RU2345511C2

RU2345511C2 - Static converter cooler and heater

Info

Publication number: RU2345511C2
Application number: RU2006139625/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Таланин (RU); Юрий Васильевич Таланин
Original assignee: Юрий Васильевич Таланин
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2009-01-27
Also published as: RU2006139625A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and, particularly, to static converter cooler and heater. In order to create excess coolant pressure in the proposed device, the communicating channels on the upper part of cooler are grouped. The invention discloses other versions of the design related to coolant tank where heating unit is installed. The heating unit is represented with hollow metal cup with electrical heating element. The intermediate coolant is used in the design. The cooler channels or part of coolant channels are filled in with coolant and are refrigerating plant evaporators. In the proposed design, cooler is cooled and at the same time, it is an evaporator of the refrigerating plant which cools cooler with power semi-conductive instruments. The static converter with the proposed cooler and heater may operate under high temperature loads.

EFFECT: development of the device with effective cooling and heating system for static converter having protection rate against IP code and operating under ambient temperature being within -60°C to +60°C; reduction of converter dimensions and cost.

8 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно:The invention relates to electrical engineering, namely:

1. К статическим преобразователям с широкими требованиями по степени защиты по коду IP (система кодификации, применяемая для обозначения степеней защиты, обеспечиваемых оболочкой, от доступа к опасным частям, попадания внешних твердых предметов, воды, а также для предоставления дополнительной информации, связанной с такой защитой) в соответствии с ГОСТ 14254-96.1. Static converters with broad requirements for the degree of protection according to the IP code (codification system used to indicate the degrees of protection provided by the enclosure from access to hazardous parts, ingress of external solid objects, water, and to provide additional information related to such protection) in accordance with GOST 14254-96.

2. К статическим преобразователям, работающим в широком диапазоне температур окружающего воздуха от - 60°С до +60°С.2. To static converters operating in a wide range of ambient temperatures from - 60 ° С to + 60 ° С.

3. К статическим полупроводниковым преобразователям электроэнергии с испарительным охлаждением.3. To static semiconductor power converters with evaporative cooling.

4. К мощным статическим полупроводниковым преобразователям электроэнергии с комбинированным охлаждением.4. To powerful static semiconductor power converters with combined cooling.

Известны статические преобразователи, выполненные в навесных шкафах (корпорации Триол), где установлены все силовые элементы преобразователя и система управления. Вентильные элементы выпрямителя и силовые ключи инвертора установлены на групповом ребристом охладителе из алюминиевого сплава, который установлен на задней стенке шкафа. Охлаждение преобразователей - воздушное принудительное посредством встроенных вентиляторов.Known static converters made in wall cabinets (Triol Corporation), where all the power elements of the converter and the control system are installed. Rectifier valve elements and inverter power switches are mounted on a group aluminum alloy fin cooler mounted on the rear wall of the cabinet. Transducer cooling - forced air through built-in fans.

Недостатком данных конструкций является то, что преобразователи одной мощности, например 250 кВт, при принудительном воздушном охлаждении по степени защиты по коду IP21 имеют массу 130 кг и габаритные размеры 580×1100×420 мм, а по степени защиты по коду IP54 имеют массу 250 кг и габаритные размеры 800×1475×535 мм, то есть масса преобразователя по степени защиты по коду IP54 почти в два раза больше, а по объему в 2,35 раза больше аналога по степени защиты по коду IP21. Все это сказывается на стоимости преобразователей, требуется другой силовой блок, каркас, технология сборки, оснастка и так далее. В каталоге продукции и применений корпорации Триол [1] нет преобразователей мощностью 315 кВт со степенью защиты по коду IP54, так как сложно отвести тепло посредством принудительного воздушного охлаждения.The disadvantage of these designs is that converters of the same power, for example 250 kW, with forced air cooling according to the degree of protection according to IP21 code have a weight of 130 kg and overall dimensions 580 × 1100 × 420 mm, and according to the degree of protection according to IP54 code they have a weight of 250 kg and overall dimensions 800 × 1475 × 535 mm, that is, the mass of the converter in terms of protection by IP54 code is almost two times larger, and by volume 2.35 times larger than the analogue by degree of protection by IP21 code. All this affects the cost of the converters, it requires a different power unit, frame, assembly technology, equipment and so on. The Triol Corporation product and application catalog [1] does not contain 315 kW inverters with a degree of protection according to IP54 code, since it is difficult to remove heat by forced air cooling.

Одна из ведущих мировых фирм по разработке электротехнического оборудования Германская фирма RITTAL [2] предлагает обогреватели, представляющие собой нагревательный элемент с размещенными на его поверхности алюминиевыми ребрами, с тепловой мощностью от 10 Вт до 300 Вт.One of the world's leading companies in the development of electrical equipment, the German company RITTAL [2] offers heaters, which are a heating element with aluminum fins placed on its surface, with a thermal power of 10 W to 300 W.

Однако обогреватели автономны, занимают значительный объем пространства распределительных шкафов, кроме того, они не равномерно распределяют температуру, так как, чем ближе контролируемая точка расположена к обогревателю, тем естественно выше температура. Равномерный нагрев силовых полупроводниковых приборов и самого статического преобразователя обеспечить проблематично. Нагрев силовых полупроводниковых приборов происходит последовательно путем нагрева воздуха, охладителя и силового полупроводникового прибора, что не эффективно.However, the heaters are autonomous, occupy a significant amount of space in control cabinets, in addition, they do not evenly distribute the temperature, since the closer the controlled point is located to the heater, the naturally higher the temperature. Uniform heating of power semiconductor devices and the static converter itself is problematic. The power semiconductor devices are heated sequentially by heating the air, cooler and power semiconductor device, which is not effective.

Фирма RITTAL также предлагает для потребителей целый ряд холодильных агрегатов, настенных с полезной мощностью охлаждения от 225 Вт до 4000 Вт и потолочных с полезной мощностью охлаждения от 500 Вт до 4000 Вт, устанавливаемых внутри шкафа.RITTAL also offers consumers a range of refrigeration units, wall mounted with useful cooling power from 225 W to 4000 W and ceiling mounted with useful cooling power from 500 W to 4000 W installed inside the cabinet.

Однако все предлагаемые холодильные агрегаты Германской фирма RITTAL автономны, устанавливаются внутри шкафа. Поэтому они занимают значительное место внутри шкафа, обладают локальным охлаждением, появляется проблема образования конденсата, а при внутренней циркуляции воздуха данные холодильные агрегаты нельзя использовать в статических преобразователях с требованиями по степени защиты по коду IP54, IP64, так как требуется подвод охлаждаемого и отвод нагретого воздуха в герметичном пространстве.However, all the proposed refrigeration units of the German company RITTAL are autonomous, are installed inside the cabinet. Therefore, they occupy a significant place inside the cabinet, have local cooling, there is a problem of condensation formation, and with internal air circulation these refrigeration units cannot be used in static converters with requirements for degree of protection according to IP54, IP64 code, since the supply of cooled and the removal of heated air is required in an airtight space.

