DE1809770A1 - Process for dissipating the heat loss from thyristors arranged in electronic frequency converters of refrigeration machine systems - Google Patents
Process for dissipating the heat loss from thyristors arranged in electronic frequency converters of refrigeration machine systemsInfo
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Description
(S 301) s 68/083(S 301) s 68/08 3
So/KpSo / Kp
19. 11. 1968November 19, 1968
Verfahren zum Abführen der Verlustwärme von in elektronischen Frequenz-Umrichtern von Kältemaschinenanlagen angeordneten ThyristorenProcess for dissipating heat loss in electronic frequency converters from refrigeration systems arranged thyristors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abführen der Verlustwärme von Thyristoren, welche in elektronischen Frequenz-Umrichtern von Kältemaschinenanlagen angeordnet sind.The invention relates to a method for dissipating the waste heat of thyristors, which are arranged in electronic frequency converters of refrigeration systems.
Verschiedene Kompressoren für Kältemaschinenanlagen, die mit Asynchronmotoren angetrieben werden, müssen zur Regelung der Kälteleistung Drehzahlen erreichen, die weit über der durch die Netzfrequenz gegebenen Drehzahl liegen. Beispiels-Various compressors for refrigeration systems, which are driven by asynchronous motors, have to be controlled the cooling capacity reach speeds that are far above the speed given by the mains frequency. Example
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weise sind dies Turboverdichter* Schraubenverdichter usw.wisely these are turbo compressors * screw compressors etc.
Hierzu wurde bisher zwischen Motor und Verdichter ein mechanisches Getriebe angeordnet oder es wurde als Antriebsmotor ein Drehstrom-Hochfrequenzrnotor verwendet^ der von einem getrennt aufgestellten Prequenzmaschinenumformersatz gespeist wird.For this purpose, a mechanical one was previously used between the motor and the compressor Gearbox or a three-phase high-frequency motor was used as the drive motor separately installed frequency machine converter set is fed.
Wegen seiner wesentlichen Vorteile diesen beiden Möglichkeiten gegenüber wird heute zur Drehzahlregelung ein kontaktlos arbeitender elektronischer Frequenz-Umrichter verwendet. Mit einem elektronischen Frequenz-Umrichter kann Energie zwischen zwei Wechselstromnetsen übertragen werden, die in ihrer Frequenz und Phasenlage verschieden sind. Man kann somit Drehstrommotoren aus einem 50-Hertz-Netz speisen und mit veränderter Frequenz betreiben und dadurch ihre Drehzahl steuern.Because of its significant advantages over these two possibilities, a contactless one is used for speed control today working electronic frequency converter used. With an electronic frequency converter can Energy can be transferred between two alternating current networks, which are different in their frequency and phase position. This means that three-phase motors can be fed from a 50 Hertz network and operate with a changed frequency and thereby control their speed.
Ein derartiger elektronischer Frequenz-Umrichter besteht im allgemeinen aus netzgeführtem Stromrichter (Gleichrichter), Gleichstrom-Zwischenkreis und Wechselstrom*-·:?.entern nebst Steuer« sätzen. Die gesteuerten Halbleiterventile sind Hochleistungsthyristoren. Diese Thyristoren entwickeln eine relativ hohe, mit der Stärke des durch sie hindurohtretenden Stromes stei- y Such an electronic frequency converter generally consists of a line-commutated converter (rectifier), direct current intermediate circuit and alternating current. The controlled semiconductor valves are high-performance thyristors. These thyristors develop a relatively high stei- with the strength of the current through it hindurohtretenden y
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gende VerlustwSrme, welche bisher durch Kühlung der Thyristoren mit Luft von Raumtemperatur abgeführt wurde.Low heat loss, which was previously dissipated by cooling the thyristors with air at room temperature.
Diese Art der Abführung der Verlustwärme hat jedoch wesentliche Nachteile. Durch den schlechten Wärmeübergang an Luft ergibt sich eine ungünstige Bauform und geringe Belastbarkeit der Thyristoren. Bei Luftkühlung ist ein besonderes Gebläse notwendig. Außerdem kann es durch plötzliche starke Erhöhung der Stromstärke leicht zur Überlastung der Thyristoren kommen.However, this type of dissipation of the heat loss is essential Disadvantage. The poor heat transfer in air results in an unfavorable design and low load capacity the thyristors. A special fan is required for air cooling. Also, it can be due to sudden sharp increase the current strength can easily overload the thyristors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches undThe invention is based on the object of a simple and
wirtschaftliches Verfahren zur Kühlung der Thyristoren anzugeben, das nicht die Mängel des bekannten Verfahrens aufweist. specify economical method for cooling the thyristors, which does not have the shortcomings of the known method.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verlustwärme durch eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise bei Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur, abgeführt wird.This object is achieved in that the heat loss through a cooling liquid, preferably at temperatures below the ambient temperature.
