RU18325U1 - Конструкция силового полупроводникового блока - Google Patents

Description

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой технике и может быть использована при создании новых приборов силовой полупроводниковой электроники.

Известна конструкция полупроводникового трехфазного диодного выпрямительного блока, содержащая металлические пластины, диоды, запрессованных в отверстия в пластинах с обеспечением теплового и электрического контакта, токоподводящие шины (патент № GB 2026772 от 04 мая 1979 года).

Недостатком конструкции по патенту № GB 2026772 является:

а в каждой фазе использовано по одному диоду, что не позволяет

использовать выпрямитель на токи, значение которых превышает

нагрузочную способность одного диода.

Известна конструкция полупроводникового диодного выпрямительного блока, содержащая металлические пластины с установленными на них параллельно соединенными диодами таблеточной конструкции, металлические перемычки, которыми параллельно соединены диоды, токоподводящие шины, стяжные устройства, изоляторы, пружины, предназначенные для создания прижимного электрического контакта между узлами выпрямителя { патент № US 4554 574 от 19 ноября 1985 года).i

Недостатком конструкции по патенту № US 4554 574 является:

а на одной пластине размещена одна группа параллельно соединенных диодов, что приводит к необходимости иметь в выпрямителе большое количество металлических пластин. Так как, например, в трехфазном

выпрямителе с мостовой электрифской схемой таких пластин должно быть 6 шт.

Известна конструкция полупроводникового диодного выпрямительного блока, содержащая металлические пластины, на каждой пластине установлены две группы параллельно соединенных диодов таблеточной конструкции, металлические перемычки, с помощью которых обеспечено параллельное соединение диодов в группе, стяжные устройства, изоляторы, пружины.

предназначенные для создания прижимного электрического контакта между

узлами выпрямителя, токоподводящие шины (патент № US 4994890 от 19 февраля 1991 года ).

Недостатком конструкции полупроводникового диодного выпрямительного блока по патенту № US 4994890 является:

а токоподводящие шины могут вращаться вокруг своей оси и передавать механическое усилие на параллельно соединенные диоды, что может привести к ухудшению электрических и тепловых характеристик блока.

Общим недостатком конструкций по патенУам № US 4994890, № US 4554 574 и № GB 2026772 является то, что в качестве охладителей использованы металлические пластины, которые из-за ограниченной поверхности теплоотвода не обеспечивают требуемого отвода тепла от полупроводниковых приборов.

Признаки аналогов по патентам № GB 2026772, № US 4554 574, № US 4994890, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются следующими, наличие:

а охладителя,

а стяжных устройств,

а изоляторов, изготовленных из электрически изоляционного материала.

Причины, препятствующие получению требуемых технических решений в

аналогах, являются следующими :

а в качестве охладителей использованы металлические пластины, которые из-за ограниченной поверхности теплоотвода не обеспечивают требуемого отвода тепла от полупроводниковых приборов,

а токоподводящие шины могут вращаться вокруг своей оси и передавать механическое усилие на параллельно соединенные полупроводниковые приборы, что может привести к ухудшению электрических и тепловых характеристик блока.

Известна конструкция полупроводникового трехфазного диодного

выпрямительного блока, содержащая оребренные охладители, диоды

установленные на охладителях с обеспечением теплового и электрического

контакта, металлические перемычки, служащие для соединения диодов между

собой и с электрической схемой (патент № Us 4007402 от 08 февраля 1977

Недостатками конструкции по патенту № Us 4007402 являются:

о охладители выпрямителя размещены в одной плоскости, что

приводит к большим габаритам вь1прямителя, а в каждой фазе использовано по одному диоду, что не позволяет

использовать выпрямитель на токи, значение которых превышает

(

1

За прототип принята конструкция полупроводникового блока по патенту № Us 5821674 от 13 октября 1998 года, содержащая оребренные охладители, расположенные один над другим, полупроводниковые приборы, установленные

между охладителями, металлические перемычки, служащие для соединения диодов между собой и с электрической схемой.

