CS260240B1

CS260240B1 - Cooling system for semi-conductor frequency converter

Info

Publication number: CS260240B1
Application number: CS868023A
Authority: CS
Inventors: Tomas Hulka; Ladislav Machacek; Oskar Kovarik; Vaclav Malec
Original assignee: Tomas Hulka; Ladislav Machacek; Oskar Kovarik; Vaclav Malec
Priority date: 1986-11-05
Filing date: 1986-11-05
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS802386A1

Abstract

Chladicí systém řeší problém spolehlivého chlazení polovodičovýah součástek. Je umístěn ve skříni a sestává ze dvou vedlejších chladicích kanálů a jednoho hlavního chladicího kanálu, který je tvořen jednotlivými patry chladičů s polovodičovými součástkami. Dno skříně je plné, zatímco horní kryt je opatřen otvory pro vstup vzduchu, proudícího nejprve vedlejšími chladicími kanály a pak se spojujícího v jeden proud proudící hlavním chladicím kanálem, kde v prostoru umístění polovodičových součástek je volný průchod pro proud chladicího vzduchu, zatímco mezery mezi bokem chladiče a plechovým krytem jsou překryty postranními vložkami a mezera mezi dvěma sousedními chladicí je překrytá střední vložkou.The cooling system solves a reliable problem cooling of semiconductor components. It is housed in a closet and consists of two side cooling channels and one the main cooling channel that is formed individual trays of semiconductor coolers components. The bottom of the cabinet is full while the top cover is provided with holes for the inlet of the air flowing through the secondary cooling channels and then joining in one stream flowing through the main cooling channel where the semiconductor location in the space components is a free passage for cooling air stream while gaps between the radiator side and the sheet metal cover they are covered with side inserts and a gap it is overlapped between two adjacent refrigerants medium insert.

Description

Vynález se týká chladicího systému polovodičového měniče kmitočtu, zejména pro střední frekvence.The invention relates to a cooling system of a semiconductor frequency converter, in particular for medium frequencies.

Dosud známá konstrukční řešení chladicích systémů používají jako chladicího média vody pro chlazení silových obvodů měniče kmitočtu. Nedostatky tohoto řešení spočívají především v tom, že dochází k orosení součástí měniče kmitočtu, které jsou chlazeny vodou v důsledku rozdílných teplot chladicí vody a okolí. Zároveň dochází ve větší či menší míře k elektrolytické korozi v obvodech se stejnosměrným napětím, což má za následek narušování především vodních chladičů polovodičových součástek a v neposlední řadě i poruchy v důsledku ucpány eventuálně i prasknutí hadic pro rozvod chladicí vody nebo i porušení těsnosti spoje hadice - výústka. To vše vede ke snižování provozní spolehlivosti měniče kmitočtu. Jiné známé zařízení pro chlazení polovodičového měniče kmitočtu chladí vzduchem přisávaným štěrbinami. Zde závisí množství nasávaného vzduchu na nastavení štěrbin, což je závislá na lidském činiteli, a proto ne zcela spolehlivé. Kromě toho nasávání vzduchu zespoda je nevhodné z hlediska vnášení nečistot z-okolí do chladicího sysému.Previously known cooling system designs use frequency converters as cooling media for cooling power circuits. The drawbacks of this solution are mainly that the components of the frequency converter that are cooled by water due to different temperatures of the cooling water and the surrounding area are condensed. At the same time, electrolytic corrosion in DC voltage circuits occurs to a greater or lesser extent, which results in disturbance of especially the water coolers of the semiconductor components and last but not least also failures due to clogged or even bursting of cooling water hoses or breakage of hose connection outlet. All this leads to a reduction in the operational reliability of the frequency converter. Another known device for cooling a semiconductor frequency converter cools the air sucked through the slots. Here, the amount of intake air depends on the adjustment of the slots, which is dependent on the human factor and therefore not entirely reliable. In addition, air intake from below is unsuitable for introducing environmental contaminants into the cooling system.

Uvedené nevýhody odstraňuje chladicí systém polovodičového měniče kmitočtu, zejména pro střední frekvence, vybavený dvěma vedlejšími chladicími kanály a mezi nimi umis- 2These disadvantages are overcome by the cooling system of the semiconductor frequency converter, especially for medium frequencies, equipped with two secondary cooling ducts and placed between them.

