DE2226057A1 - Luftgekuehlter stromrichter - Google Patents

Description

• "Luftgekühlter Stromrichter" Die Erfindung bezieht sich auf einen in einem Gehäuse befindlichen luftgekühlten Stromrichter.
• Stromrichter können mit Dioden und/oder Thyristoren, ;je nach Einsatzbedingungen, ausgerüstet sein. Den Diqden sind Kühlkörper und Beschaltungsglieder, den Thyristoren zusätzlich Änsteuerglieder zugeordnet. Beide Halbleitertypen können mit Sicherungen versehen sein. Weitere Strom- und Beschaltungsglieder können je nach Art des Stromrichters notwendig sein, Alle an der Stromführung beteiligten Elemente erzeugen Wärme; der größte Enteil entfällt auf die Halbleiter und wird über die Kühlkörper an die Luft abgegeben. rauch Sicherungen und/oder Beschaltungsglieder können einen Teil ibrer Wärme über die Kühlkörper abführen. Die Restwärme und die Wärme der übrigen elektrischen Bauelemente wird direkt von deren Wandung durch natürliche Konvektion abgeführt.
• Luftgekühlte Stromrichter bekannter Bauarten haben den großen Vorteil der Einfachheit. Nachteilig ist die dabei auftretende Verschmutzung der elektrischen Teile, die besonders unter ungünstigen Betriebsbedingungen, wie sie z.B. der isenbahnbetrieb mit sich bringt, zu erheblichen Reinigungsarbeiten zwingen kann.
• Der Vorteil der Wartungslosigkeit, den die Elektronik bietet, kann dadurch nicht ausgeschöpft werden.
• Es wurden daher verschiedene Ausführungen bekannt, die diesen Nachteil unterbinden sollen. So verwendet man einen geschlossenen Luftkreislauf, der seine Wärme über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher abgibt. Dies ist jedoch nicht immer, vor allem nicht auf Fahrzeugen, zu realisieren.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stromrichter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der durch direkte Luftkühlung einfach und betriebssicher gebaut werden kann, wobei die elektrischen Teile sauber bleiben und damit wartungsfrei gehalten werden.
• Diese aufgabe wird bei einem Stromrichter der eingangs genannten ist gelöst, welcher durch einen ersten Raum mit geschlossenem Luftkreislauf, in dem alle elektrischen Bauelemente staubdicht untergebracht sind, und durch einen mit Frischluft durchströmten zweiten Raum, in welchen die Kühlkörper der elektrischen Bauelemente und die Kondensationszone mindestens eines Wärmerohrs ragen und in welchen die durch die elektrischen Verluste entstehende Wärme über das Wärmerohr und die Kühlkörper der Halbleiterelemente übertragen wird, gekennzeichnet ist.
• In weiterer Ausbildung sind Kühlkörper und Wärmerohr staubdicht auf einer die beiden Räume voneinander trennenden Isolierplatte befestigt.
• Eine weitere Ausführung der Erfindung geht dabei dahin, daß der die Bautoile aufnehmende Raum mittels einer Haube staubdicht abgedichtet ist.
• In weiterer Ausbildung ist je ein Lüfterrad in jeden Raum vergesehen, welches die Luft umwälzt.
• Weitherin ist der Raum, durch welchen die Frischluft strömt, mit Luftnebenwegen versehen.
• Der erfindungsgemäße Stromrichter ist so aufgebaut, daß zwei voneinander getrennte Räume entstehen. Einer davon steht mit der Aussenluft in Verbindung, der zweite ist gegen sie staubdicht abgeschlossen. In den ersten Raum ragen die Kühlkörper.
• Durch ihn wird mittels Gebläse die Aussenluft zur Kühlung durchgeführt Im zweiten Raum, in dem alle elektrischen Bauelemente untergebracht sind, wird durch ein kleines Gebläse ebenfalls ein Luft-Zwangsumlauf erzeugt so daß die dert anfallende Wärme über ein oder mehrere Wärmerohre, die auch in den ersten Raum ragen, abgeführt werden kann.
• Ein Wärmerohr weist einen besonders kleinem inneren Wärmewiderstand auf, so daß auch im nach aussen dichten Raum ein Temperaturniveau erzeugt werden kann, das die Temperatur der elektrischen Bauelemente nicht über diejenige anhebt, die sie bei natürlicher Konvektion in freier Umgebung einnehmen würden. Es ist deshalb zweckmäßig, bei mehreren luftmäßig in Reihe geschalteten Halbleiterkühlern das Wärmerohr in der Nähe des Lufteintrittes anzuordnen, um nicht durch die Temperaturerhöhnung der Luft ungünstigere thermische Bedingungen zu erhalten.
• Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 einen Stromrichter in schematischer Darstellung, im Schnitt und Big. 2 den Stromrichter nach Fig. 1 im Ausfriß mit aufgesch@ittener Abdeckhaube.
• Ein Stromrichter besitzt eine isolierende vordere Isolierplatte, die mit einer Rückwand 2 und Seitenwänden 3 einem Schacht 4 bildet. In diesen Schacht 4 ragen, durch Ausschnitte 5 der Wand 1, Kühlkörper 10 für Halbleiterbauelemente und eine Wärmeleiteinrichtung 20 mit Wärmerohr 23. In der Rückwand 2 befindet sich unten ein großer Ausschnitt 6, durch den der Hauptkühlluftstrom eingesogen wird. Weitere Ausnehmungen 7 ermöglichen das Beimischen von weiterer Frischluft, so daß sich mit der in Richtung Luftstrom steigenden Deml)eratur kleiner werdende Wärmewiderstände der übereinander liegenden Liihlkörper einstellen. Damit wird eine gleichmäßige Ausnutzung der Halbleiterelemente ermöglicht. Der Abschluß des Schachtes 4 wird durch einen Lüfter 8 mit Iluftleitapparat 8a gebildet.
• Die Kühlkörper 10 mit Boden 11 und Rippen 12 sind auf der Wand l über je ein Dichtungselement 13 befestigt. Dadurch erfolgt ein staubdichter Abschluß zum Schacht 4. Auf jedem Kühlkörper ist ein Halbleiterelement 14 befestigt. In einem strichpunktierten Raum 15 sind weitere, nicht gezeigte elektrische Bauelemente untergebracht. Sie sind auf dem Kühlkörper teils elektrisch leitend, teils elektrisch isolierend befestigt.
• Auch die Wärmeleiteinrichtung 20 ist in gleicher Art wie jeder Rühlkörper 10 au9 der Wand 1 befestigt. Es besitzt eine Flansch 21 mit Dichtung 22, in dem das eigentliche Wirmerohr 23 gehalten ist. Mit diesem sind innig verbunden Eühlplatten 24 und 25.
• Auf der Wand 1 ist eine leicht abzunehmende Haube 30 mit Dichtung 31 aufgebracht. Durch sie wird ein staubdichter Raum 32 geschaffen. Weiter ist auf der Wand 1 noch eine vertikale Wand 33 befestigt, die den Raum 32 unterteilt.
• An ihr ist oben ein Luftleitapparat 34 angebracht, der einen Lüfter 35 tragt. Unten ist ein Holm 36 befestigt, wodurch ein Kanal entsteht.
• Der Lüfter 35 zieht die im Raum 32 befindliche Luft über die elektrischen Bauelemente und gibt die aufgenommene Wärme an die lCühlplatten 25 des Wärmerohrs 23 ab.
• Dieses transportiert sie zu den Kühlplatten 24, von wo sie die Frischluft abführt.
• Die nicht dargestellten elektrischen Verbindungen und Anschlußschienen werden zweckmäßigerweise alle nach hinten, ebenfalls staubdicht, durch die Isolierwand 1 geführt.
• Die beschriebene Ausführung soll nur den prinzipiellen Aufbau zeigen. Andere Anordnungen mit weniger oder mehr Halbleiterelementen sind möglich. Die Luft des Raumes 32 braucht in vertikaler Richtung nicht nur über eine Reihe Bauelemente gezogen werden, außerdem kann sie auch horizontal geführt werden. Ebenso können die Wärmerohre an anderen Stellen sitzen, so daß sich kleinere Temperaturgefälle ergeben.
• Auch kann der Aufbau so sein, daß statt der Haube die Isolierwand mit Seitenwänden versehen, und nur ein Deckel oder eine Tür vorhanden ist. Auch der Frischluftstrom braucht nicht vertikal, er kann auch horizontal geführt sein.

