DD290512A5 - Kuehlsystem fuer mit leistungshalbleitern bestueckte stromrichter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kuehlsystem fuer mit Leistungshalbleitern bestueckte Stromrichter in einem Gefaesz mit oberhalb angeordnetem Luefter, der bei einem bestimmten Wert der als Waerme anfallenden Verlustleistung ein- bzw. ausgeschaltet wird. Die Anwendung ist dort zweckmaeszig, wo Stromrichter nur zeitweise mit hoher Last betrieben werden. Erfindungsgemaesz ist vorgesehen, dasz in der Auszenwandung des Luefteraufbaus mindestens eine durch Abdeckung verschlieszbare OEffnung vorgesehen ist, die bei stillstehendem Luefter geoeffnet und bei seinem Betrieb durch den von ihm erzeugten Luftstrom geschlossen ist. Figur{Kuehlsystem; Leistungshalbleiter; Stromrichter; Luefter; Waerme; Verlustleistung; Luefteraufbau; Abdeckung; OEffnung; Luftstrom}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für mit Leistungshalbleitern bestückte Stromrichter in einem Gefäß mit oberhalb angeordnetem Lüfter, der bei einem bestimmten Wert der als Wärme anfallenden Verlustleistung ein- bzw. ausgeschaltet wird. Die Anwendung der Erfindung ist bei solchen Stromrichtern zweckmäßig, die häufig wechselnden Belastungen unterliegen oder zeitlich begrenzten Stoßbelastungen ausgesetzt sind, beispielsweise Stromrichter für Bahnstromversorgungen oder für elektrische Antriebe von Walzwerksanlagen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Abführung der beim Betrieb von Stromrichtern entstehenden Verlustwärme sind verschiedene Kühlsysteme bekannt. Die auf freier Konvektion beruhende Luftselbstkühlung v/eist hinsichtlich Materialaufwand, Betriebskosten und Betriebssicherheit sowie Umweltbelastung gegenüber anderen Kühlungsarten Vorteile auf.

Zur Abführung größerer Verlustleistungen und bei alternierender Belastung sind Stromrichter mit Zwangs-Luftkühlung bekannt, die einen Lüfteraufbau aufweisen.

Stromrichter mit Lüfteraufbau werden üblicherweise so ausgeführt, daß innerhalb des Gefäßes ein Luftkanal konstruktiv angeordnet ist, an dessen Unterseite die Luftzufuhr erfolgt und an dessen Oberseite der Lüfteraufbau sitzt. Derartige Stromrichter werden beispielsweise in der DE-OS 2515341, DD 55381, DD 74908 und in der DE-OS 3322288 beschrieben. Solche Stromrichtervarianten haben alle den Nachteil, daß bei ausgeschaltetem Lüfter die Leiteinrichtungen des Luftkanals, der Lüfteraufbau und die darin in Vielzahl vorhandenen Rotorflügel die Selbstkühlung stark behindern, so daß ein solches nicht speziell für Selbstkühlung konstruiertes Gerät nicht mit der sonst möglichen Strombelastung gefahren werden kann und daher ohne höheren Leistungshalbleiteraufwand nur für eine niedrigere Dauerbelastung einsetzbar ist. Infolgedessen ist mit häufigem Ein- bzw. Ausschalten des Lüfters zu rechnen, was zu seinem erhöhten Verschleiß und zu häufiger Lärmbelästigung der Umwelt, insbesondere der dort Beschäftigten, führt. Weiterhin tritt beim Anschalten eines Stromrichters, der in Zwangskühlung ausgeführt ist, der Effekt auf, daß auf Grund der großen Zeitkonstante des thermischen Vorgangs und der relativ schnellen Reduzierung des Luftdurchsatzes beim Abschalten des Lüfters die leistungselektronischen Bauelemente einer thermischen Stoßbelastung ausgesetzt sind, die erst wieder w.. *. eine Zeitverzögerung beim Abschalten des Lüfters ausgeglichen werden muß oder auf Kosten der Lebensdauer der Bauelemente geht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Verschleiß des Lüfters zu reduzieren, die Lebensdauer der Leistungshalbleiter und die Belastbarkeit der Bauelemente bei Stillstand des Lüfters wesentlich zu erhöhen sowie die durch Lärm hervorgerufene Umweltbelastung zu verringern.

Darlegung den Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Kühlsystem für mit Leistungshalbleitern bestückte Stromrichter so auszubilden, daß bei Stillstand des Lüfters eine wesentlich stärkere Selbstkühlung der Leistungshalbleiter erreicht wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß in der Außenwandung des Luftführungsgefäßes zusätzlich zur Lüfteröffnung noch mindestens eine durch Abdeckung verschließbare Öffnung vorgesehen und luftströmungsabhängig bei stillstehendem Lüfter geöffnet und bei seinem Betrieb geschlossen ist. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Abdeckung mit einem in der Außenwandung angelenkten zweischenkligen Hebel korrespondierend ausgebildet ist und der im Luftführungsgefäß befindliche Schenkel des Hebels ein durch den Luftstrom des Lüfters stellbares Element aus dem Luftstrom herausbewegbar aufnimmt, wobei das Eigengewicht des stellbaren Elementes der vom Lüfter hervorgerufenen Herausbewegung bei seinem Stillstand entgegenwirkend bemessen ist und daß die Schließkraft der Abdeckung dem vom Lüfter im Inneren des Luftführungsgefäßes erzeugten Unterdruck entspricht. Die Stellkraft des stellbaren Elementes ist durch einen üblichen Kraftspeicher unterstützbar. Die effektive luftdurchlässige Fläche der verschließbaren Öffnung ist der des Luftkanals im Luftführungsgefäß angemessen.

