CS273460B1

CS273460B1 - Semiconductor converter system

Info

Publication number: CS273460B1
Application number: CS587888A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Ing Capek; Stanislav Ing Ibl; Jan Ing Csc Rejent; Jiri Ing Sova
Original assignee: Capek Miloslav; Ibl Stanislav; Rejent Jan; Sova Jiri
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS587888A1

Abstract

Air-cooled semiconductor converter arrangement is intended for high voltage applications of power converters. In consists of separate blocks of semiconductor converter with semiconductive parts, control element, consisting of for example pulse transformer arranged in one cooling channel, and with auxiliary circuits necessary for proper function of semiconductive part, arranged in the second cooling channel. The frame of the semiconductor converter, consisting of a box and of bars, is made of insulating material and the separate blocks of the semiconductor converter with semiconductive parts in it can be positioned horizontally or vertically.<IMAGE>

Description

Vynález se týká sestavy polovodičového měniče, chlazeného vzduchem obsahující výměnné bloky polovodičového měniče, uspořádané vodorovně nebo svisle do větví polovodičového měniče.The present invention relates to an air-cooled semiconductor transducer assembly comprising replaceable blocks of a semiconductor transducer arranged horizontally or vertically into branches of a semiconductor transducer.

U polovodičových měničů se sériově řazenými polovodičovými součástkami, je u známých řešení často užíváno uspořádání s výměnnými bloky s polovodičovými součástkami, které se většinou zasouvají do komůrek v kostře měniče, která je často celá nebo z větší části z izolačního materiálu, neboť jde o měniče s vysokým napětím proti zemi. Výroba takové kostry je pracná a náročná na přesnost. Současně vychází těžká. U většiny známých konstrukčních uspořádání jsou výměnné bloky umísťovány vedle sebe i nad sebou tak, aby se využilo nárysné plochy měniče a nevzrústaly příliš půdorysné rozměry. Takto umístěné vý- . měnné bloky se propojují do jednotlivých větví měniče různě tvarovanými propojkami. U složitějších zapojení měničů bývá vytvořen za výměnnými bloky propojovací prostor, kde je zapojení jednotlivých větví i celého měniče často provedeno holými pasy. Polovodičové součástky jsou v blocích montovány na chladiče, chladiče jednotlivých bloků musí být umísťovány do chladicího kanálu, kterým prochází chladicí vzduch. Jsou známa řešení, kde jsou sériově řazené bloky umístěny do sloupců nad sebou, což má sice výhodu v jednodušším tvaru propojek a klade minimální nároky na svislé izolační vlastnosti, ale při svislém směru proudu vzduchu jsou nestejně chlazeny polovodičové součástky ve větvi, což nepříznivě ovlivňuje vytížení součástek a dělení napětí na ně.In semiconductor converters with series semiconductor devices, known solutions often use replaceable block configurations with semiconductor devices, which are usually inserted into the chambers in the chassis of the inverter, which is often all or most of the insulating material, since they are high voltage against the ground. The manufacture of such a skeleton is laborious and exacting. At the same time it comes out heavy. In most of the known designs, the replaceable blocks are placed side by side and one above the other so that the front face of the inverter is utilized and the ground plan dimensions do not increase. This way, placed. the variable blocks are connected to the individual branches of the inverter with differently shaped jumpers. In the case of more complex wiring of inverters, there is a connection space behind the replaceable blocks, where the connection of individual branches and the whole inverter is often made by bare passports. The semiconductor components are mounted on the coolers in the blocks, the coolers of the individual blocks must be placed in the cooling channel through which the cooling air passes. There are known solutions where series-connected blocks are placed in columns one above the other, which has the advantage of a simpler shape of jumpers and places minimal demands on vertical insulating properties, but with vertical air flow the semiconductor components in the branch are unequally cooled. components and dividing the voltage on them.

Další známé řešení užívá rozmístění sériově řazených bloků do jedné nebo několika řad, kolmých na proud vzduchu. Při tomto uspořádání musí být dodrženy izolační vzdálenosti mezi jednotlivými řadami. Pokud je vnitřní uspořádání součástek bloků nahodilé, je třeba odizolovat i jednotlivé bloky v řadě, jak je to u známých provedení. Konstrukce izolační kostry je složitá, tvořená řadou mezistěn, těžká a tvarované propojky bloků jsou nutné.Another known solution uses the placement of serially aligned blocks in one or more rows perpendicular to the air flow. In this arrangement, the insulation distances between the rows must be maintained. If the internal arrangement of the components of the blocks is random, it is also necessary to insulate the individual blocks in a row, as in the known embodiments. The construction of the insulating frame is complicated, consisting of a series of partition walls, heavy and shaped jumpers of the blocks are necessary.

