k vysokým nárokům na konstrukci a izolační vlastnosti celého měniče. Další nevýhodou stávajících řešení je, že při velkých výkonech a vysokých napětích je třeba realizovat měničové skříně značných rozměrů což sebou přináší zvýšené nároky jak při výrobě, tak transportu a instalaci.The hitherto known construction systems of high power and high voltage semiconductor converters are designed in such a way that the AC supply is led to the central part of the converter box or assembly by means of buses. On both sides of the central part are placed thyristors with heatsinks and the necessary accessories arranged in construction blocks, which are then one above the other. The DC outlets coming from these blocks are located on the sides of the cabinet or inverter assembly. Mostly DC buses are used to expand the built-up space. There are also known solutions where the own supporting structure is used for the outlets, which leads to high demands on construction and insulation properties of the whole converter. Another disadvantage of the existing solutions is that at high outputs and high voltages it is necessary to realize inverter boxes of considerable dimensions, which brings increased demands during production, transport and installation.

Dále je známa stavebnicová konstrukce výkonového polovodičového modulu popsaná v čs. AO 206 423, ve které jsou jak výkonová polovodičová jednotka s příslušenstvím, tak i další příslušenství, jako jsou bloky přepěťové a komutační ochrany a podobně, uspořádány na svisle orientovaných nosných izolačních deskách, které jsou zásuvně uloženy v nosném rámu. Jednotlivé elektrické součásti jsou pak pasnicemi propojeny navzájem a se silnoproudým a propojovacím konektorem.Furthermore, the modular construction of the power semiconductor module described in the art. AO 206 423, in which both the power semiconductor unit with accessories and other accessories, such as overvoltage and commutation protection blocks and the like, are arranged on vertically oriented supporting insulating boards, which are slidably mounted in a supporting frame. The individual electrical components are then interconnected by means of busbars and with a power and connecting connector.

Popsané řešení sice umožňuje rychlou výměnu jednotlivých dílů modulu v případě poruchy, avšak za cenu složité konstrukce a použití konektorů, které pak musí být propojeny vně modulu, což zvyšuje nároky na zastavěný prostor. Další nevýhoda popsaného řešení- spočívá v prostorovém rozdělení příslušenství modulu do dvou částí uspořádaných po· stranách výkonové polovodičové jednotky, což má za následek prodloužení silnoproudých spojů, které je spojeno se zvýšenými materiálovými náklady a dále v důsledku potřeby izolačního prostoru zvětšuje celkový zastavěný prostor.Although the described solution allows quick replacement of individual module parts in the event of a failure, however, at the cost of complicated construction and the use of connectors, which must then be interconnected outside the module, which increases the space requirement. A further disadvantage of the described solution consists in the spatial division of the module accessories into two parts arranged on the sides of the power semiconductor unit, which results in a prolongation of the high current connections, which is associated with increased material costs and further increases the total built-up space.

Uvedené nedostatky známých řešení odstraňuje konstrukce polovodičového měniče s kapalinovým chlazením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že počet základních bloků v každé části měničové sestavy je roven sudému násobku počtu fází napájecího· střídavého napětí a ve střední části základového rámu jsou v mezeře mezi částmi měničové sestavy uspořádány vodorovně orientované desky z izolačního· materiálu, kterým procházejí přívody střídavého a stejnosměrného proudu a na kterých je uspořádáno příslušenství polovodičového měniče.The above-mentioned drawbacks of the known solutions are overcome by the liquid-cooled semiconductor converter designs of the present invention, wherein the number of base blocks in each part of the converter assembly is equal to an even multiple of the number of AC power phases. the transducer assemblies are arranged horizontally oriented sheets of insulating material through which the AC and DC power supplies pass and on which the semiconductor converter accessories are arranged.

Z hlediska snadné montáže je výhodné, jestliže přívody střídavého a stejnosměrného proudu jsou na deskách uchyceny přes izolátory, a části měničové sestavy jsou opatřeny samostatnými potrubími pro přívod a odvod chladivá.For ease of assembly, it is advantageous if the AC and DC inlets are mounted on the boards via insulators, and parts of the converter assembly are provided with separate refrigerant inlet and outlet pipes.