Наиболее близкими по техническому решению являются описание к авторскому свидетельству №591667 «Способ охлаждения рабочего тела» [3], описания к патентам на изобретения №2229757 «Устройство для нагрева и охлаждения радиоэлектронной аппаратуры» [4] и №2280294 «Силовой блок» [5].The closest in technical solution are the description of the copyright certificate No. 591667 "Method for cooling the working fluid" [3], the description of patents for inventions No. 2229757 "Device for heating and cooling of electronic equipment" [4] and No. 2280294 "Power block" [5 ].

Силовой блок представляет собой замкнутый контур, заполненный теплоносителем и включающий насос с линиями всасывания и нагнетания, системами нагрева и охлаждения, снабженный блоком управления, электрически связанный с датчиком температуры, и состоящий из охладителя с установленными на нем силовыми полупроводниковыми приборами, датчиком температуры, насосом, емкостью с теплоносителем, блоками нагрева и охлаждения, расширительным бачком, причем в охладителе, имеющем под ребрами или частью ребер на всю длину охладителя каналы, на верхней и нижней торцевых поверхностях охладителя выполнены полости, служащие для соединения каналов, проходящих под ребрами охладителя, в результате чего в охладителе образованы сообщающиеся каналы, заполненные теплоносителем.The power unit is a closed loop filled with coolant and including a pump with suction and discharge lines, heating and cooling systems, equipped with a control unit, electrically connected to the temperature sensor, and consisting of a cooler with power semiconductor devices installed on it, a temperature sensor, a pump, a tank with a coolant, heating and cooling units, an expansion tank, and in a cooler having channels under the ribs or part of the ribs along the entire length of the cooler, on the top and lower end surfaces of the coolant cavities are made, serving to connect the channels passing under cooling fins, resulting in cooler communicating channels are formed, filled with coolant.

Задача изобретения - создание эффективных устройств для нагрева и охлаждения статических преобразователей с широким диапазоном требований по степени защиты преобразователей по коду IP, обеспечение работоспособности преобразователей в широком диапазоне температур окружающего воздуха от - 60°С до +60°С, возможность создания мощных преобразователей в одношкафном исполнении, уменьшение массогабаритных показателей и стоимости преобразователя.The objective of the invention is the creation of efficient devices for heating and cooling static converters with a wide range of requirements for the degree of protection of converters according to the IP code, ensuring the operability of the converters in a wide range of ambient temperatures from -60 ° C to + 60 ° C, the possibility of creating powerful converters in a single-cabinet performance, reduction of overall dimensions and cost of the converter.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя, содержащее шкаф, в котором установлены охладитель с расположенными на нем силовыми полупроводниковыми приборами, элементы системы управления, системы нагрева и охлаждения, состоящие из замкнутого контура, заполненного теплоносителем, в котором охладитель имеет в основании каналы, на верхней и нижней торцевых поверхностях выполнены полости, служащие для соединения этих каналов, датчик температуры, а также линии всасывания, емкость теплоносителя, насос, линию нагнетания, расширительный бачок, причем для создания избыточного давления теплоносителя в верхней части охладителя сообщающиеся каналы объединены в группы сообщающихся каналов, а емкость теплоносителя выполнена с хорошо развитой теплопроводящей поверхностью.This object is achieved in that a device for heating and cooling a static converter, comprising a cabinet in which a cooler is installed with power semiconductor devices located on it, control system elements, heating and cooling systems, consisting of a closed loop filled with a coolant, in which the cooler has at the base of the channel, on the upper and lower end surfaces are cavities that serve to connect these channels, a temperature sensor, as well as suction lines, capacitors s coolant pump, the discharge line, surge tank, and to create the top of the cooler communicating channels coolant overpressure combined in the communicating channel group, and coolant container is formed with good heat-conducting surface.

Представлено устройство силового блока статического преобразователя с системой охлаждения на тепловых трубах, представляющее теплоотводящее устройство, состоящее из охладителя с установленными на нем силовыми полупроводниковыми приборами, в каналах, проходящих в основании и в верхних полостях охладителя, установлены тепловые трубы, нижняя часть охладителя заполнена промежуточным теплоносителем, который под действием капиллярных сил внутри тепловых труб поднимается по ним, отбирает тепло от нагретого охладителя и переносит его по тепловым трубам в емкость теплоносителя.The device of the power unit of a static converter with a cooling system for heat pipes is presented, which represents a heat sink device consisting of a cooler with power semiconductor devices installed on it, heat pipes are installed in the channels passing in the base and in the upper cavities of the cooler, the lower part of the cooler is filled with an intermediate coolant which, under the action of capillary forces inside the heat pipes, rises along them, removes heat from the heated cooler and transfers it along heat pipes in the coolant tank.

Представлено устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя, содержащее шкаф, в котором установлены охладитель с расположенными на нем силовыми полупроводниковыми приборами, элементы системы управления, системы нагрева и охлаждения, причем нагрев охладителя и преобразователя производится по замкнутому контуру, заполненному теплоносителем, и включает каналы охладителя с выполненными полостями на нижней и верхней торцевых поверхностях охладителя, линии всасывания, емкость теплоносителя, насос, линию нагнетания и расширительный бачок, а в емкости теплоносителя установлен блок нагрева, представляющий полый металлический стакан с установленным в нем электронагревательным элементом.A device for heating and cooling a static converter is presented, comprising a cabinet in which a cooler is installed with power semiconductor devices located on it, elements of a control system, a heating and cooling system, and the cooler and converter are heated in a closed loop filled with coolant and includes cooler channels with cavities on the lower and upper end surfaces of the cooler, suction line, coolant tank, pump, discharge line and a broad tank, and a heating unit is installed in the coolant tank, which represents a hollow metal cup with an electric heating element installed in it.

