DE102005003478A1 - Stromrichteranordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranordnung mit einem Kühlkörper (2) und wenigstens einem zu kühlenden Stromrichterventil, das wärmeleitend mit diesem Kühlkörper (2) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Stromrichteranordnung derart mit einem Ionen-Erzeuger (6) und einer Einrichtung (8) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes versehen, dass erzeugte Ionen entlang einer Oberfläche des Kühlkörpers strömen. Somit kann die Stromrichteranordnung in hoher Schutzart und mit einer Zwangskonvektionskühlung ausgeführt werden, ohne dass sich sein Bauvolumen merklich erhöht.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranordnung mit einem Kühlkörper und wenigstens einem zu kühlenden Stromrichterventil, das wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden ist.
• Bei im Handel erhältlichen Stromrichteranordnungen, beispielsweise einem Frequenzumrichter, entstehen beim Betrieb hohe Verlustleistungen, die aus der Stromrichteranordnung an die der Stromrichteranordnung umgebene Luft abgeführt werden. Dazu weisen die im Handel erhältlichen Stromrichteranordnungen jeweils einen Kühlkörper auf, der üblicherweise auf der Rückseite der Stromrichteranordnung angeordnet ist. Mit diesem Kühlkörper sind zu kühlende Stromrichterventile wärmeleitend verbunden. D.h., diese Stromrichterventile sind lösbar mit einer Grundplatte des Kühlkörpers verbunden. Als Kühlkörper wird überwiegend ein Luftkühlkörper verwendet Die von den getakteten Stromrichterventilen erzeugte Verlustleistung wird dem Kühlkörper zugeführt und durch diesen an die Umgebungsluft abgegeben. Dabei findet dieser Übergang in die Umgebung entweder durch eine Eigenkonvektion oder einer zwangsgeführten Konvektion an der Kühlkörperoberfläche statt. Zur Zwangkonvektionskühlung wird ein Lüfter gebraucht, dessen Lüfterleistung von der Menge der abzuführenden Verlustleistung bestimmt wird. Der Nachteil eines Lüfters liegt darin, dass dieser eine begrenzte Anzahl von Betriebsstunden aufweist und außerdem nicht geräuschlos arbeitet.
• Soll die Stromrichteranordnung für eine hohe Schutzart, beispielsweise höher als IP54, ausgebildet sein, so kann eine Zwangskonvektion nicht verwendet werden. Ist jedoch eine vorbestimmte Verlustleistungsmenge aus einer Stromrichteranordnung abzuführen, so bestimmt diese Menge die Größe des zu verwendenden Kühlkörpers. D.h., das Bauvolumen einer solchen Stromrichteranordnung wird unnötig groß, wodurch nicht jede dezentrale Anordnung mehr realisiert werden kann.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Kühlung einer Stromrichteranordnung derart weiterzubilden, dass diese Stromrichteranordnung in hoher Schutzart bei geringem Bauvolumen ausgeführt werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Durch die Verwendung eines Ionen-Erzeugers und einer Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes kann ein Ionenstrom eingestellt werden, der entlang einer Oberfläche des Kühlkörpers strömt. Die Strömungsrichtung wird von der Anordnung des Ionen-Erzeugers und der Einrichtung bestimmt. Somit erhält man eine erzwungene Konvektion, die ohne einen Lüfter auskommt. Dadurch kann eine erfindungsgemäße Stromrichteranordnung in hoher Schutzart ausgeführt werden, ohne dass sich deren Bauvolumen wesentlich vergrößert.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Stromrichteranordnung sind der Ionen-Erzeuger und die Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes derart einander gegenüber am Kühlkörper angeordnet, dass sich eine Ionenströmung in den Kühlkanälen des Kühlkörpers einstellt. Dadurch wird der Kühlkörper wie bei einer Eigenkonvektionskühlung betrieben, wobei jedoch die Strömung in den Kühlkanälen einstellbar erzwungen werden kann.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Stromrichteranordnung ist der Kühlkörper mit einem Berührschutz versehen. Dadurch wird verhindert, dass eine Person den Kühlkörper einer frei zugänglichen Stromrichteranordnung berühren kann.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung schematisch veranschaulicht ist.