Причины, препятствующие получению требуемых технических решений в прототипе по патенту № Us 5821674, являются следующими:

а в каждой фазе использовано по одному диоду, что не позволяет использовать выпрямитель на токи, значение которых превышает нагрузочную способность одного диода,

а полупроводниковые приборы установлены непосредственно на металлических перемычках, поэтому при присоединении полупроводникового блока к электрической схеме механические усилия передаются на полупроводниковые приборы, что может привести к ухудшению электрических и тепловых характеристик блока. а Задача, на которую направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы устранить указанные недостатки и создать полупроводниковый блок, имеющий:

а улучшенные эксплуатационные характеристики, а интенсивный отвод тела от полупроводниковых приборов.

Сущность заявляемой модели выражается в том, что конструкция силового полупроводникового блока состоит из:

а полупроводниковых приборов, одним из электродов которых является

I

I

Q ТОКОПОДВОДЯЩИХ шин, предназначенных для присоединения

полупроводникового блока к электрической схеме, а не менее двух оребренных охладителей, каждый из которых имеет

плоскую область, а тарельчатых пружин, обеспечивающих прижимной электрический контакт,

а изоляторов,

о стяжных устройств.

Полупроводниковые приборы запрессованы в отверстиях, изготовленных в плоской области оребренного охладителя. Корпусы приборов находятся в тепловом и электрическом контакте с охладителем, а их выводы направлены в сторону, противоположную ребрам охладителя. Полупроводниковые приборы разделены на группы, в каждой группе выводы приборов соединены между собой металлической перемычкой.

Охладители с установленными в мих полупроводниковыми приборами соединены посредством стяжных устройств, при этом ребра охладителей ориентированы в противоположные стороны. Токоподводящие шины, расположены между плоскими областями охладителей.

В охладителях и металлических перемычках не менее, чем в двух точках изготовлены соосные отверстия, куда вставлены направляющие штифты, на которых размещены изоляторы, тарельчатые пружины и токоподводящие шины, при этом изоляторы и тарельчатые пружины находятся между плоской областью охладителя и металлическими перемычками, а токоподводящие шины установлены на металлических перемычках.

Плоская область хотя бы одного из охладителей выступает за его ребра по длине. Между металлическими перемычками и токоподводящими шинами помещены пластины из электрически изоляционного материала.

На участке токоподводящей шины, выступающем за пределы охладителя, согнуто колено с вложенной в его изгиб прямоугольной гайкой, которое размещено в пазе электрического изолятора, надетого на токоподводящую шину, выступ изолятора помещен между плоскими областями охладителей.

В предложенной конструкции силового полупроводникового блока механические воздействия, прилагаемые к токоподводящей шине, не передаются на полупроводниковые приборы, поскольку : а между токоподводящей шиной и металлическими перемычками

осуществлен прижимной электрический контакт, а направляющие штифты, вставленные в охладители, не дают

токоподводящей шине перемещаться относительно них, а изолятор, надетый на токоподводящую шину ограничивает ее перемещение относительно охладителей.

Кроме того, снижено сопротивление прижимного электрического контакта между токоподводящей шиной и металлическими перемычками и повышена его надежность, поскольку прижим каждой токоподводящей шины к металлическим перемычкам осуществлен не менее чем в двух точках.

Выступающая за ребра плоская область охладителя предназначена для монтажа на ней деталей воздуховода при использовании полупроводникового блока с воздушным принудительным охлаждением.

Расположение пластин из электрически изоляционного материала между металлическими перемычками и токоподводящими шинами позволяет изготовить полупроводниковый блок, содержащий электрически изолированные группы, состоящие из параллельно соединенных полупроводниковых приборов. Общ нали Отл ми признаками заявляемого и известного технических решений являются ие: а сребренного охладителя, а полупроводниковых приборов, а металлических перемычек, а токоподводящих шин, а электрических изоляторов. чительными признаками являются: а наличие соосных отверстий в металлических перемычках, токоподводящей шине и охладителях, в которых размещены направляющие штифты, а размещение на направляющих штифтах между плоской частью охладителей и металлическими перемычками изоляторов, тарельчатых пружин, а плоская область охладителя выступает за его ребра по длине, а между металлическими перемычками и токоподводящими шинами помещены пластины из элеюрически изоляционного материала, а наличие согнутого колена на токоподводящей шине с вложенной в его изгиб прямоугольной гайкой, а наличие электрического изолятора, укрепленного на токоподводящей шине, в прямоугольном пазе которого размещено согнутое колено с вложенной в его изгиб прямоугольной гайкой, выступ изолятора расположен между плоскими поверхностями стянутых охладителей.