Представлено устройство силового блока статического преобразователя с испарительной системой охлаждения, где силовые полупроводниковые приборы установлены на охладителе, имеющем в основании охладителя каналы, причем на охладителе на его торцевых поверхностях выполнены полости, нижняя и верхние, в результате чего в нижней части охладителя образуются сообщающиеся каналы, а в верхней части охладителя группы сообщающихся каналов, причем полости и сквозные сообщающиеся каналы заполнены промежуточным теплоносителем, в результате нагревания силовых полупроводниковых приборов и охладителя теплоноситель в каналах и полостях нагревается, происходит расширение жидкого теплоносителя, повышение давления жидкой фазы теплоносителя в охладителе до давления конденсации, превращение теплоносителя в парожидкостную фазу, отбор тепла от охладителя при одновременном нагреве теплоносителя жидкой фазы до температуры конденсации, полученное тепло используют во вспомогательном расширительном цикле для охлаждения охладителя и за счет избыточного давления через сообщающиеся каналы и верхние полости охладителя, парожидкостный теплоноситель поступает в конденсатор, где конденсируется, смешивается с жидкой фазой теплоносителя, охлаждается и поступает в нижнюю полость охладителя. Охлаждение охладителя происходит за счет тепла, выделяемого силовыми полупроводниковыми приборами, и чем сильнее происходит нагрев охладителя, тем выше давление и конденсация теплоносителя и эффективнее отбор тепла от нагретого охладителя.A device of the power unit of a static converter with an evaporative cooling system is presented, where power semiconductor devices are mounted on a cooler having channels at the base of the cooler, the cavities, lower and upper, are made on the cooler on its end surfaces, as a result of which communicating channels are formed in the lower part of the cooler, and in the upper part of the cooler are groups of communicating channels, the cavities and through communicating channels being filled with an intermediate coolant, as a result of heating With the use of power semiconductor devices and a cooler, the coolant in the channels and cavities is heated, the liquid coolant expands, the pressure of the liquid phase of the coolant in the cooler increases to the condensation pressure, the coolant turns into a vapor-liquid phase, heat is removed from the cooler while the coolant is heated to the condensation temperature, obtained heat is used in the auxiliary expansion cycle to cool the cooler and due to overpressure through the communicating channel and the upper coolant cavity, vapor-liquid heat transfer fluid enters the condenser where it is condensed, blended with the liquid phase heat medium is cooled and fed into the lower cavity cooler. The cooler is cooled due to the heat emitted by power semiconductor devices, and the more the cooler is heated, the higher the pressure and condensation of the coolant and the more efficient is the heat removal from the heated cooler.

Представлено устройство для охлаждения статического преобразователя с охлаждением холодильной установкой, содержащее шкаф, в котором установлены элементы схемы, блок управления, охладитель с установленными на нем силовыми полупроводниковыми приборами, система охлаждения заполнена хладагентом и включает охладитель, имеющий в основании охладителя каналы, в результате чего в охладителе образуются канал, сообщающиеся каналы или группы сообщающихся каналов, отсасывающую трубку, компрессор, нагнетательный трубопровод, конденсатор, фильтросушитель, капиллярную трубку, терморегулятор, причем каналы охладителя или металлические трубки, установленные в каналах охладителя, служат испарителями холодильной установки.SUBSTANCE: device for cooling a static converter with cooling by a refrigeration unit is provided, comprising a cabinet in which circuit elements are installed, a control unit, a cooler with power semiconductor devices installed on it, a cooling system filled with refrigerant and includes a cooler having channels in the cooler base, as a result of which a channel, communicating channels or groups of communicating channels, a suction tube, a compressor, a discharge pipe, a condenser, a filter are formed rosushitel, capillary tube, temperature controller, wherein the cooling channels or metal tubes installed in the coolant channels are evaporators of the refrigeration unit.

Представлено устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя с системой нагрева и комбинированной системой охлаждения, в котором система нагрева не отличается от описанной выше, а охлаждение охладителя с силовыми элементами производится за счет циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру, включающему каналы, проходящие в основании охладителя, с выполненными на нижней и верхней торцевых поверхностях охладителя полостями, линии всасывания, емкость теплоносителя, насос, линию нагнетания, расширительный бачок, причем охлаждение самого теплоносителя происходит в емкости теплоносителя за счет второго замкнутого контура, заполненного хладагентом и включающего отсасывающую трубку, компрессор, нагнетательный трубопровод, конденсатор, фильтросушитель, капиллярную трубку, терморегулятор, испаритель, причем испаритель размещен в емкости теплоносителя или непосредственно является стенкой емкости теплоносителя.A device for heating and cooling a static converter with a heating system and a combined cooling system is presented, in which the heating system does not differ from that described above, and the cooler with power elements is cooled by circulating the coolant in a closed circuit, including channels passing at the base of the cooler, with cavities made on the lower and upper end surfaces of the cooler, suction lines, heat carrier capacity, pump, discharge line, expansion tank, comb m, the coolant itself is cooled in the coolant tank due to a second closed circuit filled with refrigerant and including a suction tube, compressor, discharge pipe, condenser, filter drier, capillary tube, temperature regulator, and evaporator, and the evaporator is located in the coolant tank or is directly a wall of the coolant tank.

Представлено устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя, содержащее шкаф, в котором установлены охладитель с расположенными на нем силовыми полупроводниковыми приборами, элементы системы управления, системы нагрева и охлаждения, причем охлаждение охладителя производится по двум замкнутым контурам, проходящим по каналам в основании охладителя, при этом один замкнутый контур заполнен теплоносителем и включает часть каналов охладителя с выполненными полостями на нижней и верхней торцевых поверхностях охладителя, линии всасывания, емкость теплоносителя, насос, линию нагнетания и расширительный бачок, а второй замкнутый контур заполнен хладагентом и включает часть каналов охладителя, отсасывающую трубку, компрессор, нагнетательный трубопровод, конденсатор, терморегулятор, причем часть каналов охладителя или металлические трубки, установленные в каналах охладителя и заполненные хладагентом, являются испарителями холодильной установки.A device for heating and cooling a static converter is presented, comprising a cabinet in which a cooler is installed with power semiconductor devices located on it, elements of a control system, a heating and cooling system, the cooler being cooled through two closed circuits passing through the channels at the base of the cooler, this one closed loop is filled with coolant and includes part of the channels of the cooler with the cavities on the lower and upper end surfaces of the cooler , suction lines, coolant tank, pump, discharge line and expansion tank, and the second closed loop is filled with refrigerant and includes part of the cooler channels, suction tube, compressor, discharge pipe, condenser, temperature regulator, and some of the cooler channels or metal tubes installed in the channels coolers and filled with refrigerant, are evaporators of the refrigeration unit.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства для нагрева и охлаждения статического преобразователя (охлаждение комбинированное, жидкостное и воздушное). На фиг.2, 3 показано устройство для нагрева и охлаждения преобразователя. На фиг.4, показано устройство силового блока с испарительной системой охлаждения, а на фиг.5 устройство для охлаждения силового блока на тепловых трубках. На фиг.6 показано устройство с испарительной системой охлаждения. На фиг.7, 8, 9 показаны функциональные схемы, а на фиг 10 - вид устройства, где охладитель является одновременно и испарителем холодильной установки. На фиг.11 показана функциональная схема устройства для нагрева и охлаждения статического преобразователя, где охладитель является одновременно охладителем с принудительным жидкостным охлаждением и испарителем холодильной установки. На фиг.12 показана функциональная схема устройства для нагрева и охлаждения статического преобразователя, в которой охлаждение охладителя производится теплоносителем, а охлаждение теплоносителя происходит в емкости теплоносителя, в которой установлен испаритель холодильной установки, а на фиг.13 показан вид этого устройства.Figure 1 shows a functional diagram of a device for heating and cooling a static converter (combined cooling, liquid and air). Figure 2, 3 shows a device for heating and cooling the Converter. In Fig. 4, a power unit device with an evaporative cooling system is shown, and in Fig. 5, a device for cooling a power unit in heat pipes. Figure 6 shows a device with an evaporative cooling system. 7, 8, 9 are functional diagrams, and FIG. 10 is a view of a device where the cooler is at the same time the evaporator of a refrigeration unit. 11 shows a functional diagram of a device for heating and cooling a static converter, where the cooler is simultaneously a cooler with forced liquid cooling and an evaporator of the refrigeration unit. On Fig shows a functional diagram of a device for heating and cooling a static converter, in which the cooler is cooled with a coolant, and the coolant is cooled in a coolant tank in which the evaporator of the refrigeration unit is installed, and Fig. 13 shows a view of this device.

Устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя (см. фиг.1, 2, 3) содержит шкаф 1, в котором установлены элементы схемы, силовые полупроводниковые приборы 2, блок управления 3, системы нагрева и охлаждения, состоящие из замкнутого контура, заполненного теплоносителем 4 (например, метанолом, тосолом или spectrol anti-freeze, смесью демонизированной воды с гликолем, водой для систем отопления по VDI 2035, а при температуре эксплуатации преобразователя от +1°С до +40°С дистиллированной водой), и включающие охладитель 5, имеющий в основании охладителя каналы 6, датчик температуры 7, линии всасывания 8, емкость теплоносителя 9, насос 10, линию нагнетания 11, расширительный бачок 12, блок охлаждения 19, причем на охладителе 5 на его торцевых поверхностях выполнены полости нижняя 13 и верхние 14, в результате чего в нижней части охладителя образуются сообщающиеся каналы 6, а в верхней части охладителя группы сообщающихся каналов 6, причем емкость теплоносителя 9 выполнена с хорошо разветвленной теплопроводящей поверхностью 15, в емкости теплоносителя 9 установлен блок нагрева 16, представляющий полый металлический стакан 17 с установленным в нем электронагревательным элементом 18.A device for heating and cooling a static converter (see Figs. 1, 2, 3) contains a cabinet 1 in which circuit elements, power semiconductor devices 2, a control unit 3, heating and cooling systems, consisting of a closed loop filled with coolant 4, are installed (for example, methanol, antifreeze or spectrol anti-freeze, a mixture of demonized water with glycol, water for heating systems according to VDI 2035, and at a transmitter operating temperature from + 1 ° C to + 40 ° C with distilled water), and including a cooler 5, chilled sprucing channels 6, temperature sensor 7, suction lines 8, coolant tank 9, pump 10, discharge line 11, expansion tank 12, cooling unit 19, wherein the cooler 5 has lower 13 and upper 14 cavities on its end surfaces, resulting in Communicating channels 6 are formed in the lower part of the cooler, and in the upper part of the cooler are groups of communicating channels 6, moreover, the capacity of the heat carrier 9 is made with a well-branched heat-conducting surface 15, a heating unit 16 is installed in the capacity of the heat carrier 9, representing first metallic glass 17 mounted therein with an electric heating element 18.

Представлено устройство для охлаждения силового блока статического преобразователя с системой охлаждения на тепловых трубах (см. фиг.5), представляющее теплоотводящее устройство, состоящее из охладителя 5 с установленными на нем силовыми элементами 2, в каналах 6, проходящих в основании охладителя и в верхних полостях 14, установлены тепловые трубы 22 (например, изготовленные на основе металловойлока, порошков, сеток), нижняя полость 13 охладителя 5 заполнена промежуточным теплоносителем 4 (например, дистиллированная вода, смесь воды с гликолем, вода для систем отопления по VDI 2035), который под действием капиллярных сил, которые обеспечиваются наличием специализированной капиллярной структуры внутри тепловых труб 22, поднимается по ним, в результате нагревания силовых полупроводниковых приборов 2 и охладителя 5 теплоноситель 4 отбирает тепло от нагретого охладителя 5 и переносит его по тепловым трубам 22 в емкость теплоносителя 9, где теплоноситель 4 охлаждается и под действием силы тяжести стекает в нижнюю полость 13 охладителя 5.A device is presented for cooling a power unit of a static converter with a heat pipe cooling system (see FIG. 5), which represents a heat sink device consisting of a cooler 5 with power elements 2 installed on it, in channels 6 passing in the base of the cooler and in the upper cavities 14, heat pipes 22 are installed (for example, made on the basis of metal wool, powders, nets), the lower cavity 13 of the cooler 5 is filled with an intermediate coolant 4 (for example, distilled water, a mixture of water with glycol m, water for heating systems according to VDI 2035), which, under the action of capillary forces, which are provided by the presence of a specialized capillary structure inside the heat pipes 22, rises along them, as a result of heating of the power semiconductor devices 2 and cooler 5, the coolant 4 removes heat from the heated cooler 5 and transfers it through the heat pipes 22 to the coolant tank 9, where the coolant 4 is cooled and flows under the influence of gravity into the lower cavity 13 of the cooler 5.

