CS241824B1

CS241824B1 - High Power Thyristor Thyristor Converter Auxiliary Circuits Cooling System

Info

Publication number: CS241824B1
Application number: CS847025A
Authority: CS
Inventors: Antonin Malousek; Dalibor Zdenek; Jaromir Straka
Original assignee: Antonin Malousek; Dalibor Zdenek; Jaromir Straka
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS702584A1

Abstract

Vynález se týká systému chlazení pomocných obvodů vysokonapěťových tyristorových měničů velkých výkonů s kapalinovým chlazením a řeší se jím technický problém chlazení pomocných obvodů uspořádaných z konstrukčních důvodů, pokud možno v těsné blízkosti sloupců výkonových tyristorů. Podstata vynálezu spočívá v tom, že mezi vanami pomocných obvodů (1) a nádobkami (3J s komutačními odpory jsou v jednotlivých patrech měniče vytvořeny kolem sloupců (2) výkonových tyristorů s kapalinovými chladiči volné prostory (5), které jsou mezi jednotlivými patry měniče navzájem propojeny a volný prostor (5) v nejvyšším patře měniče ústí do okolní atmosféry.The invention relates to a system for cooling auxiliary circuits of high-voltage thyristor converters of large power with liquid cooling and solves the technical problem of cooling auxiliary circuits arranged for structural reasons, if possible in close proximity to the columns of power thyristors. The essence of the invention lies in the fact that between the auxiliary circuit trays (1) and the containers (3J with commutation resistors, free spaces (5) are created around the columns (2) of power thyristors with liquid coolers in the individual converter floors, which are interconnected between the individual converter floors and the free space (5) in the highest converter floor opens into the ambient atmosphere.

Description

Vynález se týká systému chlazení pomocných obvodů vysokonapěťových tyristorových měničů velkých výkonů s kapalinovým chlazením a řeší se jím technický problém chlazení pomocných obvodů uspořádaných z konstrukčních důvodů, pokud možno v těsné blízkosti sloupců výkonových tyristorů.The present invention relates to a system for cooling auxiliary circuits of high voltage thyristor converters of high power with liquid cooling and it solves the technical problem of cooling auxiliary circuits arranged for structural reasons, preferably in close proximity to the columns of power thyristors.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že mezi vanami pomocných obvodů (1) a nádobkami (3J s komutačními odpory jsou v jednotlivých patrech měniče vytvořeny kolem sloupců (2) výkonových tyristorů s kapalinovými chladiči volné prostory (5), které jsou mezi jednotlivými patry měniče navzájem propojeny a volný prostor (5) v nejvyšším patře měniče ústí do okolní atmosféry.SUMMARY OF THE INVENTION It is provided that between the auxiliary circuit trays (1) and the commutating resistor receptacles (3J) there are free spaces (5) around the inverter power columns (2) with liquid coolers (5), connected and free space (5) on the top floor of the drive opens into the surrounding atmosphere.

iVynál^zjsg týká systému uhlazení pomocných obvodů jvysokonapětových tyrigtorových měničů v/elkých výkonů s kapalinovým chlazením, _v, . ,iVynál ^ zjsg relates to a system of auxiliary circuits smoothing jvysokonapětových tyrigtorových converters / elkých performance liquid cooling, _in,. ,

Pomocné obvody tyristorových měničů velkých výkonů, chlazených- kapalinou a pracujících na vysokém napětí, se obvykle z důvodů nezbytnosti galvanického oddělení napěťových hladin realizují s optickým přenosem informace.Auxiliary circuits of high-voltage, liquid-cooled and high-voltage thyristor transducers are usually implemented with optical transmission of information because of the need for galvanic separation of voltage levels.

Optická přenosová soustava obsahuje světelný vysilač tvořený obvykle luminiscenční diodou, světldvod a přijímač tvořený obvykle polovodičovou fotodiodou. Životnost a spolehlivost těchto polovodičových prvků výrazně závisí na jejich pracovní teplotě, přičemž současně je třeba tyto polovodičové prvky s ohledem na potlačení rušení, útlumu ve světlovodech a požadovanou kompaktnost konstrukce tyristorového měniče umísťovat co nejblíže ovládaných výkonových tyristorů.The optical transmission system comprises a light emitter typically formed by a luminescent diode, a light conductor, and a receiver typically formed by a semiconductor photodiode. The lifetime and reliability of these semiconductor elements is highly dependent on their operating temperature, and at the same time these semiconductor elements must be placed as close to the controlled power thyristors as possible in order to suppress interference, attenuation in fiber optics and the required compactness of the thyristor converter design.