Авторы сч1/гтают, что заявляемое техническое решение соответствует критерию « существенного отличия , так как технические решения, имеющие лризнаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от протошла, им неизвестны.

На фиг. 1 лредставлен общий вид одной и консфукций силового лолулроводникового блока в аксонометрии. На фиг 2 лредставлен общий вид полупроводникового прибора в аксонометрии. На фиг 3 представлен конструкция оребренного охладителя с полупроводниковыми приборами в аксонометрии. На фиг 4 представлен разрез общего вида полупроводникового блока в аксонометрии. На фиг 5 приведена элекфическая схема блока. На фиг 6 представлен общий вид конструкции силового полупроводникового блока, содержащий элекфически изолированные фуппы полупроводниковых приборов. На фиг 7 приведена конструкция U - образного колена с вложенной в него прямоугольной гайкой. На фиг8 изображен общий вид полупроводникового блока с U - образным коленом на токоподводящей шине.

Полупроводниковый блок, изображенный на фиг 1, состоит из оребренных охладителей 1 и 2, токоподводящих шин 3, 4, 5, уголков 6,7, укрепленных на выступающих плоских областях охладителей 9 и 10. К уголкам крепятся электрические шины для присоединения полупроводникового блока к электрической схеме устройства, в котором он применен. Кроме того, на них монтируются стенки воздуховодов 11 и 12. Одно из возможных направлений подвода воздушного потока показано стрелками на фиг.1. Охладители соединены между собой посредством стяжных устройств 8. Ребра охладителей направлены в противоположные стороны.

В охладителях 1 и 2 изготовлены по восемнадцать отверстий 16, в которые запрессованы полупроводниковые приборы 13 ( фиг2 и фигЗ ). Отверстия расположены на ребрах охладителей. Каждый охладитель блока является электрическим проводником, соединяющим между собой корпусы 14

полупроводниковых приборов, и теплопроводом, рассеивающим тепло, выделяемое полупроводниковыми приборами. Полупроводниковые приборы, запрессованные в охладитель, разделены на три группы, каждая из которых содержит 6 шт. параллельно соединенных приборов, группы расположены в I, II и III рядах. Параллельное соединение полупроводниковых приборов группы достигается различными способами, например, пайкой выводов 15 с металлическими перемычками 19 через отверстия 21 ( на фиг. 3 в I ряде металлическая перемычка не показана.). В охладителе 1 установлены полупроводниковые приборы с катодным электродом на корпусе 14 ( фиг.2 а). В металлических перемычках 19 изготовлено по 2 отверстия 20 соосных с отверстиями 18 в охладителе 1. Между металлическими перемычками 19 и плоской частью охладителя помещены изоляторы 22, шайбы 23 и тарельчатые пружины 24. Аналогичную конструкцию имеет охладитель 2 с установленными в нем приборами с анодным электродолЛ на корпусе14 ( фиг.2 Ь).

В одном из охладителей блока, например, 1 в отверстия в металлических перемычках, изоляторах, шайбах, тарельчатых пружинах и охладителе вставлены направляющие штифты 26, изготовленные из электрически изоляционного материала (фиг.4), на которых надеты токоподводящие шины 3, 4, 5 с отверстиями 25 и собранный охладитель 2 , после этого охладители соединены между собой посредством стяжных устройств 8.

Между каждой токоподводящей шиной и металлическими перемычками осуществлен прижимной электрический контакт в двух точках. Направляющие штифты ( по два штифта на каждую токоподводящую шину ), вставленные в отверстия охладителей, препятствуют токоподводящим шинам перемещаться относительно охладителей.

Электрическая схема блока приведена на фиг. 5. На ней пунктирными линиями 27 и 28 обозначены катодная и анодная секции блока, каждая из которых смонтирована в охладителе 1 и 2, соответственно. Охладители 1 и 2 выполняют роль проводников 35...38 -и 39...42, проводниками 43...45 являются металлические перемычки 19, проводниками 46...48 являются аналогичные металлические перемычки охладителя 2, одна из которых показана в ряде III фиг 4. Проводниками 49 и 50, 51 и 52 , 53 и 54 являются токоподводящие шины 3,4,5 ( фиг. 1).