Infolge des guten Wärmeüberganges an Flüssigkeit läßt sich bei Flüssigkeitskühlung und insbesondere bei Flüssigkeitstemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur, d.h. im allgemeinen bei kältetechnisch herabgesetzten Temperaturen, die Verlustwärme der Thyristoren sehr gut abführen. DadurchAs a result of the good heat transfer to the liquid, liquid cooling and especially liquid temperatures below the ambient temperature, i.e. in generally at low temperatures, which dissipate the heat loss of the thyristors very well. Through this
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läßt sich ihre Leistung wesentlich erhöhen und man kann bei gegebener Belastung mit einer geringeren Anzahl γοη Thyristoren auskommen oder die Belastung eines gegebenen Thyristors erhöhen. Man kann also die Leistung der Thyristoren wesentlich vergrößern, ohne sie in ihrem Aufbau erweitern zu müssen.their performance can be increased significantly and one can at given load with a smaller number of γοη thyristors get by or increase the load on a given thyristor. So you can increase the performance of the thyristors significantly without having to expand their structure.
Das Abführen der Verlustwärme bei tiefen Temperaturen ist deshalb äußerst günstigj, da bei fallender Thyristortemperatur die Stromdichte größer wird. Die tiefste Kilhltemperatur von Thyristoren ist heute etwa -JO0Ci, bei weiterer Temperatur-·. herabsetzung ergeben sich bei den herkömmlichen Thyristoren technologische Schwierigkeiten.The dissipation of the heat loss at low temperatures is extremely beneficial, since the current density increases as the thyristor temperature falls. The lowest temperature of thyristors today is about -JO 0 Ci, at higher temperatures- ·. There are technological difficulties with conventional thyristors.
Erst die Flüssigkeitskühlung der Thyristoren ermöglicht deren optimale Anordnung zueinander im Hinblick auf ©ine wirksame Kühlung jedes einzelnen Thyristors sowie eine gute Anpassung der Kühlung an die Belastung. Dies rührt daher, daß erst b@i Verwendung von Kühlflüssigkeit die Kühlung der Thyristoren richtig überschaubar und kontrollierbar ist.Only the liquid cooling of the thyristors enables their optimal arrangement with respect to one another with a view to being effective Cooling of each individual thyristor as well as a good adaptation of the cooling to the load. This is due to the fact that only b @ i Use of cooling liquid the cooling of the thyristors is properly manageable and controllable.
Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung wird die Kühlflüssigkeit als Teilstrom von einem Flüssig» keits- bzw. Flüssigkeits-Dampf-Kreislauf der Kältemaschinenanlage abgezweigt, wobei die Größe dieses Zweigstromes in Abhängigkeit von der Thyristortemperatur eingestellt wird.According to a particularly favorable development of the invention the cooling liquid is used as a partial flow from a liquid or liquid-vapor cycle of the refrigeration system branched off, the size of this branch flow in Depending on the thyristor temperature is set.
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Somit wird auf· einfache Weise eine Teilmenge der ohnehin vpn der Kältemaschinenanlage erzeugten Kälteleistung zur Thyristor-Kühlung verwendet^ wobei das Kühlmedium mit Vorteil nach seiner Erwärmung durch die Thyristoren dem Kreislauf, aus dem es entnommen wurde, zur Regenerierung wieder zugeführt wird. Die Einstellung der Größe des Zweigstromes . zur Thyristorkühlung erfolgt in Abhängigkeit von der Thyristortemperatur und beträgt je nach Thyristorbelastung im allgemeinen etwa 2 bis maximal 10 # der Größe des Hauptstromes. Es ist zweckmäßig, die Kühlflüssigkeitsmenge mit einem vpn der - thyristortemperaturabhängigen - Temperatur des durch die Thyristoren erwärmten Kühlmediums gesteuerten Regelventil einzustellen. Durch die Veränderung der Kühlflüssigkeitsmenge läßt sich auch bei sehr großen und sehr schnellen Belastungswechseln, beispielsweise von 100 auf 3000 A, immer eine im wesentlichen konstante Thyristortemperatür einhalten.In this way, a subset of the anyway The cooling capacity generated by the refrigeration system is used for thyristor cooling ^ whereby the cooling medium is advantageous After it has been heated by the thyristors, it is returned to the circuit from which it was taken for regeneration is fed. Setting the size of the branch current. for thyristor cooling takes place depending on the thyristor temperature and is generally about 2 to a maximum of 10 # the size of the main current, depending on the thyristor load. It is advisable to adjust the amount of cooling liquid with a vpn of the - thyristor temperature dependent - temperature of the adjust the thyristors of the heated cooling medium controlled control valve. By changing the amount of coolant can always be one even with very large and very rapid load changes, for example from 100 to 3000 A. Maintain essentially constant thyristor temperature.