Представлено устройство для охлаждения силового блока статического преобразователя с испарительной системой охлаждения (см. фиг.4), в котором силовые полупроводниковые приборы 2, установлены на охладителе 5, имеющем в основании охладителя каналы 6, причем на охладителе 5 на его торцевых поверхностях выполнены полости нижняя 13 и верхние 14, в результате чего в нижней части охладителя образуются сообщающиеся каналы 6, а в верхней части охладителя группы сообщающихся каналов 6, причем полости 13, 14 и сквозные сообщающиеся каналы 6 заполнены промежуточным теплоносителем 20 (например, фреоном 113, перфтордибутиловым эфиром, МД-3Ф, ФЭП-12), в результате нагревания силовых полупроводниковых приборов 2 и охладителя 5 теплоноситель 20 в каналах 6 и полостях 13 и 14 нагревается, происходит расширение жидкого теплоносителя, повышение давления жидкой фазы теплоносителя 20 в охладителе 5 до давления конденсации, превращение теплоносителя 20 в парожидкостную фазу теплоносителя 21, отбор тепла от охладителя 5 при одновременном нагреве теплоносителя жидкой фазы 20 до температуры конденсации, и полученное тепло используют во вспомогательном расширительном цикле для охлаждения охладителя и за счет избыточного давления, через сообщающиеся каналы 6 и верхние полости 14 охладителя 5 парожидкостный теплоноситель 21 поступает в конденсатор, где конденсируется, смешивается с жидкой фазой теплоносителя 20, охлаждается и поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5. Охлаждение охладителя 5 происходит за счет тепла, выделяемого силовыми полупроводниковыми приборами 2, и чем сильнее происходит нагрев охладителя 5, тем выше давление и конденсация теплоносителя 21 и эффективнее охлаждение охладителя 5.A device is presented for cooling the power unit of a static converter with an evaporative cooling system (see Fig. 4), in which power semiconductor devices 2 are mounted on a cooler 5 having channels 6 at the base of the cooler, and lower cavities are made on the cooler 5 on its end surfaces 13 and upper 14, as a result of which communicating channels 6 are formed in the lower part of the cooler, and groups of communicating channels 6 are formed in the upper part of the cooler, the cavities 13, 14 and through communicating channels 6 being filled with weft heat carrier 20 (for example, freon 113, perfluorodibutyl ether, MD-3F, FEP-12), as a result of heating of power semiconductor devices 2 and cooler 5, heat carrier 20 in channels 6 and cavities 13 and 14 is heated, expansion of the liquid coolant, pressure increase the liquid phase of the coolant 20 in the cooler 5 to the condensation pressure, the transformation of the coolant 20 into the vapor-liquid phase of the coolant 21, the heat from the cooler 5 while heating the coolant of the liquid phase 20 to the condensation temperature, and the obtained heat is used in the auxiliary expansion cycle to cool the cooler and due to overpressure, through the communicating channels 6 and the upper cavities 14 of the cooler 5, the vapor-liquid coolant 21 enters the condenser, where it condenses, mixes with the liquid phase of the coolant 20, cools and enters the lower cavity 13 of the cooler 5. The cooling of the cooler 5 occurs due to the heat generated by the power semiconductor devices 2, and the stronger the heating of the cooler 5, the higher the pressure and condensation of the heat transfer medium of Tell 21 and effective cooling cooler 5.

Представлено устройство для охлаждения статического преобразователя с охлаждением холодильной установкой (см. фиг.7, 8, 9, 10), устройство содержит шкаф 1, в котором установлены элементы схемы, блок управления 3, охладитель 5 с установленными на нем силовыми полупроводниковыми приборами 2, система охлаждения заполненная хладагентом 23 (например, хладагент R134a или хладагент R600a) и включающая охладитель 5, имеющий в основании охладителя каналы 6, в результате чего в охладителе образуются канал, сообщающиеся каналы или группы сообщающихся каналов, отсасывающую трубку 24, компрессор 25, нагнетательный трубопровод 26, конденсатор 27, фильтросушитель 28, капиллярную трубку 29, терморегулятор 30, причем каналы 6 охладителя 5 или металлические трубки 31, установленные в каналах 6 охладителя 5, служат испарителями 32 холодильной установки.A device is presented for cooling a static converter with cooling by a refrigeration unit (see Figs. 7, 8, 9, 10), the device comprises a cabinet 1 in which circuit elements are installed, a control unit 3, a cooler 5 with power semiconductor devices 2 installed on it, a cooling system filled with refrigerant 23 (for example, R134a refrigerant or R600a refrigerant) and comprising a cooler 5 having channels 6 at the base of the cooler, as a result of which a channel, communicating channels or groups of communicating channels are formed in the cooler, o sasyvayuschuyu pipe 24, a compressor 25, discharge line 26, condenser 27, filtrosushitel 28, capillary tube 29, the thermostat 30, the cooling channels 5 or 6, metal tube 31 installed in the coolant channel 6 5, are evaporators 32 of the refrigeration unit.

Представлено устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя с комбинированной системой нагрева и охлаждения (см. фиг.12, 13), в котором нагрев теплоносителя 4 и охлаждение охладителя 5 с силовыми полупроводниковыми приборами 2 теплоносителем 4 происходит вышеописанным способом (см. фиг.1, 2, 3), а охлаждение самого теплоносителя 4 происходит за счет замкнутого контура, заполненного хладагентом 23 (например, хладагент R600a) и включающего отсасывающую трубку 24, компрессор 25, нагнетательный трубопровод 26, конденсатор 27, фильтросушитель 28, капиллярную трубку 29, терморегулятор 30, испаритель 32, причем испаритель 32 установлен в емкости 9 теплоносителя 4 или является его стенкой.A device is presented for heating and cooling a static converter with a combined heating and cooling system (see Figs. 12, 13), in which heating of a heat carrier 4 and cooling of a cooler 5 with power semiconductor devices 2 with a heat carrier 4 occurs as described above (see Fig. 1, 2, 3), and the coolant 4 itself is cooled due to a closed circuit filled with refrigerant 23 (for example, R600a refrigerant) and including a suction pipe 24, compressor 25, discharge pipe 26, condenser 27, filter dry spruce 28, capillary tube 29, temperature controller 30, evaporator 32, and the evaporator 32 is installed in the tank 9 of the coolant 4 or is its wall.

Представлено устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя с комбинированной системой нагрева и охлаждения (см. фиг.11, 13), в котором нагрев теплоносителя происходит вышеописанным способом, а охлаждение охладителя с силовыми полупроводниковыми приборами производится по двум замкнутым контурам, один замкнутый контур заполнен теплоносителем 4 (например, тосолом или spectrol anti-freeze, смесью демонизированной воды с гликолем, водой для систем отопления по VDI 2035) и включает часть каналов 6 охладителя 5 с выполненными полостями на нижней 13 и верхней 14 торцевых поверхностях охладителя, линии всасывания 8, емкость теплоносителя 9, насос 10, линию нагнетания 11, расширительный бачок 12, второй замкнутый контур заполненный хладагентом 23 (например, хладагент R600a), включающий часть каналов 6 охладителя 5, отсасывающую трубку 24, компрессор 25, нагнетательный трубопровод 26, конденсатор 27, фильтросушитель 28, капиллярную трубку 29, терморегулятор 30, причем часть каналов 6 или металлические трубки 31, установленные в каналах 6 охладителя 5 и заполненные хладагентом 23, являются испарителями 32 холодильной установки.A device for heating and cooling a static converter with a combined heating and cooling system (see Figs. 11, 13) is presented, in which the heat carrier is heated as described above, and the cooler with power semiconductor devices is cooled in two closed loops, one closed loop is filled with coolant 4 (for example, antifreeze or spectrol anti-freeze, a mixture of demonized water with glycol, water for heating systems according to VDI 2035) and includes part of the channels 6 of cooler 5 with cavities made on bottom 13 and top 14 of the end surfaces of the cooler, suction line 8, coolant tank 9, pump 10, discharge line 11, expansion tank 12, a second closed circuit filled with refrigerant 23 (for example, R600a refrigerant), including part of the channels 6 of cooler 5, a suction tube 24, compressor 25, discharge pipe 26, condenser 27, filter drier 28, capillary tube 29, temperature regulator 30, and some of the channels 6 or metal tubes 31 installed in the channels 6 of the cooler 5 and filled with refrigerant 23 are evaporators 32 of the refrigeration unit.