Nový a vyšší účinek vynálezu spočívá ve srovnání se známými řešeními v tom, že přívody jak střídavého, tak i stejnosměrného proudu jsou vedeny mezi částmi měničové sestavy a jsou tedy chráněny, aniž by přitom vyžadovaly zvětšení měničových sestav, případně jejich skříní. Další výhodou je zkrácení silnoproudých spojů uvnitř měniče, čímž se mimo jiné ušetří také nutný izolaění prostor kolem těchto spojů, což umožňuje dosažení nejen malých rozměrů a hmotnosti součástí ipěniče, které jsou žádoucí při výrobě, ale i vysoké konstrukční jednoduchosti, snížení spotřeby vah a živé práce> snadné montáže a zmenšení zastavěného prostoru.A new and higher effect of the invention is that, in comparison with known solutions, both AC and DC leads are routed between the parts of the converter assembly and are therefore protected without requiring enlargement of the converter assemblies or their enclosures. Another advantage is the shortening of the power connections inside the inverter, which also saves the necessary isolation of the space around these connections, which enables not only the small size and weight of the parts and the parts required for production, but also high design simplicity, reduced weight and live work> easy assembly and reduction of built-up space.

Vynález je dále objasněn na příkladu jeho provedení, který je popsán na základě připojeného výkresu, který znázorňuje na obr. 1 boční pohled, na obr. 2 čelní pohled na konstrukci polovodičového měniče podle vynálezu.The invention is further elucidated by means of an exemplary embodiment thereof, which is described with reference to the accompanying drawing, which shows a side view of FIG. 1, and a front view of the construction of a semiconductor converter according to the invention in FIG.

Na základovém rámu 2 je uspořádána měničová sestava, která je rozčleněna ve dvě části 1 připevněné rozebíratelně na koncích základového rámu 2. Mezera mezi částmi 1 měničové sestavy je přemostěna-vodorovně uspořádanými deskami 3 z izolačního materiálu, kterými procházejí přívody 4 stejnosměrného a střídavého proudu, uchycené na deskách 3 přes izolátory 5. V nosných konstrukcích částí 1 měničové sestavy jsou zasunuty základní bloky 6 s tyristory a jejich příslušenstvím, které jsou s přívody 4 propojeny buď pásovinou nebo kabely. Počet základních bloků 6 uspořádaných v každé části 1 měničové soustavy je roven sudému násobku počtu fází napájecího napětí, ve většině případů tedy každá část 1 měničové sestavy obsahuje šest základních bloků 6.A transducer assembly is disposed on the base frame and is divided into two parts 1 mounted detachably at the ends of the base frame 2. The gap between the transducer parts 1 is bridged by horizontally arranged insulating material plates 3 through which the DC and AC inlets 4 pass. mounted on the plates 3 through the insulators 5. In the supporting structures of the parts 1 of the converter assembly, the basic blocks 6 with thyristors and their accessories are inserted, which are connected to the inlets 4 either by strip or cables. The number of base blocks 6 arranged in each part 1 of the converter assembly is equal to an even multiple of the number of supply voltage phases, so in most cases each part 1 of the converter assembly comprises six base blocks 6.

Na nosných konstrukcích částí 1 jsou uchycena potrubí 7 pro přívod a odvod chladivá a desky 3 jsou dále využity pro uložení dalšího příslušenství 8 měniče, například anodových reaktorů.On the supporting structures of the parts 1, the refrigerant inlet and outlet pipes 7 are mounted and the plates 3 are further used to accommodate other converter accessories 8, for example anode reactors.

Konstrukce polovodičového měniče podle vynálezu je vhodná zejména pro· pohony velkých výkonů se širokým regulačním' rozsahem a pro kompenzace účiníku.The construction of the semiconductor converter according to the invention is particularly suitable for high power drives with a wide control range and for power factor compensation.

Claims

SUBJECT

A liquid-cooled semiconductor transducer structure, comprising a base frame in which a transducer assembly is provided that is subdivided into two parts arranged at the ends of the base frame and comprising base blocks of power thyristors with coolers, the parts of the transducer assembly having alternating current inlets and DC terminals, characterized in that the number of base blocks (6) in each part (1j of the inverter assembly is equal to an even multiple of the number of phases of the AC supply voltage) and in the middle part of the base frame (2) In the present invention, a straight-oriented insulating material plate (3) is provided through which the AC and DC power supplies (4) pass and on which the semiconductor converter accessories (8) are arranged.

2. Semiconductor converter construction according to claim 1, characterized in that the AC and DC leads (4) are fastened to the plates (3) via insulators (5).

3. Semiconductor converter structure according to claim 1, characterized in that the parts (.1) of the converter assembly are provided with separate conduits (7) for the coolant inlet and outlet.

1 sheet of drawings