• Diese Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine vorteilhafte Ausführungsform der Stromrichteranordnung nach der Erfindung. In dieser Figur sind mit 2 ein Kühlkörper, mit 4 ein zu kühlendes Stromrichtermodul, mit 6 ein Ionen-Erzeuger und mit 8 eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes bezeichnet. In diesem Stromrichtermodul 4 kann beispielsweise ein Stromrichterventil bzw. zwei Stromrichterventile bzw. sechs Stromrichterventile, insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT), angeordnet sein. Ein derartiges Einzel- bzw. Brückenzweig- bzw. Brückenmodul ist lösbar und wärmeleitend mit dem Kühlkörper 2 verbunden. Auf der Anschlussseite des Stromrichtermoduls 4 ist eine Leiterplatte 10 angebracht, die unter anderem für jedes Stromrichterventil dieses Stromrichtermoduls 4 eine Ansteuerschaltung aufweist. Das Stromrichtermodul 4 und die Leiterplatte 10 befinden sich in einem Gehäuse 12 der Stromrichteranordnung. Der Kühlkörper 2 ist auf der Rückseite dieses Gehäuses 12 derart angeordnet, dass zumindest deren Kühlrippen 14 aus dem Gehäuse 12 herausragen.
• Außerhalb des Gehäuses 12 der Stromrichteranordnung sind der Ionen-Erzeuger 6 und die Einrichtung 8 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes angeordnet. Dabei sind der Ionen-Erzeuger 6 und die Einrichtung 8 am bzw. auf dem Kühlkörper 2 einander gegenüberliegend angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind diese Einrichtungen 6 und 8 so zu den Kühlkanälen des Kühlkörpers 2 angeordnet, dass die erzeugten Ionen in diesen Kühlkanälen entlang strömen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in den Kühlkanälen wird mittels der Einrichtung 8 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes eingestellt.
• In Abhängigkeit einer vorbestimmten abzuführenden Verlustleistung kann der Kühlkörper 2 sich erheblich erwärmen, wodurch eine Gefahr für eine Person entstehen könnte. Damit bei einer unbeabsichtigten Berührung eine Person nicht geschädigt werden kann, ist dieser Kühlkörper 2 mit einem Berührschutz 16 versehen. Dieser Berührschutz 16 ist dermaßen ausgestaltet, dass einerseits die Luftströmung zur Abführung einer vorbestimmten Verlustleistung nicht behindert wird und andererseits eine Person nicht an den Kühlkörper 2 gelangen kann. Eine derartige Schutzmassnahme ist nur bei frei zugänglichen Stromrichteranordnungen erforderlich. Frei zugänglich sind Stromrichteranordnungen, wenn diese dezentral angeordnet sind.
• Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Kühlung einer Stromrichteranordnung besteht darin, dass eine hohe Schutzart mit einer Zwangskonvektionskühlung erzielt werden kann, ohne dass sich das Bauvolumen der Stromrichteranordnung merklich erhöht. Da auch kein Lüfter verwendet wird, erhöht sich ebenfalls die Zuverlässigkeit der Stromrichteranordnung. Im Vergleich zur Konvektionskühlung weist der Kühlkörper eine wesentlich geringere Baugröße auf.

Claims (4)

1. Stromrichteranordnung mit einem Kühlkörper (2) und wenigstens einem zu kühlenden Stromrichterventil, das wärmeleitend mit diesem Kühlkörper (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichteranordnung derart mit einem Ionen-Erzeuger (6) und einer Einrichtung (8) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes versehen ist, dass erzeugte Ionen entlang einer Oberfläche des Kühlkörpers (2) strömen.
2. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionen-Erzeuger (6) und die Einrichtung (8) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes derart einander gegenüber am Kühlkörper (2) angeordnet sind, dass sich eine Ionenströmung in den Kühlkanälen des Kühlkörpers (2) einstellt.
3. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (2) mit einem Berührschutz (16) versehen ist.
4. Stromrichteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Berührschutz ein Maschengitter vorgesehen ist.