280 240 těným hlavním chladicím kanálem, vytvořeným z výkonových polovodičových modulť^ umístěných v patrech nad sebou a sestávajících každý ze dvou chladičů umístěných vedle sebe v téže vodorovné rovině, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v každém patře jsou unií stěny na spodní straně chladičů dvě postranní vložky, z nichž každá Se nachází pod mezerou mezi bokem chladiče a plechovým kry ten} a střední vložka, která se nachází pod mezerou mezi dvěma sousedními chladič^ a v místě upevnění polovodičových součástek v chladičích je volný prostor, přičemž horní kryt skříně chladicího systému je opatřen otvory a dno skříně je plné, zatímco hlavní chladicí kanál je zespoda otevřený.280 240 through a main cooling channel formed by power semiconductor modules placed on top of each other and consisting of two of the two side-by-side heatsinks in the same horizontal plane according to the invention, characterized in that on each floor there are on the side of the radiators, two side inserts, each located below the gap between the side of the radiator and the sheet metal cover, and a central insert below the gap between two adjacent radiators, and there is free space at the attachment point of the semiconductor components the cooling system housing is provided with openings and the bottom of the housing is full, while the main cooling channel is open from below.

Výhody docílené vynálezem spočívají zejména v tom, že vzhledem k umístění ochranných a pomocných prvků ve vedlejších chladicích kanálech jsou tyto prvky méně tepelně namáhány, čímž výrazně stoupá jejich spolehlivost. Konstrukce hlavního chladicího kanálu umožňuje účelné usměrnění proudu chladicího vzduchu včetně jeho víření na tepelně nejexponovanější místa chladičů, čímž je zajištěna vysoká účinnost chlazení polovodičových prvků. Další výhodou je nasávání vzduchu horem skříně, což zvyšuje čistotu nasávaného vzduchu.In particular, the advantages achieved by the invention are that, due to the location of the protective and auxiliary elements in the secondary cooling ducts, these elements are less thermally stressed, thereby significantly increasing their reliability. The design of the main cooling channel allows for efficient directing of the cooling air flow, including its swirling, to the most heat-exposed locations of the coolers, thereby ensuring high cooling efficiency of the semiconductor elements. Another advantage is the air intake from the top of the cabinet, which increases the purity of the intake air.

Příklad provedení chladicího systému polovodičového měniče kmitočtu podle vynálezu je na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schematický bokorys a na obr. 2 schematický nárys chladicího systému.An exemplary embodiment of a cooling system of a semiconductor frequency converter according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a schematic side view and Fig. 2 is a schematic front view of a cooling system.

Chladicí systém /obr. 1/ je umístěn ve skříni 2 a je tvořen dvěma vedlejšími chladicími kanály 2, J a mezi nimi umístěným hlavním ohladioím kanálem 4· ^Dno 16 skří ně 2 je plné a je provedeno prachotěsně. Vedlejší chladicí kanály 2, J jsou tvořeny přední a zadní stěnou skříně 2, boky skříně 2 a bočními stěnami 2, jS hlavního chladicího kanálu 4· Ve vedlejších chladicích kanálech 2., 2Cooling system / fig. 1) is located in the housing 2 and consists of two secondary cooling ducts 2, J and a main smoothing duct 4 between them. ^{The bottom} 16 of the housing 2 is solid and is dust-tight. The secondary cooling ducts 2, J are formed by the front and rear walls of the housing 2, the sides of the housing 2 and the side walls 2, 5 'of the main cooling duct 4.

260 240260 240

- 3 jsou ve směru proudu chladicího vzduchu /vyznačeno šipkami/ uspořádány nad sebou ochranné a pomocné prvky, kterými jsou zapalovací obvody 13. komutační RC členy 14 a výkonové pojistky 15» V hlavním chladicím kanálu 4 jsou chladiče 2 /obr.2/, v nichž jsou uchyceny polovodičové součástky 10. Vždy dva chladiče 2 vedle sebe v téže vodorovné rovině vytvářejí výkonový polovodičový modul. Výkonové polovodičové moduly jsou umístěny nad sebou do pater a vytvářejí hlavní chladicí kanál 4· Jednotlivá patra jsou vytvořena shodně a obsahují kromě výkonových polovodičových modulů ještě vložky, které se dotýkají spodních stran chladičů 2 tak, še každá ze dvou postranních vložek 8 je umístěna pod mezerou mezi bokem chladiče 2 a plechovým krytem 11 a střední vložka J je umístěna pod mezerou mezi dvěma sousedními chladiči 2» přičemž v místě upevnění polovodičových součástek 10 je volný prostor, pro proudící chladicí vzduch. Hlavní chladicí kanál 4 3® uzavřen z beků plechovými kryty 11. z če la a zezadu bočními stěnami J, 6 z textitových desek /obr 1/ a zespoda je otevřený. Rod horním krytem 17 skříně 2 je umístěna ventilátorová jednotka 12 a tvoří s hlavním chladicím kanálem 4 vzduchotěsný a prachotěsný celek.- 3, in the direction of the cooling air flow (indicated by arrows), protective and auxiliary elements are arranged one above the other, which are ignition circuits 13. commutating RC members 14 and power fuses 15 »In the main cooling channel 4 are coolers 2 / Fig. In each case two heatsinks 2 side by side in the same horizontal plane form a power semiconductor module. The power semiconductor modules are stacked on top of each other to form the main cooling channel 4. The individual trays are formed identically and contain, in addition to the power semiconductor modules, inserts that touch the undersides of the heatsinks 2 so that each of the two side inserts 8 is located below the gap between the side of the heatsink 2 and the sheet metal cover 11 and the central insert J is located below the gap between two adjacent heatsinks 2, wherein there is free space for the cooling air flow at the mounting location of the semiconductor devices 10. The main coolant duct 43 is closed from the backs by metal covers 11 from the front and from the rear by the side walls J, 6 of the textiles (FIG. 1) and is open from below. A fan unit 12 is located between the upper cover 17 of the housing 2 and forms an airtight and dustproof assembly with the main cooling channel 4.