Výměnné bloky s polovodičovými součástkami známých měničů obsahují též nutné příslušenství: obvod děličů napětí a přepěťových ochran, někdy navíc obvody proudového jištění, signalizace a součástky řídicího obvodu. U většiny známých výměnných bloků jsou tyto součástky montovány mimo chladicí kanál, někdy jsou odpory děličů napětí a přepěťových ochran umísťovány do chladicího kanálu k chladičům polovodičové součástky.The replaceable blocks with semiconductor components of known converters also contain the necessary accessories: voltage divider and overvoltage protection circuit, sometimes additional circuit protection, signaling and control circuit components. In most known replaceable blocks, these components are mounted outside the cooling channel, sometimes the resistors of voltage dividers and surge protectors are placed in the cooling channel to the coolers of the semiconductor component.

Nedůsledně rozmístěné součástky však neumožňují jejich potenciálně vhodné rozložení a bloky v sériové řadě je potom nutno vzájemně izolovat. Tím se zvyšuje pracnost při montáži bloků a výměně součástí bloku. Na druhé straně umístění odporů do prostoru-jen s přirozeným prouděním vzduchu je nehospodárné, neboť vede k jejich nutnému předimenzování a zvětšení rozměrů celého bloku.However, inconsistently placed components do not allow their potentially suitable layout and the blocks in the series must then be isolated from each other. This increases the laboriousness of assembling blocks and replacing block components. On the other hand, placing the resistors in a space-only with natural air flow is wasteful as it leads to their necessary oversizing and enlarging the dimensions of the whole block.

Uvedené nedostatky odstraňuje sestava polovodičového měniče, chlazeného vzduchem, obsahující výměnné bloky polovodičového měniče, uspořádané vodorovně nebo svisle do větví polovodičového měniče, přičemž bloky polovodičového měniče jsou tvořeny dvěma izolačními deskami, připevněnými vnitřní stranou k protilehlým bočním stranám nejméně jednoho chladiče, k němuž je upevněna polovodičová součástka, zatímco k vnější straně přední izolační desky je připevněn řídicí člen polovodičové součástky, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že bloky polovodičového měniče jsou ve větvi polovodičového měniče sériově spojeny sešroubovanými pasovými vývody sousedních bloků polovodičového měniče, připevněnými- R chladiči pďlovodičově-součástký a/nébo k Vnitřní straně přední i-zolační desky ^fa spojené s hlavními elektrodami polovodičové součástky, zatímco součástky děliče napětí a přepěťové ochrany, ohebnými vodiči paralelně připojené k polovodičové součástce, jsou připevněny k vnější straně zadní izolační desky, přičemž větve vodorovně nebo svisle uspořádaných bloků polovodičových měničů jsou navzájem odděleny dvěma vodorovnými nebo svislými podélnými izolačními lištami, upevněnými v bočních stěnách skříně a nejméně dvěma příčnými izolačními lištami zapuštěnými do podélných izolačních lišt tak, že přední podélné izolační líšty a přední izolační desky bloků polovodičových měničů tvoří první stěnu svislých nebo vodorovných chladicích kanálů, zatímco zadní podélné izolační lišty a zadníThe air-cooled semiconductor transducer assembly comprising replaceable semiconductor transducer blocks arranged horizontally or vertically in the semiconductor transducer branches, wherein the semiconductor transducer blocks are formed by two insulating plates attached internally to opposite sides of at least one cooler to which it is attached a semiconductor component, while a control member of the semiconductor component, according to the invention, is attached to the outside of the front insulating plate. It consists in that the semiconductor converter blocks are connected in series in the semiconductor converter branch with bolted waist terminals of adjacent semiconductor converter blocks, fastened with R-conductors of the semiconductor component and / or to the inner side of the front insulating plate ^f and connected to the semiconductor main electrodes. components, while the voltage divider and surge protector components, with flexible conductors connected in parallel to the semiconductor component, are attached to the outside of the rear insulating plate, the branches of the horizontal or vertical semiconductor converter blocks being separated from each other by two horizontal or vertical longitudinal insulating strips mounted in the side walls of the cabinet and at least two transverse insulation strips recessed into the longitudinal insulation strips such that the front longitudinal insulation strips and the front insulation boards of the blocks the semiconductor converters form the first wall of the vertical or horizontal cooling ducts, while the rear longitudinal insulation strips and the rear

