DD290512A5

DD290512A5 - COOLING SYSTEM FOR POWER SUPPLY CONVEYORS

Info

Publication number: DD290512A5
Application number: DD33590389A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Thormann; Klaus-Peter Gollnest; Klaus Lorenz
Original assignee: Kombinat Veb Eaw,De
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-05-29

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}The invention relates to a cooling system for equipped with power semiconductors power converter in a Gefaesz with arranged above the fan, which is switched on and off at a certain value of the heat loss incurred as a heat. The application is expedient where converters are only operated at times with high load. According to the invention it is provided that at least one opening which can be closed by covering is provided in the lining wall of the ventilator structure, said opening being opened when the ventilator is stationary and closed during its operation by the air flow generated by it. FIG {Cooling; Power semiconductors; Power converters; Fan; Warmth; Power loss; Luefteraufbau; Cover; Opening; Airflow}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

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.The invention relates to a cooling system for power semiconductors equipped with converters in a vessel with a fan arranged above, which is switched on or off at a certain value of the power loss incurred as heat. The application of the invention is useful in such converters, which are subject to frequent changing loads or are exposed to temporary shock loads, such as converters for traction power supplies or electric drives of rolling mills.

Characteristic of the known state of the art

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.To dissipate the heat loss generated during the operation of power converters various cooling systems are known. Self-cooling based on free convection has advantages in terms of material costs, operating costs and operational safety as well as environmental impact compared to other types of cooling.

Zur Abführung größerer Verlustleistungen und bei alternierender Belastung sind Stromrichter mit Zwangs-Luftkühlung bekannt, die einen Lüfteraufbau aufweisen.To dissipate greater power losses and alternating load power converters with forced air cooling are known, which have a fan assembly.

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.Power converters with fan assembly are usually designed so that within the vessel, an air duct is structurally arranged, on the underside of the air supply takes place and sitting at the top of the fan assembly. Such converters are described for example in DE-OS 2515341, DD 55381, DD 74908 and in DE-OS 3322288. Such power converter variants all have the disadvantage that when the fan is switched off, the guiding devices of the air duct, the fan assembly and the rotor blades present in a large number impede self-cooling, so that such a device not specially designed for self-cooling can not be driven with the otherwise possible current load and Therefore, can be used only for a lower continuous load without higher power semiconductor cost. As a result, frequent turning on and off of the fan is to be expected, which leads to its increased wear and frequent noise pollution of the environment, especially those working there. Furthermore occurs when turning on a power converter, which is performed in forced cooling, the effect that due to the large time constant of the thermal process and the relatively rapid reduction of air flow when switching off the fan, the power electronic components are exposed to a thermal shock load, the w .. *. a time delay when switching off the fan must be compensated or at the expense of the life of the components goes.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to reduce the wear of the fan to increase the life of the power semiconductors and the load capacity of the components at standstill of the fan significantly and to reduce the environmental impact caused by noise.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention is based on the object to form the cooling system for power semiconductors equipped with power converters so that when the fan is a much stronger self-cooling of the power semiconductor is achieved. According to the invention the object is achieved in that in addition to the fan opening in the outer wall of the air guide vessel provided at least one opening closable by cover and air flow-dependent opened with a stationary fan and is closed during its operation. It is further provided that the cover is formed with a hinged in the outer wall two-legged lever corresponding and located in the air duct vessel leg of the lever an adjustable by the air flow of the fan element from the air stream removably receives, the weight of the adjustable element caused by the fan Outward movement at its standstill counteracting dimensioned and that the closing force of the cover corresponds to the negative pressure generated by the fan inside the air guide vessel. The force of the adjustable element can be supported by a conventional energy storage. The effective air-permeable area of the closable opening is appropriate to that of the air duct in the air-guiding vessel.

embodiment

In einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigenIn one embodiment, the invention will be explained in more detail. Show it

Darstellung mit ausgezogenen Linien: das erfindungsgemäße Kühlsystem entsprechend dem Betriebsfall „Lüfter ein", Darstellung mit gestrichelten Linien: das erfindungsgemäße Kühlsystem entsprechend dem Betriebsfall „Lüfter aus".Illustration with solid lines: the cooling system according to the invention corresponding to the operating case "fan on", representation with dashed lines: the cooling system according to the invention corresponding to the operating case "fan off".