На фиг 6 изображена конструкция полупроводникового блока, состоящего из двух электрически изолированных групп полупроводниковых приборов, что достигается с помощью изоляционных пластин 60 и 61. Изоляционная пластина 60 расположена между металлической перемычкой 59 и токоподводящей шиной 57. К этой шине прижимается металлическая перемычка второго охладителя ( на фиг.2 он не показан). Изоляционная пластина 61 располагается на токоподводящей шине 58, которая находиться в прижимном электрическом контакте с металлической перемычкой 59. Электрическая схема блока изображены в верхней части фиг.6.

На фиг.7 изображено U - образным коленом с вложенной прямоугольной гайкой, на фиг. 8 - общий вид полупроводникового блока U - образными коленами на токоподводящих шинах 62, 63, 64.

На участке токоподводящей шины 65 ( фиг. 7), выступающем за пределы охладителей, изготовлено U -образное колено 66 с отверстиями 67, 68. В изоляторе 69 имеется прямоугольный паз 70 с выступом 71 и отверстием 72. Токоподводящая шина вставляется в отверстие 72 изолятора со стороны прямоугольного паза, при этом U- образное колено с вложенной в него прямоугольной гайкой 73 помещается в прямоугольном пазе 70. Изолятор 71 расположен между плоскими областями охладителей 1 и 2 ( фиг. 8). На фиг .

изображен один изолятор 69 и две гайки 73.

Предлагаемая конструкция силового полупроводникового блока имеет следующие преимущества перед прототипом:

а улучшены эксплуатационные характеристики полупроводникового блока,

а значительно упрощена конструкция силового полупроводникового блока, содержащего параллельно соединенные полупроводниковые приборы,

а обеспечен интенсивный отвод тела от полупроводниковых приборов при малых габаритах блока,

а исключены механические воздействия на полупроводниковые приборы.

11

Claims (4)

1. Конструкция силового полупроводникового блока, состоящая из полупроводниковых приборов, одним из электродов которых является металлический корпус, вторым электродом является вывод металлических перемычек, служащих для параллельного соединения полупроводниковых приборов, токоподводящих шин, предназначенных для присоединения полупроводникового блока к электрической схеме, не менее двух оребренных охладителей, имеющих плоскую область, тарельчатых пружин, обеспечивающих прижимной электрический контакт, изоляторов, стяжных устройств, в которой полупроводниковые приборы запрессованы в отверстия, изготовленные в плоской области охладителей, корпусы полупроводниковых приборов находятся в тепловом и электрическом контакте с охладителем, выводы приборов направлены в сторону, противоположную ребрам охладителя, полупроводниковые приборы каждого охладителя разделены на группы, в каждой группе выводы приборов соединены между собой металлической перемычкой, охладители с установленными в них полупроводниковыми приборами соединены посредством стяжных устройств, при этом ребра охладителей ориентированы в противоположные стороны, токоподводящие шины расположены между плоскими областями охладителей, отличающаяся тем, что в металлических перемычках и охладителях не менее чем в двух точках изготовлены соосные отверстия, куда вставлены направляющие штифты, на которых размещены изоляторы, тарельчатые пружины и токоподводящие шины, при этом изоляторы и тарельчатые пружины находятся между плоской областью охладителя и металлическими перемычками, а токоподводящие шины установлены на металлических перемычках.

2. Конструкция силового полупроводникового блока по п.1, отличающаяся тем, что плоская область охладителя выступает за его ребра по длине.

3. Конструкция силового полупроводникового блока по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что между металлическими перемычками и токоподводящими шинами помещены пластины из электрически изоляционного материала.

4. Конструкция силового полупроводникового блока по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что на участке токоподводящей шины, выступающем за пределы охладителя, согнуто колено с вложенной в его изгиб прямоугольной гайкой, которое размещено в прямоугольном пазе электрического изолятора, надетого на токоподводящую шину, выступ изолятора помещен между плоскими областями охладителей.