CS 273 460 Bl izolační desky bloků polovodičových měničů tvoří druhou stěnu svislých nebo vodorovných chladicích kanálů.CS 273 460 B1 the insulating plates of the semiconductor converter blocks form the second wall of the vertical or horizontal cooling ducts.

Dalším význakem vynálezu je, že chladicí kanály polovodičového měniče jsou uspořádány kolmo k větvím polovodičového měniče.A further feature of the invention is that the cooling channels of the semiconductor converter are arranged perpendicular to the branches of the semiconductor converter.

Hlavní výhoda polovodičového měniče podle vynálezu spočívá v jednoduchosti izolační nosné kostry měniče a dále v jednoduchosti a přehlednosti zapojení jednotlivých větví měniče. Odpadnou propojky jednotlivých bloků a vzájemná izolace u sebe umístěných bloků.The main advantage of the semiconductor converter according to the invention lies in the simplicity of the insulating support frame of the converter and also in the simplicity and clarity of the connection of individual branches of the converter. The jumpers of the individual blocks and mutual isolation of the placed blocks are eliminated.

Další výhodou je malá pracnost výroby a montáže izolační kostry, nenáročnost na přesnost výroby a lehkost kostry. Stejně malá je pracnost výroby a montáž bloku s polovodičovými součástkami, blok je přehledný a výměna součástek z bloku je snadná. Rovněž je snadná výměna celého bloku s polovodičovými součástkami. Stačí uvolnit šroubové spoje, přičemž vysouvání bloků mezi oddělovacími izolačními lištami je možné dopředu i dozadu. Přístup k řídicím členům polovodičových součástek je možný zepředu a k obvodům děličů napětí a přepětových ochran zezadu. Důsledným rozmísťováním součástí obvodu děličů napětí a přepětových ochran odpadne nutnost izolační mezistěny bloků a umožní se nejlepší rozložení potenciálu v obvodu. Tím jsou kladeny malé nároky na povrchové a vzdušné přeskokové vzdálenosti na bloku, což vede k minimálním rozměrům bloku.Another advantage is low laboriousness of production and assembly of insulating carcass, low demands on production accuracy and lightness of carcass. Equally small is the manufacturing and assembly of the block with semiconductor components, the block is clear and the replacement of components from the block is easy. It is also easy to replace the entire block with semiconductor devices. It is sufficient to loosen the screw connections, while the blocks between the insulating strips can be moved forward and backward. Access to the semiconductor device control members is possible from the front and from the back of the voltage divider and surge protector circuits. Consistent placement of the components of the voltage divider and surge protector eliminates the need for insulating partition walls and allows the best potential distribution in the circuit. This places little demands on the surface and air jumps at the block, resulting in minimal block dimensions.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na příkladu provedení, znázorněného na výkresu.The invention will be explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing.

Na obr. 1 je znázorněna sestava polovodičového měniče chlazeného vzduchem podle vynálezu s vyznačením uspořádání oddělovacích izolačních lišt, na obr. 2 je znázorněn blok s oboustranně chlazenou polovodičovou součástkou, na obr. 3 je znázorněn blok s jednostranně chlazenou polovodičovou součástkou.Fig. 1 shows an air-cooled semiconductor transducer assembly according to the invention showing the layout of the separating insulating strips; Fig. 2 shows a block with a double-sided cooled semiconductor component; Fig. 3 shows a block with a one-side cooled semiconductor component.

