ES2325184T3 - Inversor. - Google Patents

Abstract

Inversor, estando la base de la carcasa (1) del inversor conformada escalonadamente, estando los disipadores térmicos 10, 11) dispuestos en la parte externa de la base escalonada, estando previstas al menos dos placas de circuito impreso (6, 8) interconectadas con el respectivo disipador térmico (10, 11), estando solapadas una al lado de la otra a través de elementos constructivos semiconductores.

Description

Inversor.

El invento trata de un inversor.

Por el documento DE 100 48379 A1 se conoce una unidad de mando electrónica para el control del motor de un vehículo motorizado. La unidad de mando está compuesta por una carcasa con una base de carcasa que está conformada como una placa de irradiación o como disipador térmico. Sobre esta base de carcasa están dispuestos transistores de potencia. Sobre ésta se encuentra una placa de circuito impreso que divide la carcasa y que presenta una CPU o un microordenador.

En el documento JP 2005123459 A se describe un disipador térmico que presenta un tubo en su interior que sobresale del disipador térmico y que en sus extremos sobresaliente presenta aletas disipadoras térmicas. Sobre el disipador térmico se encuentran elementos constructivos semiconductores que desprenden calor. En el tubo que ha sido evacuado se encuentra una cantidad reducida de líquido que se evapora en el tubo bajo el efecto térmico. Puesto que el tubo está dispuesto oblicuamente, el vapor asciende en dirección del segmento del tubo con las aletas disipadoras térmicas, condensándose allí para luego descender nuevamente al extremo inferior del tubo, donde el circuito de disipación térmica se reinicia desde el principio.

De los diferentes sectores de la electrotécnica se conocen inversores, especialmente del sector fotovoltaico, pero también de otros dispositivos generadores de corriente alternativos, por ejemplo, instalaciones eólicas como también instalaciones de biogas. Además, se requieren inversores de batería para poner a disposición, una red de tensión alterna con una batería como fuente de energía para usuarios que no estén conectados a una red de alimentación de energía pública. Con la ayuda de dichos inversores se transforma una corriente continua en una corriente alterna. Para ello se requieren elementos de conexión, especialmente elementos constructivos semiconductores, como convertidor AC/DC, así como dependiendo de la topología de conexión, también elementos constructivos magnéticos, como transformadores o estranguladores.

Para reducir el peso de convertidores de este tipo se emplean según el estado de la técnica actual, cada vez más topologías-HF con transformadores-HF para la separación galvánica. En este caso están conectadas sucesivamente varias escalas de transformación. De este modo se produce la necesidad de refrigerar varios semiconductores de potencia en diferentes puntos de la conexión. Según el estado de la técnica actual, los semiconductores están dispuestos por ejemplo, en la parte inferior de la correspondiente placa de circuito impreso.

Por el documento JP 11113267 A se conoce un inversor que sin embargo no presenta ninguna carcasa. El inversor presenta un disipador térmico escalonado, presentando cada escalón una conexión puente de inversor. Las conexiones puente están conectadas a una placa de circuito impreso que se encuentra sobrepuesta. Esta citación no muestra una construcción que ahorre espacio.

Los inversores se emplean frecuentemente en zonas externas. Esto quiere decir que las carcasas deben estar construidas para cualquier clima e impermeabilizadas. Una carcasa de un inversor de este tipo apta para cualquier clima según el estado actual de la técnica se caracteriza porque la carcasa misma está impermeabilizada contra influencias medioambientales, presentando sin embargo, en su cara externa, aletas disipadoras térmicas. A fin de evitar un sobrecalentamiento de las piezas constructivas dispuestas dentro de la carcasa, por ejemplo, elementos constructivos semiconductores y también elementos magnéticos, como transformadores y estranguladores, se encuentra dentro de la carcasa un ventilador que remueve continuamente el aire dentro de la carcasa. El calor generado durante el funcionamiento del inversor es expulsado al ambiente a través de la carcasa y de las aletas disipadoras térmicas dispuestas en la carcasa

