CZ14109U1 - Konstrukční sestava výkonových polovodičových součástek - Google Patents

Description

Technické řešení se týká konstrukční sestavy výkonových obvodů usměrňovačů, střídačů, pulsních měničů a jiných typů elektrických polovodičových statických měničů pro různé výkonové aplikace, jako např. měničů pro rozběhy velkých elektrických motorů pro pohony čerpadel, ventilátorů, technologických zařízení, dále pro stejnosměrné měniče, měniče frekvence a pro jiné typy střídavých měničů.

Dosavadní stav techniky

Pro napájení velkých motorů se řízeným rozběhem nebo i se řízenými otáčkami se běžně užívá statických elektrických měničů s výkonovými polovodičovými součástkami, které zajišťují přeměnu elektrické energie na vstupní straně na energii jiných parametrů. Obdobně pro napájení stejnosměrných trakčních vedení (trolejí) železnice a městské hromadné dopravy se používá výkonových usměrňovačů, jejichž konstrukce je v základních rysech obdobná. Konstrukční řešení všech těchto měničů obvykle vychází z rámové nebo skříňové konstrukce, kde výkonové polovodičové součástky jsou zabudovány v pevném konstrukčním rámu nebo ve skříni rozváděčového typu a to včetně chladičů a propojovacích vodičů. Tato konstrukce, kdy jednotlivé výkonové polovodičové součástky se svými obvykle vzduchovými chladiči jsou rozloženy v konstrukčním prostoru skříně nebo rámu, je značně rozměrná a vyžaduje velký počet propojovacích vodičů a dalších konstrukčních prvků. Vzhledem k požadavkům na zkratovou odolnost pak pev20 nostní nároky na propojovací vodiče dále zvyšují hmotnost zařízení. Rozměry konstrukčních dílů včetně jejich počtu narůstají při sériovém řazení polovodičových součástek pro měniče vysokého napětí a také pro měniče s velkým počtem výkonových polovodičových součástek. U výkonových měničů, kde jsou používány tabletové výkonové polovodičové součástky s oboustranným chlazením, se dále zvyšují rozměry a hmotnost konstrukce, neboť každá výkonová polovodičová součástka musí být stažena mezi dvěma částmi chladičové sestavy, aby bylo zajištěno účinné oboustranné chlazení součástky. Značné rozměry takové konstrukce přinášejí i problémy v případě řešení nuceného chlazení skříně pomocí ventilátorů. Nevýhody tohoto rozloženého rámového provedení se také projevují v horší přístupnosti součástek pro případ jejich výměny a v problémech při údržbě zařízení. Všechny tyto nevýhody se dále projevují v prove30 dění pro vysoké napětí, kde je nutno zajistit dostatečné izolační vzdálenosti. Nevýhody stávajících provedení tedy spočívají zejména ve značných rozměrech, vysoké hmotnosti a ve velkém počtu konstrukčních dílů.

Podstata technického řešení i Uvedené nevýhody odstraňuje konstrukční sestava výkonových polovodičových součástek podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že výkonové polovodičové součástky jako jsou různé typy diod a tyristorů, tabletového provedení, jsou zabudovány do kompaktní konstrukce, kde všechny polovodičové součástky jsou seřazeny do sloupce a jsou proloženy chladiči s oboustranným chlazením a včetně dalších komponent je tato sestava stažena do kompaktní svorníkové konstrukce. Toto řešení je umožněno použitím chladičů, pracujících na principu tepelných trubic, které jsou konstrukčně přizpůsobeny svorníkové konstrukci výkonového polovodičového bloku, běžně až s dvanácti výkonovými součástkami. Mechanické provedení chladičů ajejich vysoký chladicí výkon umožňují prokládat výkonové polovodičové součástky chladiči tak, že chladicí tělesa se žebrováním jsou buď v jedné řadě nebo jsou střídavě umisťována na obě strany svorníkové konstrukce. Příslušné konfigurace zapojení bloku měniče nebo měničové skupiny je dosaženo orientací polarity polovodičových součástek a propojením příslušných skupin součástek pasovinovými spojkami. Přizpůsobení konstrukce bloku rozměrům chladičů je dosaženo distančními vložkami, vkládanými do bloku.

-1 CZ 14109 Ul

Uvedené řešení výrazně snižuje počet konstrukčních dílů (drátových a pasových spojů, upevňovacích součástek a pomocných dílů) a také snižuje počet nutných chladičů pro polovodičové součástky tabletového provedení. Další výhodou popsaného řešení je dosažení stejného přítlaku na všech polovodičových součástkách ve svorníkové konstrukci, zatímco u výkonových polovo5 dičů, uložených samostatně ve dvojstranných chladičích musel být přítlak nastavován individuálně.