Sestava polovodičového měniče chlazeného vzduchem podle obr. 1 obsahuje skříň L, do jejíchž bočních stěn jsou nad sebou zapuštěny dvě vodorovné přední podélné izolační lišty 21a a vodorovné zadní podélné izolační lišty 21b. z nichž je znázorněna část jedné a dále příčné izolační lišty 22. Na spodních izolačních lištách 21a, 21b jsou uloženy tři shodné výměnné bloky 2 polovodičového měniče, jejichž pasové vývody 36a, 36b jsou vzájemně propojeny šroubovými spoji £. Takto propojená řada tří bloků 3 polovodičového měniče tvoří jednu větev měniče. Podélné izolační lišty 21a, 21b a kolmé příčné izolační lišty 22 jsou navzájem spojeny zářezy.The air-cooled semiconductor transducer assembly of FIG. 1 comprises a housing L, into whose side walls two horizontal front longitudinal insulating strips 21a and horizontal rear longitudinal insulating strips 21b are embedded. In the lower insulating strips 21a, 21b there are three identical replaceable blocks 2 of the semiconductor transducer, the waist terminals 36a, 36b of which are interconnected by screw connections 8. The connected series of three blocks 3 of the semiconductor converter forms one branch of the converter. The longitudinal insulating strips 21a, 21b and the perpendicular transverse insulating strips 22 are notched to each other.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn výměnný blok 3 polovodičového měniče s oboustranně chlazenou polovodičovou součástkou 34 a vodičového měniče s jednostranně chlazenou ků 3 polovodičového měniče s polovodičovou né pravoúhlé izolační desky 31a. 31b. mezi koňové polovodičové součástky 34. Přední a 31b jsou od sebe uspořádány ve vzdálenosti lační lišty 21a, 21b z obr. 1.FIG. 2 schematically illustrates a replaceable block 3 of a semiconductor transducer with a bilaterally cooled semiconductor component 34 and a conductor transducer with a unilaterally cooled semiconductor transducer 3 with a semiconductor rectangular insulating plate 31a. 31b. between the horse semiconductor devices 34. The front and 31b are spaced from each other by the spacing bar 21a, 21b of FIG. 1.

na obr. 3 je schematicky znázorněn blok 3 polopolovodičovou součástkou 34. Nosnou kostru blosoučástkou 34 tvoří podle obr. 2 a 3 rovnoběžkterými je upevněn chladič 33a, příp. 33b, výzadní rovnoběžná pravoúhlá izolační deska 31a, rovné vzdáleností přední a zadní podélné izoPasové vývody 36a, 36b výkonové polovodičové součástky 34 jsou vyvedeny po stranách přední pravoúhlé izolační desky 31a plochými holými pasy. Na zadní pravoúhlé izolační desce 31b jsou umístěny odporové součástky 35a a kapacitní součástky 35b děliče napěti a přepětové ochrany, které jsou k polovodičové součástce 34 připojeny paralelně ohebnými vodiči 37. T- obr. 2 a 3 je patrné, že součástky 35a, 35b děliče napětí a přepětové ochrany jsou na zadní pravoúhlé izolační desce 31b rozmístěny tak, že vlevo jsou součástky připojeny izolovaným ohebným vodičem 37 na levý pasový vývod 36b a vpravo na pravý pasový vývod 36a. Na přední pravoúhlé izolační desce 31a je umístěn řídicí člen 38, např. pulsní transformátor pro řízení řízené polovodičové součástky 34. Pro upevnění bloků 2 polovodičového měniče v rámu postačí vzájemné pospojování jejich pasových vývodů 36a, 36b. Pasový vývod 36b není k pravoúhlé izolační desce 31a připevněn.FIG. 3 shows a block 3 of a semiconductor component 34 schematically. FIG. 33b, a substantially parallel rectangular insulating plate 31a, equal to the distance of the front and rear longitudinal insulator tapes 36a, 36b of the power semiconductor component 34, are led out on the sides of the front rectangular insulating plate 31a by flat bare passports. On the rear rectangular insulating plate 31b resistive components 35a and capacitive components 35b of the voltage divider and surge protector are connected, which are connected to the semiconductor component 34 by parallel conductors 37. T-Figs. 2 and 3 show that the voltage divider components 35a, 35b and the overvoltage protections are arranged on the rear rectangular insulating plate 31b such that on the left the components are connected by an insulated flexible conductor 37 to the left waist outlet 36b and to the right to the right waist outlet 36a. A control member 38, for example a pulse transformer for controlling the semiconductor component 34, is disposed on the front rectangular insulating plate 31a. The interconnection of their waist terminals 36a, 36b is sufficient to secure the semiconductor converter blocks 2 to the frame. The waistband 36b is not attached to the rectangular insulating plate 31a.