Устройство для нагрева и охлаждения статического преобразователя (см. фиг.1, 2, 3) работает следующим образом.A device for heating and cooling a static Converter (see figure 1, 2, 3) works as follows.

При низкой температуре окружающего воздуха по команде с блока управления 3 включается программно-управляемый блок нагрева 16, электронагревательный элемент 18 нагревается, нагревается полый металлический стакан 17 и стенка емкости 9, тепло с полого металлического стакана 17 и стенки емкости 9 передается теплоносителю 4, который нагревается, после нагрева теплоносителя 4 (например, до +2,3°С) включается насос 10 и нагретый теплоноситель 4 через насос 10 по линии нагнетания 11 поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5 и по каналам 6 в основании охладителя поступает в верхние полости 14, нагревая охладитель 5, далее по линиям всасывания 8 теплоноситель 4 поступает в емкость 9, где дополнительно нагревается за счет работающего электронагревательного элемента 18, и через насос 10, по линии нагнетания 11, вновь поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5, далее процесс повторяется, в результате чего охладитель 5, емкость теплоносителя 9 и теплоноситель 4 нагреваются, тепло с охладителя 5 передается силовым полупроводниковым приборам 2 и преобразователю в целом. После нагрева охладителя 5 (например, до +5°С) сигнал с датчика температуры 7 поступает в блок управления 3, который отключает блок нагрева 16, насос 10 и включает преобразователь. При работе преобразователя силовые полупроводниковые приборы 2 нагреваются, нагревают охладитель 5, после нагрева охладителя (например, до +30°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который включает насос 10, и теплоноситель 4 из емкости 9 через линию нагнетания 11 поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5, по сообщающимся каналам 6 поступает в верхние полости 14 охладителя 5, отводя от него тепло, и через линии всасывания 8 теплоноситель 4 вновь поступает в емкость 9, где охлаждается, далее процесс повторяется. При достижении определенной температуры охладителя 5 (например, +50°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который переводит насос 10 в более интенсивный режим работы. При дальнейшем повышении температуры (например, до +60°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который переводит насос 10 в более интенсивный режим работы. При дальнейшем повышении температуры охладителя 6 (например,+80°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который включает блок охлаждения 19, воздушный поток которого одновременно охлаждает охладитель 5 с установленными силовыми полупроводниковыми элементами 2, емкость 9 с теплоносителем 4.At a low ambient temperature, on command from the control unit 3, a program-controlled heating unit 16 is turned on, the electric heating element 18 is heated, the hollow metal cup 17 and the wall of the tank 9 are heated, heat from the hollow metal cup 17 and the wall of the tank 9 is transferred to the coolant 4, which is heated , after heating the coolant 4 (for example, to + 2.3 ° C), the pump 10 is turned on and the heated coolant 4 through the pump 10 through the discharge line 11 enters the lower cavity 13 of the cooler 5 and cools through the channels 6 in the base It enters the upper cavities 14, heating the cooler 5, then along the suction lines 8 the coolant 4 enters the tank 9, where it is additionally heated by the working electric heating element 18, and again through the pump 10, via the discharge line 11, enters the lower cavity 13 of the cooler 5, the process is repeated, as a result of which the cooler 5, the capacity of the coolant 9 and the coolant 4 are heated, heat from the cooler 5 is transferred to the power semiconductor devices 2 and the converter as a whole. After heating the cooler 5 (for example, to + 5 ° C), the signal from the temperature sensor 7 enters the control unit 3, which turns off the heating unit 16, pump 10 and turns on the converter. During operation of the converter, the power semiconductor devices 2 heat up, heat the cooler 5, after heating the cooler (for example, to + 30 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which includes the pump 10, and the coolant 4 from the tank 9 through the discharge line 11 enters the lower cavity 13 of the cooler 5, through communicating channels 6 it enters the upper cavities 14 of the cooler 5, removing heat from it, and through the suction lines 8 the coolant 4 again enters the tank 9, where it is cooled, then the process is repeated. Upon reaching a certain temperature of the cooler 5 (for example, + 50 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which puts the pump 10 in a more intensive mode of operation. With a further increase in temperature (for example, up to + 60 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which puts the pump 10 into a more intensive mode of operation. With a further increase in the temperature of the cooler 6 (for example, + 80 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which includes a cooling unit 19, the air flow of which simultaneously cools the cooler 5 with installed power semiconductor elements 2, a container 9 with a coolant 4 .