V horním krytu 17 jsou otvory pro nasávání chladicího vzduchu, přičemž výfuk chladicího vzduchu je proveden bokem skříně J,· Alternativně může být proveden i zadní 3těnou skříně. Ventilátorová jednotka 12 může být umístěna též nad horním krytem 17 skříně 2, což má výhodu možnosti snadné opravy nebo výměny ventilátorové jednotky 12. případně ventilátorová jednotka 12 nemusí být instalována vůbec a chladicí systém je pak napojen přímo na centrální rozvod chladicího vzduchu.In the upper housing 17 there are openings for the intake of cooling air, the cooling air exhaust being provided by the side of the housing 1. Alternatively, the rear 3-panel of the housing can also be provided. The fan unit 12 may also be located above the top cover 17 of the housing 2, which has the advantage of being easy to repair or replace the fan unit 12. or the fan unit 12 need not be installed at all and the cooling system is then connected directly to the central cooling air distribution.

Chladicí vzduch je nasáván ventilátorovou jednotkou 12 nebo z centrálního rozvodu přes filtr a proudí vedlejšími chladicími kanály 2, J a ochlazuje zde umístěné ochranné a pomocné prvky 22» 14« JL2· spodku skříně 2» a to nad dnem 16 se oba proudy chladicího vzduchu z ve260 240Cooling air is sucked in by the fan unit 12 or from the central manifold through the filter and flows through the secondary cooling channels 2, J and cools the protective and auxiliary elements 22 »14« JL2 · at the bottom of the housing 2 ». ve260 240

- 4 dlejších chladicích kanálů. <2, 2 spojují v jeden, který proudí hlavním chladicím kanálem 4 ⁰ ochlazuje zde umístěné polovodičové součástky 10. rroudící chladicí vzduch v hlavním chladicím kanále 4 je pomocí vložek 8, 2 usměr nován na tepelně nejexponovanější místa chladičů 2 polovodičových součástek 10. Zároveň je s jejich pomocí zajištěno intenzivní víření proudícího chladicího vzduchu, čímž se dosahuje vysoké účinnosti chlazení· Nasávaný chladicí vzduch je vyfukován do prostoru bokem skříně v alternativním provedení zadní stěnou skříně 2·- 4 additional cooling channels. <2 2 merge into one flowing through the main cooling passage cools 4 ⁰ here a semiconductor component 10. rroudící cooling air in the primary cooling channels 4 through 8 inserts, 2 rectifies ned on the heat radiator 2 sites most exposed semiconductor devices 10. At this time the with the help of intensive swirling of the flowing cooling air, which achieves high cooling efficiency · The intake cooling air is blown into the space by the side of the cabinet in an alternative design through the rear wall of the cabinet 2 ·

Vynále2íU lze využít i při řízených a neřízených polovodičových měničích, např. při usměrňovačích.The invention can also be used for controlled and uncontrolled semiconductor converters, for example rectifiers.

Claims

1. A cooling system of a semiconductor frequency converter, in particular for medium frequencies, equipped with two sub-systems. cooling channels and a main cooling channel formed between them, consisting of power semiconductor modules located on top of each other) consisting of each of two radiators side by side in the same horizontal plane, characterized in that they touch the underside of the radiators on each floor. (two side inserts (8), each located below the gap between the sides of the radiator (7) and the sheet metal cover (11), and a central insert (9), which is located below the gap between the two adjacent radiators (7); there is free space in the place of mounting the semiconductor devices (10) in the coolers (7), the top cover (17) of the cooling system housing being provided with openings and the bottom (16) of the housing (1) being full while the main cooling channel (4) j® open from below.

2. The cooling system of the semiconductor frequency converter according to claim 1, characterized in that the main cooling channel (4) is closed from the sides by sheet metal covers (11) and from the front and rear by side walls (5, 6) formed by textit boards.

3. The cooling system of the semiconductor frequency converter according to claim 1, characterized in that a fan unit (12) forming an airtight assembly with the main cooling channel (4) is located under the top cover (17) of the housing (1).

The cooling system of the semiconductor frequency converter according to claim 1, characterized in that the fan unit (12) is located above the top cover (17).

5. The cooling system of the semiconductor frequency converter according to claim 1, characterized in that the cooling system is connected directly to the central cooling air distribution.