CS 273 460 31CS 273 460 31

Pouhým vsunutím výměnných bloků 3_ polovodičového měniče s polovodičovými součástkami 34 mezi oddělovací podélné a příčné izolační lišty 21a, 21b, 22 se rozdělí prostor skříně 1_ pravoúhlými izolačními deskami 31a, 31b a rovnoběžnými izolačními lištami 21a, 21b na dva oddělené chladicí kanály, přičemž v jednom chladicím kanálu se nacházejí chladiče 33a, 33b s polovodičovými součástkami 34 a ve druhém se nacházejí součástky 35a, 35b děliče napětí a přepětové ochrany. Každý z kanálů má jiné hydraulické odpory a jiné nároky na množství vzduchu. Neizolované pasové vývody 36a, 36b krajních bloků 3_ polovodičového měniče ve větvi tvoří proudové přívody větve polovodičového měniče.By simply inserting the replaceable blocks 3 of the semiconductor transducer with the semiconductor components 34 between the separating longitudinal and transverse insulating strips 21a, 21b, 22, the enclosure space 7 is divided by rectangular insulating plates 31a, 31b and parallel insulating strips 21a, 21b into two separate cooling channels. in the cooling channel there are coolers 33a, 33b with semiconductor components 34 and in the second one there are voltage divider and surge protector components 35a, 35b. Each channel has different hydraulic resistors and different air requirements. The non-insulated waist terminals 36a, 36b of the edge blocks 3 of the semiconductor transducer in the branch form the current leads of the semiconductor transducer branch.

Pasové vývody 36a, 36b je možno obrátit tak,’ že procházejí po stranách zadní pravoúhlé izolační desky 31b se součástkami 35a, 35b děliče napětí a přepětové ochrany, takže na přední pravoúhlé izolační desce 31a jsou jen řídicí členy 38. Tento případ však není na obr. 2, 3 znázorněn. Při tomto uspořádání je na blocích 2 polovodičového měniče s polovodičovými součástkami 34 úplně oddělen silový vysokonapětový obvod od řídicího.The waist terminals 36a, 36b can be inverted to extend along the sides of the rear rectangular insulating plate 31b with the voltage divider and surge protector components 35a, 35b, so that only the control members 38 are present on the front rectangular insulating plate 31a. 2, 3 shown. In this arrangement, the power high-voltage circuit is completely separated from the control circuit on blocks 2 of the semiconductor converter with semiconductor components 34.

Vynález je využitelný zejména pro polovodičové měniče pro elektrické lokomotivy.The invention is particularly applicable to semiconductor converters for electric locomotives.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An air-cooled semiconductor transducer assembly comprising replaceable semiconductor transducer blocks arranged horizontally or vertically in semiconductor transducer branches, the semiconductor transducer blocks consisting of two insulating plates attached internally to opposite sides of at least one cooler to which the semiconductor is attached component, while a semiconductor component control member is attached to the outside of the front insulating plate, characterized in that the semiconductor converter blocks (3) are connected in series in the semiconductor converter branch with bolted waist terminals (36a, 36b) of adjacent semiconductor converter blocks (3), attached to the heat sink (33a, 33b) of the semiconductor component (34) and / or to the inside of the front insulating plate (31a) and connected to the main electrodes of the semiconductor component (34), while the splitter components (35a, 35b) five and overvoltage protections, with flexible conductors (37) connected in parallel to the semiconductor component (34), are attached to the outside of the rear Insulation Board (31b), the branches of the horizontal or vertical semiconductor converter blocks (3) being separated by two horizontal or vertical longitudinal insulating strips (21a, 21b) mounted in the side walls of the housing (1), and at least two transverse insulating strips (22) recessed into the longitudinal insulating strips (21a, 21b) such that the front longitudinal insulating strips (21a) and front the insulating plates (31a) of the semiconductor transducer blocks (3) form the first wall of the vertical or horizontal cooling channels, while the rear longitudinal insulating strips (21b) and the rear insulating plates (31b) of the semiconductor transducer blocks (3) form the second wall of the vertical or horizontal cooling channels.

2. Semiconductor converter assembly according to claim 1, characterized in that the cooling channels of the semiconductor converter are arranged perpendicular to the branches of the semiconductor converter.