В технически обоснованных случаях, при отрицательной наружной температуре воздуха, при временно отключенном преобразователе, (например, обесточенном кране) требуется поддерживать положительную температуру внутри преобразователя. При низкой температуре окружающего воздуха, при отключении преобразователя и охлаждении охладителя 5 (например, до +7°С) по команде с блока управления 3 включается программно-управляемый блок нагрева 16 и насос 10, электронагревательный элемент 18 нагревается, нагреваются полый металлический стакан 17 и стенка емкости 9, тепло с полого металлического стакана 17 и стенки емкости 9 передается теплоносителю 4, который нагревается, и нагретый теплоноситель 4 через насос 10 по линии нагнетания 11 поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5 и по каналам 6 в основании охладителя поступает в верхние полости 14, нагревая охладитель 5, далее по линиям всасывания 8 теплоноситель 4 поступает в емкость 9, где дополнительно нагревается за счет работающего электронагревательного элемента 18, и через насос 10 по линии нагнетания 11 вновь поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5, далее процесс повторяется, в результате чего охладитель 5, емкость теплоносителя 9 и теплоноситель 4 нагреваются, тепло с охладителя 5 передается силовым полупроводниковым приборам 2 и преобразователю в целом. После нагрева охладителя 5 (например, до +30°С) сигнал с датчика температуры 7 поступает в блок управления 3, который отключает блок нагрева 16 и насос 10. Для поддержания требуемого теплового режима охладителя 5 и преобразователя в целом (например, основания охладителя от +7°С до +30°С) блок нагрева 16 работает периодически, по команде с датчика температуры 7 система управления 3 дает команду на включение и выключение блока нагрева 16, поддерживая тем самым температуру преобразователя в заданном диапазоне.In technically justified cases, when the outside temperature is negative, with the transducer temporarily turned off (for example, a de-energized tap), it is required to maintain a positive temperature inside the transducer. When the ambient temperature is low, when the converter is turned off and the cooler 5 is cooled (for example, to + 7 ° С), a program-controlled heating unit 16 and pump 10 are turned on by a command from control unit 3, the electric heating element 18 is heated, the hollow metal cup 17 is heated and the wall of the tank 9, heat from the hollow metal cup 17 and the wall of the tank 9 is transferred to the coolant 4, which is heated, and the heated coolant 4 through the pump 10 through the discharge line 11 enters the lower cavity 13 of the cooler 5 and through channels 6 into Based on the cooler, it enters the upper cavities 14, heating the cooler 5, then along the suction lines 8 the coolant 4 enters the tank 9, where it is additionally heated by the working electric heating element 18, and through the pump 10 through the discharge line 11 again enters the lower cavity 13 of the cooler 5 , then the process is repeated, as a result of which the cooler 5, the capacity of the coolant 9 and the coolant 4 are heated, the heat from the cooler 5 is transferred to the power semiconductor devices 2 and the converter as a whole. After heating the cooler 5 (for example, to + 30 ° C), the signal from the temperature sensor 7 enters the control unit 3, which turns off the heating unit 16 and pump 10. To maintain the required thermal regime of the cooler 5 and the converter as a whole (for example, the base of the cooler from + 7 ° С to + 30 ° С) the heating block 16 works periodically, on command from the temperature sensor 7, the control system 3 gives a command to turn the heating block 16 on and off, thereby maintaining the temperature of the converter in a predetermined range.

Работа устройства для охлаждения силовых элементов статического преобразователя с охлаждением на тепловых трубах (см. фиг.5) отличается тем, что в каналах 6, проходящих в основании охладителя и верхних полостях 14 охладителя 5, установлены тепловые трубы 22 (например, изготовленные на основе металловойлока, порошков, сеток), нижняя полость 13 охладителя 5 заполнена промежуточным теплоносителем 4 (например, дистиллированная вода, смесь воды с гликолем, вода для систем отопления по VDI 2035), который под действием капиллярных сил, которые обеспечиваются наличием специализированной капиллярной структуры внутри тепловых труб 22, поднимается по ним, в результате нагревания силовых элементов 2 и охладителя 5 теплоноситель 4 отбирает тепло от нагретого охладителя и переносит его по тепловым трубам 22 в емкость теплоносителя 9, где теплоноситель охлаждается и стекает в нижнюю полость 13 охладителя 5.The operation of the device for cooling the power elements of a static converter with cooling on heat pipes (see Fig. 5) is characterized in that heat pipes 22 (for example, made on the basis of metal felts) are installed in the channels 6 passing in the base of the cooler and the upper cavities 14 of cooler 5 , powders, nets), the lower cavity 13 of the cooler 5 is filled with an intermediate coolant 4 (for example, distilled water, a mixture of water with glycol, water for heating systems according to VDI 2035), which under the action of capillary forces, which provide The presence of a specialized capillary structure inside the heat pipes 22 rises along them, as a result of heating of the power elements 2 and the cooler 5, the heat carrier 4 removes heat from the heated cooler and transfers it through the heat pipes 22 to the capacity of the heat carrier 9, where the heat carrier is cooled and flows into the lower cavity 13 coolers 5.

Работа устройства охлаждения силовых полупроводниковых приборов статического преобразователя, изображенного на фиг.4, происходит следующим образом.The operation of the cooling device of the power semiconductor devices of the static Converter shown in figure 4, is as follows.

При работе статического преобразователя нагреваются силовые полупроводниковые приборы 2, нагревая охладитель 5, теплоноситель 20 в каналах 6 и полостях 13 и 14 охладителя 5, за счет чего происходит расширение жидкого теплоносителя 20, повышение давления жидкой фазы теплоносителя 20 в охладителе 5 до давления конденсации, превращение теплоносителя 20 в парожидкостную фазу теплоносителя 21, в результате чего происходит отбор тепла от охладителя 5 при одновременном нагреве теплоносителя жидкой фазы 20 до температуры конденсации, полученное тепло используют во вспомогательном расширительном цикле для охлаждения охладителя и за счет избыточного давления, через сообщающиеся каналы 6 и верхние полости 14 охладителя 5 парожидкостный теплоноситель 21 поступает в конденсатор, где конденсируется, смешивается с жидкой фазой теплоносителя 20, охлаждается и поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5. Охлаждение охладителя 5 происходит за счет тепла, выделяемого силовыми полупроводниковыми приборами 2, и чем сильнее происходит нагрев охладителя 5, тем выше давление и конденсация теплоносителя 21 и эффективнее охлаждение охладителя 5.When the static converter is operating, power semiconductor devices 2 are heated by heating the cooler 5, the coolant 20 in the channels 6 and the cavities 13 and 14 of the cooler 5, due to which the expansion of the liquid coolant 20, the pressure of the liquid phase of the coolant 20 in the cooler 5 increase to the condensation pressure, transformation the coolant 20 into the vapor-liquid phase of the coolant 21, as a result of which heat is taken from the cooler 5 while heating the coolant of the liquid phase 20 to a condensation temperature, the heat obtained is use in the auxiliary expansion cycle to cool the cooler and due to overpressure, through the communicating channels 6 and the upper cavity 14 of the cooler 5, the vapor-liquid coolant 21 enters the condenser, where it condenses, mixes with the liquid phase of the coolant 20, cools and enters the lower cavity 13 of the cooler 5 The cooling of the cooler 5 occurs due to the heat generated by the power semiconductor devices 2, and the stronger the heating of the cooler 5, the higher the pressure and condensation of the coolant 21 and more efficient cooler cooling 5.

Работа устройства для охлаждения статического преобразователя, изображенного на фиг.7, 8, 9, 10, происходит следующим образом.The operation of the device for cooling the static Converter shown in Fig.7, 8, 9, 10, is as follows.