Un inversor montado de este tipo tiene diversas desventajas, por ejemplo, la refrigeración es suficiente sólo con limitaciones, lo cual conduce a una desconexión anticipada del inversor debido al recalentamiento, especialmente con temperaturas externas elevadas. Además, un ventilador representa un desgaste. Debido a la disposición de las aletas disipadoras térmicas en todo el perímetro de la carcasa, la cara de la carcasa orientada hacia el usuario también se recalienta, ocasionando posibles daños al usuario. El desarrollo térmico de los componentes constructivos dispuestos en la carcasa del inversor de corriente adquiere especial relevancia, si éstos trabajan en un rango de baja frecuencia. Esto e s así por que entonces es necesario un transformador de grandes dimensiones, el cual expulsa una cantidad de calor correspondiente, la cual debe ser expulsada finalmente hacia el exterior a través de la carcasa.

Además, los inversores de baja frecuencia de este tipo son relativamente voluminosos lo cual requiere una elevada necesidad de espacio para su colocación en un componente de edificación.

Otros inversores con una topología-HF según el estado actual de la técnica presentan una o varias placas de circuito impreso sobre las cuales deben ser disipados de calor mediante un disipador térmico, varios semiconductores dispuestos uno junto a otro. En el caso de un montaje de este tipo, es desfavorable la necesidad de una gran superficie base.

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Por consiguiente, el invento tiene como objetivo poner a disposición una carcasa de un inversor que sea a prueba de cualquier clima y especialmente impermeabilizada, que requiera una reducida superficie base y sin embargo, que posibilite una disipación térmica suficiente de los componentes constructivos del inversor, incluso a altas temperaturas externas. Un superficie base reducida es favorable para que en un recinto de trabajo eléctrico, se requiera sólo una pequeña superficie de pared para ser colgado, además hay que añadir que las partes de carcasa que se pueden tocar no se deben calentar. Es decir, se debe poner a disposición una carcasa de un inversor que debe reunir principios constructivos contrarios en sí, concretamente un tipo de construcción compacto con disipación óptima.

Este objetivo se consigue con un primer modelo de fabricación de un inversor según el invento porque la base de la carcasa es escalonada, estando los disipadores térmicos dispuestos externamente sobre la base escalonada, estando previstas al menos dos placas de circuito impreso interconectadas con el respectivo disipador térmico, estando solapadas una al lado de la otra a través de elementos constructivos semiconductores. Debido a la configuración escalonada de la base de carcasa, existe la posibilidad de disponer también las placas de circuito impreso de forma escalonada, desplazadas una sobre otra y solapadas una al lado de la otra, pudiéndose de este modo desarrollar un modelo de construcción con una superficie base mínima. A través de la disposición solapada de las placas de circuito impreso de este modo, resulta un modelo de construcción que ahorra espacio. La disposición del disipador térmico en la parte externa de la carcasa y en este caso especialmente entre la pared, por ejemplo, de un recinto de trabajo eléctrico y la carcasa, facilita no sólo una disipación suficiente, sino que además, el disipador térmico no es accesible sin más desde fuera.

Debido a que cada placa de circuito impreso está en contacto con un disipador y a que se ha seleccionado el tamaño de los disipadores térmicos de acuerdo al recorrido escalonado de la base de carcasa, se posibilita el uso de disipadores térmicos de diferente altura y por consiguiente de diferente tamaño, concretamente en la medida en que se pueda emplear un disipador térmico grande en la entrada escalonada de la base de carcasa, mientras que en otra zona de la base de carcasa, el disipador térmico puede ser plano. Esto también tiene en cuenta sobre todo el hecho de que se pueden emplear placas de circuito impreso de diferentes dimensiones, estando dispuestas en la carcasa del inversor, las placas de circuito impreso más grandes sobre las más pequeñas, de modo que la placa de circuito impreso más grande esté también asignada al disipador térmico más grande respectivamente. Es decir, que la altura del disipador térmico en la base escalonada se ha seleccionado de tal modo, que las caras de la aleta del disipador térmico en estado montado conforman un plano, a pesar de la diferente altura del disipador térmico.

Según una segunda variante, se ha previsto para lograr el objetivo según el invento, que el inversor esté equipado con al menos un disipador térmico dispuesto en la parte externa de la carcasa y con al menos dos placas de circuito impreso que estén conectas con al menos un disipador térmico a través de elementos constructivos semiconductores, solapando oblicuamente una placa de circuito impreso, la otra placa de circuito impreso en la carcasa.