Claims (5)

1. Patentansrüche 9 n einem Gehäuse befindlicher luftgekühlter Stromrichter, gekennzeichnet durch einen ersten Raum (32) mit geschlossenem Luftkreislauf, in dem alle elektrischen Bauelemente (14,15) staubdicht untergebracht sind, und durch einen mit FrischltlJ:t durchströmten zweiten Raum (4), in welchen ### Kühlkörper (10 12) der Halbleiterbauelemente und die Kondensationszone mindestens eines Wärmerohres (23) ragen und in welchen die dadurch die elektrischen Verluste entstehende Wärme über das Wärmerohr und die Kühlkörper der Halbleiterelemente übertragen wird.
2. 2. Luftgekühlter Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß Kühlkörper und Wärmerohr staubdicht auf einer die beiden Räume voneinander trennenden Isolierplatte (1) befestigt sind.
3. 3. Luftgekühlter Stromrichter nach Anspr. 1 - 2, dadurch ge -kennzeichnet, daß der die Bauteile aufnehmende Raum (32) mittels einer Haube (30) staubdicht abgedichtet ist.
4. 4. Stromrichter nach Anspr. 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß Je ein Lüfterrad (8 bzw. 35) in Jedem Raum (4bzw. 32) vorgesehen ist, welches die Luft umwälzt.
5. 5. Luftgekühlter Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (4), durch welchen die Frischluft strömt, mit Luftnebenwegen versehen ist. L e e r s e i t e