Zmíněná závislost životnosti a spolehlivosti optoelektrických prvků na teplotě prostředí a současně požadavky na dlouhodobě bezporuchový provoz tyristorových měničů vedou k nezbytnosti zajistit v okolí optoelektrických členů, zejména optoelektrických přijímačů, teplotu co nejnižší, to jest teplotu blížící se teplotě okolního prostředí. Tento požadavek vede buď k použití pomocných ventilátorů s nezbytným hlukem a vzhledem k vysokonapěťovým hladinám k náročným konstrukcím, nebo při využití pouze přirozeného chlazení Ik podstatnému zvětšení vnějších rozměrů měniče.The mentioned dependence of the life and reliability of optoelectric elements on the ambient temperature and at the same time the requirements for long-term trouble-free operation of thyristor converters make it necessary to keep the temperature around the optoelectric elements, especially optoelectric receivers as low as possible. This requirement leads either to the use of auxiliary fans with the necessary noise and due to high voltage levels to complex designs, or to the use of only natural cooling to significantly increase the external dimensions of the drive.

Intenzitu přirozeného chlazení lze zvýšit záměrným využitím přirozeného tahu, což je popsáno například ve zveřejněné patentové přihlášce NSR č. 2 368 443, podle které se k chlazení polovodičových prvků záměrně vytváří a využívá přirozený tah vznikající ve svisle probíhajícím kanálu, do jehož spodní části zasahují vzduchové chladiče výkonových polovodičových prvků umístěných vně zmíněného kanálu. Přirozený tah zde tedy vzniká v důsledku tepelné konvekce na povrchu chladičů vlastních ochlazovaných prvků.The intensity of natural cooling can be increased by deliberate use of natural draft, as described, for example, in German Patent Application Publication No. 2,368,443, according to which deliberately generating and utilizing the natural draft generated in a vertically extending duct into which the air coolers of power semiconductor elements located outside said channel. Thus, the natural draft is due to thermal convection on the surface of the coolers of the actual cooled elements.

Popsané využití přirozeného tahu má z hlediska aplikace pro chlazení pomocných obvodů vysokonapěťových měničů řadu nevýhod, případně je zcela nepoužitelné, protože tyto pomocné obvody musí být z konstrukčních důvodů umístěny nejen ve spodní části skříně měniče, ale rozmístěny také ve všech jeho patrech.The described use of natural draft has a number of disadvantages in terms of application for cooling the auxiliary circuits of high voltage converters, or is completely unusable, since these auxiliary circuits have to be located not only in the lower part of the converter housing but also in all its floors.

'Další závažná nevýhoda řešení popsaného ve zveřejněné patentové přihlášce NSR číslo 2 368 443 spočívá při aplikaci na pomocné obvody tyristorového měniče v tom, že tyto pomocné obvody mají poměrně nepatrné ztrátové výkony, takže přirozený tah vyvolávaný jimi samými, by byl nepatrný.Another serious disadvantage of the solution described in published German Patent Application No. 2,368,443, when applied to thyristor converter auxiliary circuits, is that these auxiliary circuits have relatively low power losses, so that the natural thrust induced by themselves would be negligible.

Při řešení jejich přirozeného chlazení je totiž třeba uvážit skutečnost, že tyto pomocné obvody se nezahřívají v důsledku vlastních ztrátových výkonů, nýbrž v důsledku sekundární tepelné konvekce i .pbv^ďhů kapalinových chladičů v plízkosti upiístěných výkonových ^yriptorů.In order to solve their natural cooling, it is necessary to take into account the fact that these auxiliary circuits do not heat up due to the power losses themselves, but due to the secondary heat convection of the liquid coolers in the proximity of the installed power transducers.