En particular, la placa de circuito impreso dispuesta oblicuamente está conectada con al menos un disipador térmico mediante una rampa. La rampa se presenta como un bloque conductor de calor con superficie de alojamiento oblicua, estando previsto el elemento semiconductor preferentemente entre la rampa y la placa de circuito impreso.

Otras características favorables de las variantes se desprenden de las subreivindicaciones.

De este modo está previsto que al menos un disipador térmico presente medios para la sujeción del disipador térmico en el componente de carcasa.

Según una característica especial del invento, está previsto que visto frontalmente, el/los disipador/es térmico/s estén dispuestos lateralmente desplazados en la base de la carcasa. La ventaja consiste en que de este modo se optimiza la expulsión del calor generado por los disipadores térmicos. Esto siempre y cuando que mediante la convección de cada disipador térmico, éste sea envuelto individualmente por aire fresco. Debido a la disposición desplazada lateralmente de los disipadores térmicos en la base de carcasa, se crea además espacio en la cara externa de la base de carcasa para la disposición de otros elementos o agregados a disipar, por ejemplo, de estranguladores, que junto a los disipadores térmicos pueden ser dispuestos en la cara externa de la base de carcasa. Según el caso, donde estén dispuestos elementos a disipar de este tipo, por ejemplo, estranguladores, éstos son afectados por el aire precalentado mediante los disipadores térmicos dispuestos debajo, sin embargo, el efecto de disipación térmico es suficiente en muchos casos para garantizar también un funcionamiento sin interferencias de estos elementos.

Además, está previsto que las placas de circuito impreso estén conectadas con el disipador térmico respectivo mediante elementos constructivos semiconductores.

Como ya se mencionó anteriormente, los inversores se emplean preferentemente en zonas externas, es decir, los inversores están sometidos a influencias medioambientales, como especialmente también a la humedad. Esto quiere decir que las carcasas de los inversores deben estar concebidas de tal modo que especialmente en los orificios pasacables esté garantizado que no penetre la humedad. En tal medida está previsto en la carcasa según el invento, que esta carcasa en estado montado presente en su cara inferior una así llamada zona de conexión para uno o varios cables de corriente. En este caso, está especialmente previsto que la zona de conexión presente una pared que discurre oblicuamente con orificio de paso sellable para que entren los cables. En este sentido se hace hincapié, que los cables que deben ser introducidos en la zona de conexión son bastante gruesos y relativamente rígidos, tratándose de inversores de batería para bajas tensiones de batería. Es decir, que los conductos de batería deben ser introducidos en el sentido preindicado, en la zona de conexión, por ejemplo, en forma de una cámara de conexión, a fin de evitar un drástico curvado de los conductos de batería y por consiguiente sometimientos de curvado de las juntas en la pared de la carcasa de conexión. En este sentido, la pared para el paso de los conductos de batería está conformada oblicuamente vista desde el lado de la carcasa. Esta inclinación sirve simultáneamente como tobera para conducir aire frío en sentido del disipador térmico situado en la parte inferior.

Según otra característica del invento, la zona de conexión muestra al menos una regleta de polos, por ejemplo, conformada como un riel de cobre con varios bornes de conexión para la recepción de cables que entran y salen. En este caso están previstas al menos dos regletas de polos, estando cada regleta de polos conectada con cables introducidos desde fuera a través la zona de conexión, sirviendo los demás bornes de conexión de una regleta de polos de este tipo para la recepción de cables individuales para conectar con la conexión correspondiente en la placa de circuito impreso. Esto tiene la ventaja que el mazo de cables grueso o el cableado eléctrico de los conductos de batería, el cual es bastante rígido y que es introducido en la zona de conexión, puede ser impermeabilizado en el pasaje hacia la zona de conexión sólo con dificultad, pero el pasaje del cable individual de la regleta de polos respectiva en la propia carcasa del inversor, puede ser impermeabilizado con mayor facilidad debido a la mayor elasticidad de este cable fino. Se debe pues, garantizar que la carcasa del inversor esté totalmente protegida contra humedad penetrante, teniendo en cuenta que la zona de conexión debe ser protegida sólo superficialmente, puesto que aquí no se encuentra ningún componente constructivo eléctrico que sea sensible a la humedad. Además, debido a la división en varios conductos, se puede posibilitar la entrada de una corriente de baterías de gran magnitud hacia la placa de circuito impreso, sin que ésta se recaliente en los puntos de contacto.