Popsaná konstrukce usměrňovacího bloku přináší také úspory prostoru a hmotnosti bloku. Celý blok s dvanácti součástkami měří cca 1 m a je možno jej umístit ve vodorovné poloze do rozváděčové skříně běžných rozměrů. Lze tak zajistit snadný přístup k součástkám a vyšší bezpečío nost obsluhy při kontrole a případné údržbě bloku, neboť blok lze při manipulacích vysunout a odpojit od přívodních vodičů a tím i od napětí.

Přehled obrázků na výkresech

Konstrukční sestava výkonových polovodičových součástek bude podrobněji popsána na konkrétním příkladu provedení s pomocí obr., kde je znázorněno schematicky v nárysu příkladné provedení.

Příklad provedení

Příkladem provedení popsaného užitného vzoru je konstrukce šestipulsního usměrňovače se dvěma sériovými diodami, zobrazená na obr. Na této konstrukci jsou jednotlivé polovodičové součástky v podobě výkonových diod 1, v daném případě celkem 12 ks, obloženy distančními vložkami 5 a vývodními pasy 4 a tělesy chladičů 6, 7. Propojení skupin diod 1 zajišťují pasovinové spojky 2, 3. Na krajích je sloupec opatřen izolačními deskami 9 a celá sestávaje uložena ve stahovací konstrukci 8 vybavené svorníky 10. která sestavě dodává mechanickou pevnost, zajišťuje předepsaný přítlak diod i na chladiče 6, 2 a zajišťuje vodivý kontakt všech součástek a vývodních pasů 4 pro připojení bloku k nožovým lištám vývodů. Kryty 11 chladičů 6, 7 jsou izolo25 vány. Vystředění celé konstrukce zajišťují vodicí kolíky 12.

Příkladná provedení mohou být realizována pro diodové usměrňovače o výkonech 0,1 až 10 MW, pro řízené usměrňovače o výkonech 0,1 až 10 MW, pro výkonové střídače nebo jiné typy statických polovodičových výkonových měničů o výkonech 0,1 až 30 MW a další zařízení. Mechanické provedení chladičů 6, 7 a jejich vysoký chladicí výkon umožňují prokládat výkono30 vé polovodičové součástky chladiči 6, 7 tak, že chladicí tělesa se žebrováním jsou buď v jedné řadě nebojsou střídavě umisťována na obě strany svorníkové konstrukce.

Průmyslová využitelnost

Popsaná konstrukce měničového bloku je využitelná u všech typů statických elektrických měničů, kde jsou použity výkonové polovodičové součástky tabletového provedení s oboustranným chlazením při použití chladičů na bázi tepelných trubic. Jedná se o šestipulsní a dvanáctipulsní usměrňovače, střídavé měniče, střídače pro pohony a pro zajištěné napájení, stejnosměrné měniče a o další typy měničů.

Claims (2)

1. Konstrukční sestava výkonových polovodičových součástek, osazená výkonovými řízenými 40 nebo neřízenými polovodičovými součástkami tabletového provedení s chlazením a chladiči polovodičových součástek na bázi tepelných trubic, vyznačující se tím, že polovodičové součástky (1) tvořené řízenými a/nebo neřízenými výkonovými polovodičovými součást-2CZ 14109 Ul kami jsou uspořádány do sloupce a jsou proloženy tělesy chladičů (6), (7), distančními vložkami (5) s pasovinovými vývody a propojovacími pasovinovými spojkami (2) a (3) a dále vývodními pasy (4), kterými jsou připojeny k vnějšímu obvodu, přičemž celý sloupec je uložen ve stahovací konstrukci (8) s vodícími kolíky (12) a je přes izolační desky (9) stažen pomocí svorníků (10) a

5 vně chladičů (6), (7) jsou umístěny izolační kryty (11). t

2. Konstrukční sestava podle nároku 1, vyznačující se tím, že polovodičové součástky (1) jsou tvořeny řízenými výkonovými polovodičovými součástkami, přičemž vývody řídicích elektrod řízených polovodičových součástek jsou uzpůsobeny k připojení na řídicí elektroniku umístěnou vně konstrukční sestavy.

ío 3. Konstrukční sestava podle nároku 2, vyznačující se tím, že polovodičové součástky jsou seřazeny, orientovány a pasovinovými spojkami (2) a (3) propojeny do obvodu výkonového měniče, a vývodní pasy (4) jsou uzpůsobeny k připojení dalších výkonových komponent výkonového bloku měniče, umístěných vně konstrukční sestavy ve skříni měniče, přičemž k vývodním pasům (4) jsou připojeny přívody vnějších zdrojů a vývody obvodů zátěže měniče,

15 umístěné mimo skříň měniče a k řídicím elektrodám řízených součástek je připojena řídicí elektronika, umístěná vně konstrukční sestavy.