Ausführungsbeispiel

In einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Darstellung mit ausgezogenen Linien: das erfindungsgemäße Kühlsystem entsprechend dem Betriebsfall „Lüfter ein", Darstellung mit gestrichelten Linien: das erfindungsgemäße Kühlsystem entsprechend dem Betriebsfall „Lüfter aus".

Das erfindungsgemäße Kühlsystem für mit Leistungshalbleitern bestückte Stromrichter beinhaltet als wesentlichen Bestandteil eine, in die Außenwand 1 des oberen Teils des Luftführungsgefäßes 2 eingebrachte öffnung A₁ deren luftdurchsatzfähigar Querschnitt dem des im Inneren des Stromrichters ausgebildeten Luftkanals entspricht, wobei dieses auch durch Einbringung mehrerer Öffnungen 4 realisiert werden kann. Die Form der Öffnung 4 ist, angepaßt an die jeweiligen bevorzugten Seitenwände des Luftführungsgefäßes 2, als rechteckiger Durchbruch in einer solchen Seitenwand ausgebildet, wobei auch andere Formen für die Öffnung 4 möglich sind. Der Rand der Öffnung 4 ist vorzugsweise mittels eines streifenförmigen Dichtungsbelages luftdicht abgeschlossen, wobei der Lüftersog verstärkend auf die Dichtfähigkeit wirkt. Entsprechend der Anzahl der Öffnungen 4 sind Abdeckungen 5 vorgesehen, die die Öffnungen 4 überlappend bedecken. Die Abdeckung 5 ist über einen Hebel 8 am Luftführungsgefäß 2 durch ein Hebellager 9, das innerhalb der Außenwandung 1 angeordnet ist, angelenkt. Der Hebel 8 ist an der Abdeckung 5 befestigt und führt durch eine Hebeldurchführung 10, die in ihrer Form dem Profil des Hebels 8 angepaßt ist, durch die Außenwandung 1 hindurch und reicht in das Innere des Luftführungsgefäßes 2 hinein. Die Hebeldurchführung 10 kann eine Gummimanschette beinhalten, die, wenn sie eng am Hebel 8 anliegt, das Luftführungsgefäß 2 gegen das Ziehen von Nebenluft abdichten kann. Die Hebeldurchführung 10 bietet dem Hebel 8 soweit Bewegungsfreiheit, daß er um seine Lagerung 9 herum eine Drehbewegung ausführen kann, die ausreicht, die Abdeckung 5 vollflächig auf die verschließbare Öffnung 4 abzusenken, bzw. sie soweit anzuheben, daß der Abluft ein ungehinderter Austritt aus dem Luftführungsgefäß 2 möglich ist. Innerhalb des Luftführungsgefäßes 2 ist das durch den Luftstrom stellbare Element 7 untergebracht, welches eine flächenhaft ausgebildete konvexe Form aufweist, deren Bemessung sich nach der notwendig aufzubringenden Stellkraft richtet, wobei die Stellkraft durch einen üblichen Kraftspeicher verstärkt werden kann. Die Stellkraft ist über den Hebel 8 übertragbar auf die Abdeckung 5. Durch ' entsprechende Ausbildung des Hebels 8 oder eines hebelartigen Gestänges kann erreicht werden, daß ein stellbares Element mehrere Abdeckungen 5 gleichzeitig stellen kann, wodurch auch die Anordnung im Luftführunysgnfäß 2 variabler gestaltet werden kann. Durch die konvexe Form des stellbaren Elements 7 wird erreicht, daß der durch den Luftstrom sich in der Wölbung des stellbaren Elements 7 bildende Unterdruck eine weitere Verstärkung der Stellkraft erzielt. Das Eigengewicht des stellbaren Elements 7 bewirkt, daß es entgegen der Richtung des Luftstroms sich bei Abschalten des Lüfters 6 in seine Ruhelage begibt, die erfindungsgemäß eine entsprechende Anhebung der Abdeckung 5 soweit bewirkt, wie es die Hebeldurchführung 10 zuläßt und für den ungehinderten Austritt der Abluft notwendig ist.

Claims (5)

1. Kühlsystem für mit Leistungshalbleitern bestückte Stromrichter in einem Gefäß mit oberhalb angeordnetem Lüfter, der bei einem festgelegten Wert der als Wärme anfallenden Verlustleistung ein- bzw. ausgeschaltet wird, gekennzeichnet dadurch, daß in der Außenwandung (1) des Luftführungsgefäßes (2) zusätzlich zur Lüfteröffnung (3) noch mindestens eine durch Abdeckung (5) verschließbare Öffnung (4) vorgesehen und luftströmungsabhängig bei stillstehendem Lüfter (6) geöffnet und bei seinem Betrieb geschlossen ist.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, gekonnzeichnet dadurch, daß die Abdeckung (5) mit einem in der Außenwandung (1) angelenkten ^.veischenkligen Hebel (8) korrespondierend ausgebildet ist und der im Luftführungsgefäß (2) befindliche Schenkel des Hebels (8) ein durch den Luftstrom des Lüfters (6) stellbares Element (7) aus dem Luftstrom herausbewegbar aufnimmt, wobei das Eigengewicht des stellbaren Elementes (7) der vom Lüfter (6) hervorgerufenen Herausbewegung bei seinem Stillstand entgegenwirkend bemessen ist.

3. Kühlsystem nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Schließkraft der Abdeckung (5) dem vom Lüfter (6) im Inneren des Luftführungsgefäßes (2) erzeugten Unterdruck entspricht.

4. Kühlsystem nach Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Stellkraft des stellbaren Elementes (7) durch einen Kraftspeicher unterstützt ist.

5. Kühlsystem nach Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die effektive luftdurchlässige Fläche der verschließbaren Öffnungen (4) der des Luftkanals im Luftführungsgefäß angemessen ist.