A continuación, en base a los dibujos se explicará más detalladamente el invento con sus variantes.

La figura 1, muestra en una vista lateral, la carcasa de inversor de una primera variante;

La figura 2, muestra una vista sobre la carcasa de inversor, según la línea II-II de la figura 1;

La figura 3, muestra en una vista lateral, la carcasa de inversor en una segunda variante.

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La carcasa de inversor completa, denominada con el número 1, comprende una tapa 2 según la primera variante, una pared 3, así como la base completa que se desarrolla escalonadamente denominada con el número 4. En la zona del escalón superior 5 en la figura 1, se encuentra la placa de circuito impresa denominada con 6, mientras que en la zona del escalón 7 se encuentra la placa de circuito impreso denominada con 8. Las placas de circuito impreso 6 y 8 están conectadas con un disipador térmico 10 y 11 respectivamente mediante los elementos constructivos semiconductores 9, presentando los disipadores térmicos 10 y 11 una altura diferente. Además, las placas de circuito impreso presentan otros componentes constructivos, por ejemplo, componentes constructivos magnéticos o condensadores 16 y 18. La placa de circuito impreso 6 respecto a la placa de circuito impreso 8 presenta una mayor amplitud. En estado montado, los disipadores térmicos presentan en su cara inferior, es decir la cara orientada hacia la pared 20, un nivel plano, de modo que la carcasa completa puede ser montada en plano en la pared. La colocación en la pared 20 se realiza mediante tornillos 21 esbozados.

Como resulta especialmente de la figura 2, los disipadores térmicos 10 y 11 están dispuestos desplazados uno junto al otro en la cara externa de la base 4. Esto significa que cada disipador térmico es envuelto individualmente por aire en vías de la convección. Por consiguiente, a través de los disipadores térmicos dispuestos externamente, es posible una convección natural y con ello una refrigeración óptima en una carcasa hermética, por lo demás. Además, mediante la disposición de los disipadores térmicos en la cara externa de la base 4, se consigue que los disipadores térmicos en calidad de cuerpos calientes no sean accesibles desde fuera, evitando de este modo que el personal manipulador sufra daños personales.

Como ya se expuso anteriormente, los disipadores térmicos están dispuestos desplazados lateralmente uno respecto al otro en la base de la carcasa 4. De este modo, queda espacio disponible para la colocación de otros agregados a disipar, por ejemplo, estranguladores 15 que pueden estar dispuestos en la zona del escalón 5. Si bien éstos son disipados por el aire precalentado mediante el disipador térmico 11, el efecto de disipación térmica es suficiente sin embargo, para garantizar el funcionamiento de estos estranguladores incluso en un entorno caliente.

Objetivo del presente invento es también la disposición de una zona de conexión 30 en forma de una cámara de conexión en la carcasa denominada con 1. Esta zona de conexión o cámara de conexión, comprende una pared oblicua 31 que está orientada hacia la pared del edificio 20, presentando la pared oblicua 31 un orificio 32 para el paso del mazo de conductos de baterías denominado con 40. Mediante la disposición de la pared 31 en dirección a la pared del edificio 20, el pasaje del cable de baterías 40 está protegido directamente contra influencias meteorológicas. En la zona de la cámara de conexión 30 se encuentran dos regletas de polos 35, estando los cables del mazo de cables 40 conectados con estas regletas de polos 35 a través de cámaras de conexión correspondientes, presentando cada cámara de conexión otros bornes de conexión, considerando que los cables más finos 38 salientes, vistos relativamente, pueden ser conducidos individualmente a través de la pared 3 de la carcasa 1 del inversor hasta el interior de la carcasa. Estos cables individuales 38 están sellados en la zona del pasaje a través de la pared 3 mediante pulseras de goma 39. Aquí se hace hincapié que el sellado de cables individuales es mucho más fácil de realizar que el sellado de un cable grueso o de un mazo de cables, puesto que los cables finos son considerablemente más elásticos que un cable grueso o que un mazo de cables en su totalidad. Si bien la cámara de conexión o la zona 30 misma están selladas contra la penetración de humedad, no se puede garantizar un sellado como en la transición de la cámara de conexión 30 a la carcasa 1.