Bei Kaltwassersätzen kann die Kühlflüssigkeit ein Zweigstrom des Kaltwasser-Kreislaufs sein und durch die Kühlkörper der Thyristoren geführt werden.In the case of cold water units, the cooling liquid can be a branch flow of the cold water circuit and through the heat sinks the thyristors are led.
Im Hinblick auf die Forderung nach möglichst tiefen Kühltemperaturen ergibt sich bei Anlagen mit Kältemittelflüssigkeitskühlung des Antriebsmotors eine noch günstigere Aus-With regard to the requirement for the lowest possible cooling temperatures In systems with refrigerant liquid cooling of the drive motor, the result is an even more favorable
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führung der Erfindung, wenn die Kühlflüssigkeit ein Zweigstrom des Kältemittelflüssigkeits-Kreislaufs für die Motorkühlung ist und durch Kühlkörper der Thyristoren geführt wird. Diese Art der Thyristorkühlung ist auch dadurch sehr vorteilhaft, daß beim Anlaufen des Motors der gesamte Flüssigkeitsstrom durch die Kühlkörper der Thyristoren geführt werden kann, da die Kühlung des Äntriebsmotors erst einige Zeit später einzusetzen braucht.Implementation of the invention when the cooling liquid is a branch flow of the refrigerant liquid circuit for engine cooling and is passed through the thyristor heat sinks. This type of thyristor cooling is also very advantageous because that when the motor starts up, the entire flow of liquid is passed through the heat sinks of the thyristors can, since the cooling of the drive motor does not need to start until some time later.
Die Erfindung läßt sich ganz besonders vorteilhaft dadurch ausbilden, daß die Kühlflüssigkeit als 2t\*eigstrom des eigentlichen Kältemittel-Kreislaufs tier Kälternaschinenanlage aus dem Kondensator bzw. Kältemittelsammler entnommen und in Kühlkörper der Thyristoren eingespritzt oder durch die Kühlkörper hindurchgepumpt wird. Das in die Kühlkörper der Thyristoren eingespritzte oder durch diese hindurchgepumpte Kältemittel verdampft in diesen* wobei es außer durch seine fühlbare Kälte durch seine Verdampfungskälte den Thyristor kühlt. Dadurch ergibt sich eine sehr wirtschaftliche Kühlungsart, insbesondere deshalb.» weil grundsätzlich geringere Mengen an Kühlmedium zur Thyrisfcorkühlung umgewälzt werden müssen.The invention can be particularly advantageous thereby train that the cooling liquid as a 2t \ * intrinsic flow of the actual Refrigerant circuit tier refrigerating machine system taken from the condenser or refrigerant collector and in The thyristor heat sinks are injected or pumped through the heat sinks. That in the heat sinks of the thyristors injected refrigerant or refrigerant pumped through it evaporates in this * whereby it is not only through its perceptible cold through its evaporation cold cools the thyristor. This results in a very economical type of cooling, especially because of that. " because basically smaller amounts of cooling medium have to be circulated for Thyrisfcorkühlung.
Schließlich ist noch daran f^daeht* bei überflutetem Verdichter zur Thyristorküiil'jx:s den gesamte};» elektronischenFinally, if the compressor is flooded, the thyristor cooler j x: s the entire}; » electronic
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Frequenz-Umrichter oder zumindest die Thyristoren in der KältemittelflUssigkeit im Verdampfer der Kältemaschinenanlage anzuordnen. Hierbei entfallen sämtliche Rohrleitungen und sonstige Zubehörteile zur Thyristorkühlung nach einem der vorstehend beschriebenen Zweigstromverfahren.Frequency converter or at least the thyristors in the Arrange refrigerant liquid in the evaporator of the refrigerating machine system. All pipelines are omitted here and other accessories for thyristor cooling using one of the branch flow methods described above.
Ein mit erfindungsgemäß gekühlten Thyristoren versehener elektronischer Frequenz-Umrichter ermöglicht eine genaue und wirtschaftliche Regelung der Kälteleistung einer Kältemaschinenanlage in einem weiten Bereich.An electronic frequency converter provided with thyristors cooled according to the invention enables an accurate frequency converter and economical regulation of the cooling capacity of a refrigeration system in a wide range.
6 Patentansprüche6 claims
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Claims (6)
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