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.The cooling system according to the invention for equipped with power semiconductors power converter includes an integral part, introduced into the outer wall 1 of the upper part of the air guide vessel 2 opening A ₁ whose luftdurchsatzfähigar cross section corresponds to that formed in the interior of the converter air channel, which also realized by introducing a plurality of openings 4 can be. The shape of the opening 4, adapted to the respective preferred side walls of the air guide vessel 2, formed as a rectangular opening in such a side wall, wherein other shapes for the opening 4 are possible. The edge of the opening 4 is preferably hermetically sealed by means of a strip-shaped sealing coating, wherein the Ventilsog acts reinforcing on the sealing ability. According to the number of openings 4 covers 5 are provided, which cover the openings 4 overlapping. The cover 5 is articulated via a lever 8 on the air guide vessel 2 by a lever bearing 9, which is arranged within the outer wall 1. The lever 8 is fixed to the cover 5 and passes through a lever bushing 10, which is adapted in shape to the profile of the lever 8, through the outer wall 1 and extends into the interior of the air guide vessel 2 inside. The lever bushing 10 may include a rubber boot that, when tightly engaged with the lever 8, may seal the air duct vessel 2 against the draw of bleed air. The lever bushing 10 provides the lever 8 as far as freedom of movement that he can perform about its bearing 9 around a rotational movement sufficient to lower the cover 5 over the entire surface on the closable opening 4, or raise them so far that the exhaust air unhindered exit from the Air guide vessel 2 is possible. Within the air guide vessel 2 adjustable by the air flow element 7 is housed, which has a planar convex shape, the design of which depends on the necessarily applied force, the force can be amplified by a conventional power storage. By adjusting the lever 8 or a lever-type linkage can be achieved that an adjustable element can provide multiple covers 5 simultaneously, whereby the arrangement in Luftführunysgnfäß 2 can be made more variable by adjusting the lever 8 , The convex shape of the adjustable element 7 ensures that the vacuum formed by the air flow in the curvature of the adjustable element 7 achieves a further increase in the actuating force. The weight of the adjustable element 7 causes it contrary to the direction of the air flow when switching off the fan 6 goes to its rest position, the invention causes a corresponding increase in the cover 5 as far as it allows the lever bushing 10 and for the unimpeded exit of the exhaust air necessary is.

Claims

1. Cooling system for power semiconductors equipped with power converters in a vessel with a fan arranged above, which is switched on or off at a fixed value of heat loss power, characterized in that in the outer wall (1) of the air guide vessel (2) in addition to Fan opening (3) nor at least one by cover (5) closable opening (4) provided and air flow-dependent when the fan (6) is stopped and closed during its operation.

2. Cooling system according to claim 1, gekonnzeichnet characterized in that the cover (5) with a in the outer wall (1) hinged ^ .veibenischigen lever (8) is designed to correspond and in the air guide vessel (2) located leg of the lever (8) adjustable by the air flow of the fan (6) adjustable element (7) from the air stream, wherein the weight of the adjustable element (7) of the fan (6) caused outward movement is measured counteracting its standstill.

3. Cooling system according to claims 1 and 2, characterized in that the closing force of the cover (5) corresponds to the negative pressure generated by the fan (6) inside the air guide vessel (2).

4. Cooling system according to claims 2 and 3, characterized in that the actuating force of the adjustable element (7) is supported by a force accumulator.

5. Cooling system according to claims 1 to 4, characterized in that the effective air-permeable surface of the closable openings (4) of the air duct in the air guide vessel is appropriate.