La representación según la figura 3 muestra la segunda variante, estando representada allí sólo la propia carcasa y no la cámara de conexión 30, que sin embargo puede estar prevista allí.

La carcasa denominada con 1 presenta una tapa 2a, paredes 3a y una base 4a. La base presenta una abertura para el alojamiento del disipador térmico 11a. Sobre el disipador térmico 11a se asienta un elemento constructivo semiconductor con la placa de circuito impreso 8a. Esta placa de circuito impreso discurre en paralelo a la base o también a la cara superior del disipador térmico 11a.

El disipador térmico muestra además, una rampa 12 en forma de bloque con una cara oblicua sobre la que se aloja un elemento constructivo semiconductor 9a. Este elemento constructivo semiconductor discurre oblicuamente, de modo que también la placa de circuito impreso está oblicua y en este caso la placa de circuito impreso 8a solapa o sobresale distanciada. Una distancia entre las placas de circuito impreso en la zona del solapamiento es adecuada debido a la refrigeración en la carcasa.

Claims (14)

1. Inversor, estando la base de la carcasa (1) del inversor conformada escalonadamente, estando los disipadores térmicos 10, 11) dispuestos en la parte externa de la base escalonada, estando previstas al menos dos placas de circuito impreso (6, 8) interconectadas con el respectivo disipador térmico (10, 11), estando solapadas una al lado de la otra a través de elementos constructivos semiconductores.

2. Inversor según la reivindicación 1, caracterizado porque la altura del disipador térmico (10, 11) para la colocación en la base escalonada, ha sido seleccionada de tal modo, que los disipadores térmicos (10, 11) en estado montado conforman un plano en la carcasa (1).

3. Inversor con al menos un disipador térmico (11a) dispuesto en la parte externa de la carcasa (1a) y con al menos dos placas de circuito impreso (6a, 8a), las cuales están en contacto con al menos el disipador térmico (11a) a través de elementos constructivos semiconductores, solapando oblicuamente en la carcasa (1), la placa de circuito impreso (6a) con la otra placa de circuito impreso (8c).

4. Inversor según la reivindicación 3, caracterizado porque la placa de circuito impreso (6a) en posición oblicua, está conectada con al menos un disipador térmico (11a) a través de una rampa (12).

5. Inversor según la reivindicación 4, caracterizado porque entre la rampa (12) y la placa de circuito impreso (6a) está dispuesto el elemento constructivo semiconductor (9a).

6. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los disipadores térmicos (10, 11) vistos desde adelante, están dispuestos en la carcasa (1) desplazados lateralmente.

7. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las placas de circuito impreso (6, 8, 6a, 8a) están conectadas con el disipador térmico (10, 11, 11a) respectivo a través de elementos constructivos semiconductores (9, 9a).

8. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las piezas constructivas magnéticas (15) son también disipadas térmicamente mediante la corriente de aire a través de los disipadores térmicos (10, 11, 11a).

9. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los disipadores térmicos (10, 11, 11a) presentan medios (21) para la sujeción en un componente de edificación (20).

10. Inversor según la reivindicación 9, caracterizado porque la carcasa (1, 1a) presenta una zona de conexión (30) para la conducción de cables.

11. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la zona de conexión (30) presenta al menos una regleta de polos (35) con varios bornes de conexión.

12. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la transición desde la cámara de conexión (30) hacia la carcasa (1, 1a) en la zona de los orificios de conducción de cables están sellados mediante pulseras de goma (39).

13. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la zona de conexión presenta una pared (31) que discurre oblicuamente y que está provista de un orificio (32) sellable para los cables (40).

14. Inversor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la carcasa (1, 1a, 1b) está conformada como carcasa de fundición, presentando la carcasa de fundición (1, 1a, 1b) aletas disipadoras térmicas.