Uvedené nedostatky známých řešení odstraňuje systém chlazení pomocných obvodů vysokonapěťových tyristorových měničů velkých výkonů podle vynálezu, jehož podstata. spočívá v tom, že mezi vanami pomocných obvodů a nádobkami s komutačními odpory jsou v jednotlivých patrech měniče vytvořeny kolem sloupců výkonových tyristorů s kapalinovými chladiči volné prostory, které jsou mezi jednotlivými patry měniče navzájem propojeny a volný prostor v nejvyšším patře měniče ústí do okolní atmosféry.These drawbacks of the known solutions are overcome by the cooling system of the auxiliary circuits of the high-voltage thyristor converters of the high power according to the invention, whose essence. it consists in that between the auxiliary circuit trays and the commutating resistor vessels, there are free spaces on the individual drive trays around the columns of power thyristors with liquid coolers, which are interconnected between the drive trays and the free space on the top floor of the drive opens into the ambient atmosphere.

Z hlediska účinného chlazení pomocných obvodů je dále výhodné, jestliže vany pomocných obvodů jsou na čelních stranách otevřené.From the standpoint of efficient cooling of the auxiliary circuits, it is further advantageous if the auxiliary circuit tubs are open on the front sides.

Nový a vyšší účinek vynálezu spočívá ve srovnání se známými řešeními v tom, že tepelná Ikonvekce na povrchu kapalinových chladičů sloupců výkonových tyristorů, která by jinak způsobovala nežádoucí zahřívání pomocných obvodů, se využívá k vytvoření přirozeného tahu a pomocné obvody jsou naopak ochlazovány přisávaným vzduchem, což bez omezení životnosti a spolehlivosti těchto pomocných obvodů dovoluje uspořádat je blíže ke sloupcům výkonových tyristorů, což přináší další výhody spočívající v omezení rušení, zkrácení spojů a zmenšení vnějších rozměrů měniče.A new and higher effect of the invention is in comparison with known solutions in that thermal iconvection on the surface of the liquid coolers of the power thyristor columns, which would otherwise cause unwanted heating of the auxiliary circuits, is used to create natural draft and in turn the auxiliary circuits are cooled by suction air. without limiting the service life and reliability of these auxiliary circuits, it allows them to be arranged closer to the power thyristor columns, which brings additional benefits of reducing interference, shortening the connections, and reducing the external dimensions of the drive.

Vynález je dále objasněn na příkladu jeho provedení, který je popsán na základě připojeného výkresu, který znázorňuje schejmatický boční pohled na systém- chlazení pomocných obvodů 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 schematic side view of an auxiliary circuit cooling system according to the invention.

Jednotlivá patra neoznačené skříně měniče obsahují sloupce 2 výkonových tyristorů s kapalinovými chladiči, na jejichž Jedné straně jsou usppřádány vany s pomocnými obvody 1. Vany pomocných obvodů 1 jsou na čelních stranách otevřené a desky, pomocných obvodů 1 jsou v těchto vanách uspořádány svisle tak, aby mezi těmito deskami mohla ve směru šipek 6 procházet větší část přisávaného vzduchu. .The individual levels of the unlabeled drive cabinet comprise columns 2 of power thyristors with liquid coolers, on one side of which there are racks with auxiliary circuits 1. The racks of auxiliary circuits 1 are open on the fronts and the boards, auxiliary circuits 1 are arranged vertically in these baths. a greater part of the intake air could pass between these plates in the direction of the arrows 6. .

Na protilehlé straně sloupce 2 jsou v každém patře měniče uspořádány nádobky 3 s komutačními odpory a dále s komutační kondenzátory 4, kolem kterých , ve směru šipek 7 prochází menší část přisávaného vzduchu.On the opposite side of the column 2, on each floor of the inverter there are arranged vessels 3 with commutating resistors and further with commutating capacitors 4, around which, in the direction of the arrows 7, a smaller part of the suction air passes.

Kolem sloupců 2 výkonových tyristorů jsou v jednotlivých patrech měniče vytvořeny navzájem související volné prostory 5, které tak tvoří souvislý svislý kanál, ze kterého ve směru šipek 8 vystupuje vzduch zahřátý kapalinovými chladiči sloupců 2.Around the power thyristor columns 2, interconnected free spaces 5 are formed in individual levels of the inverter, thus forming a continuous vertical channel from which the air heated by the liquid coolers of the columns 2 exits in the direction of the arrows 8.

Činnost systému chlazení ppmocných obvodů vysokonapěťových tyristorových měničů podle vynálezu je v souladu s popsaným příkladem provedení následující, iThe operation of the high-voltage thyristor transducer circuit cooling system of the present invention, in accordance with the described embodiment, is as follows:

Teplota povrchu výkonových tyristorů a jejich chladičů ve sloupcích 2, případně neznázorněného rozvodu kapaliny, a teplota povrchu nádobek 3 s komutačními odpory odpovídá při provozu měniče teplotě chladicí kapaliny a pohybuje se v rozmezí 40 až 60 °C. Převážná část ztrátového tepla z výkonových tyristorů a komutačních odporů se odvádí chladicí kapalinou.The surface temperature of the power thyristors and their heatsinks in the columns 2 or the liquid distribution system (not shown) and the surface temperature of the commutating resistor containers 3 correspond to the coolant temperature during operation of the converter and is in the range of 40 to 60 ° C. The bulk of the heat loss from the power thyristors and commutating resistors is removed by the coolant.

Malá, podružná část ztrátového tepla se z povrchu sloupců 2 výkonových tyristorů a jejich chladičů a nádobek 3 s komutačními odpory odvádí konvekcí do vzduchu a vytváří zásluhou vzájemného propojení volných prostorů 5 v jednotlivých patrech měniče přirozený tah, takže zahřátý vzduch z těchto volných prostorů 5 vystupuje ve směru šipek 8.A small, minor part of the heat dissipated from the surface of the power thyristor columns 2 and their heatsinks and commutating receptacles 3 is removed by convection into the air and creates a natural draft due to the interconnection of the free spaces 5 in the direction of the arrows 8.

iPřísávání chladného vnějšího vzduchu probíhá v jednotlivých patrech měniče tak, že převážná část přisávaného vzduchu proudí ve směnu šipek 6 mezi svisle uspořádanými deskami pomocných obvodů 1, čímž je zajištěno dostatečné chlazení pomocných obvodů 1 vzduchem, jehož teplota přibližně odpovídá teplotě vnějšího prostředí.The addition of cool external air takes place on each tray of the inverter such that the majority of the intake air flows in the direction of the arrows 6 between the vertically arranged sub-circuit boards 1, thereby ensuring sufficient cooling of the sub-circuits 1 with air approximately equal to the ambient temperature.

To umožňuje podstatné zvýšení životnosti a spolehlivosti optoelektrických členů v pomocných obvodech 1 a tím zvýšení spolehlivosti celého měniče při minimálních vnějších rozměrech měniče a zachování jednoduchosti konstrukce.This makes it possible to significantly increase the life and reliability of the optoelectric elements in the auxiliary circuits 1, and thereby to increase the reliability of the entire converter at the minimum external dimensions of the converter and to maintain the simplicity of construction.

Menší část přisávaného vzduchu pak proudí ve směru šipek 7 kolem komutačních kondenzátorů 4, které jsou z hlediska chlazení méně náročné.A smaller part of the intake air then flows in the direction of the arrows 7 around the commutating capacitors 4, which are less cooling-intensive.

Systém chlazení pomocných obvodů podle vynálezu lze použít ve všech zařízeních, kde jsou pomocné obvody uspořádány po stranách volného prostoru, ve kterém jsou nad sebou uspořádány výkonové prvky.The auxiliary circuit cooling system according to the invention can be used in all devices where the auxiliary circuits are arranged on the sides of the free space in which the power elements are arranged one above the other.

Claims

SUBJECT

A system for cooling high power auxiliary high voltage thyristor transducers with liquid cooling of power thyristor columns surrounded by optoelectric sub-racks, commutating resistor vessels and commutating capacitors, characterized in that between sub-racks (1) and vessels (3) With commutating resistors, free spaces (5) that are interconnected between individual inverter floors and free space (5) on the top floor of the inverter open into the surrounding atmosphere are formed around columns (2j of liquid thyristor power thyristors with commutating resistors).

Cooling system according to claim 1, characterized in that the auxiliary circuit baths (11j are open on the front sides).

1 sheet of drawings