При работе преобразователя силовые элементы 2 нагреваются, выделяемое тепло передается охладителю 5, при повышении температуры охладителя 5 (например, до +40°С) по команде с датчика температуры 7 система управления 3 дает команду на включение компрессора 25, компрессор включается, под действием компрессора пары хладагента 23 поступают из испарителя 32 по отсасывающей трубке 24 в цилиндр компрессора 25, где сжимаются и поступают в нагнетательный трубопровод 26 и далее в конденсатор 27, где, проходя конденсатор, хладагент 23, отдав тепло, конденсируется и переходит в жидкое состояние, пройдя через фильтросушитель 28, жидкий хладагент поступает в капиллярную трубку 29 и по мере продвижения в ней переохлаждается, и, пройдя через терморегулятор 30, где в результате сопротивления движению потока хладагента 23 происходит понижение его давления в условиях насыщения, происходит образование пузырьков пара, температура и давление одновременно падают, а объем пара увеличивается при движении парожидкостной смеси к испарителю 32, далее, поступая в каналы 6 охладителя 5, являющегося испарителем 32 холодильной установки, хладагент 23 испаряется, отбирая тепло от основания охладителя 5, силовых элементов 2 и окружающего охладитель 5 воздуха, далее из испарителя 32 газообразный хладагент проходит отсасывающую трубку 24, сжимается в компрессоре 25 и через нагнетательный трубопровод 26, конденсатор 27, фильтросушитель 28, капиллярную трубку 29 и терморегулятор 30 вновь поступает в испаритель 32, таким образом, цикл работы повторяется. Охладитель 5, силовые полупроводниковые приборы 2 и преобразователь охлаждаются. Для поддержания требуемого теплового режима охладителя 5 и преобразователя в целом устройство охлаждения работает периодически, по настройке терморегулятора 30 и команде с датчика температуры 7 система управления 3 дает команду на включение и выключение компрессора 25, поддерживая, тем самым, температуру преобразователя в заданном диапазоне (например, от +40°С до +80°С).When the converter is operating, the power elements 2 are heated, the generated heat is transferred to the cooler 5, when the temperature of the cooler 5 is increased (for example, up to + 40 ° С), by command from the temperature sensor 7, the control system 3 gives a command to turn on the compressor 25, the compressor turns on, under the action of the compressor refrigerant vapors 23 come from the evaporator 32 through the suction tube 24 to the compressor cylinder 25, where they are compressed and fed into the discharge pipe 26 and then to the condenser 27, where, passing the condenser, the refrigerant 23, having lost heat, condenses I go into a liquid state, passing through a filter drier 28, the liquid refrigerant enters the capillary tube 29 and is cooled as it moves through it, and passing through the thermostat 30, where as a result of resistance to the movement of the flow of refrigerant 23 its pressure decreases under saturation conditions, vapor bubbles form, the temperature and pressure drop simultaneously, and the vapor volume increases as the vapor-liquid mixture moves to the evaporator 32, then, entering the channels 6 of the cooler 5, which is the evaporator 32 cold lnn installation, the refrigerant 23 evaporates, taking heat from the base of the cooler 5, the power elements 2 and the surrounding air cooler 5, then the gaseous refrigerant passes from the evaporator 32 to the suction pipe 24, is compressed in the compressor 25 and through the discharge pipe 26, condenser 27, filter drier 28, the capillary tube 29 and the temperature controller 30 again enters the evaporator 32, thus, the operation cycle is repeated. Cooler 5, power semiconductor devices 2 and the converter are cooled. To maintain the required thermal regime of the cooler 5 and the converter as a whole, the cooling device operates periodically, by setting the temperature controller 30 and a command from the temperature sensor 7, the control system 3 gives the command to turn the compressor 25 on and off, thereby maintaining the temperature of the converter in a predetermined range (for example , from + 40 ° С to + 80 ° С).

Работа устройства для нагрева и охлаждения статического преобразователя, изображенного на фиг.12, 13, аналогична работе, описанной выше (на фиг.1, 2, 3), но отличается тем, что охлаждение теплоносителя 4 происходит в емкости 9, в которой установлен испаритель 32, или стенка (стенки) емкости 9 является испарителем 32 холодильной установки.The operation of the device for heating and cooling the static converter shown in Fig. 12, 13 is similar to the operation described above (in Figs. 1, 2, 3), but differs in that the coolant 4 is cooled in the tank 9 in which the evaporator is installed 32, or the wall (s) of the tank 9 is an evaporator 32 of the refrigeration unit.

Работа устройства для нагрева и охлаждения статического преобразователя (см. фиг.11, 13) происходит следующим образом.The operation of the device for heating and cooling the static Converter (see 11, 13) is as follows.

При низкой температуре окружающего воздуха по команде с блока управления 3 включается программно-управляемый блок нагрева 16, электронагревательный элемент 18 нагревается, нагревается полый металлический стакан 17 и стенка емкости 9, тепло с полого металлического стакана 17 и стенки емкости 9 передается теплоносителю 4, который нагревается, после нагрева теплоносителя 4 (например, до +3°С) включается насос 10 и нагретый теплоноситель 4 через насос 10 по линии нагнетания 11 поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5, по части каналов 6 в основании охладителя 5 поступает в верхние полости 14, нагревая охладитель 5, далее по линиям всасывания 8 теплоноситель 4 поступает в емкость 9, где дополнительно нагревается за счет работающего блока нагрева 16, и через насос 10 по линии нагнетания 11 вновь поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5, далее процесс повторяется, в результате чего охладитель 5, емкость теплоносителя 9 и теплоноситель 4 нагреваются, тепло с охладителя 5 передается силовым полупроводниковым приборам 2 и преобразователю в целом. После нагрева охладителя 5 (например, до +7°С) сигнал с датчика температуры 7 поступает на блок управления 3, который отключает блок нагрева 16, насос 10 и включает преобразователь.At a low ambient temperature, on command from the control unit 3, a program-controlled heating unit 16 is turned on, the electric heating element 18 is heated, the hollow metal cup 17 and the wall of the tank 9 are heated, heat from the hollow metal cup 17 and the wall of the tank 9 is transferred to the coolant 4, which is heated , after heating the coolant 4 (for example, to + 3 ° C), the pump 10 is turned on and the heated coolant 4 through the pump 10 through the discharge line 11 enters the lower cavity 13 of the cooler 5, along part of the channels 6 at the base of the cool The heat transfer agent 5 enters the upper cavities 14, heating the cooler 5, then along the suction lines 8 the coolant 4 enters the tank 9, where it is additionally heated by the working heating unit 16, and again through the pump 10 through the discharge line 11 enters the lower cavity 13 of the cooler 5 , then the process is repeated, as a result of which the cooler 5, the capacity of the coolant 9 and the coolant 4 are heated, the heat from the cooler 5 is transferred to the power semiconductor devices 2 and the converter as a whole. After heating the cooler 5 (for example, to + 7 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which turns off the heating unit 16, pump 10 and turns on the converter.

При работе преобразователя силовые полупроводниковые приборы 2 нагреваются, нагревают охладитель 5, после нагрева охладителя (например, до +30°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который включает насос 10, и теплоноситель 4 из емкости 9 через линию нагнетания 11 поступает в нижнюю полость 13 охладителя 5 и по части сообщающихся каналов 6 поступает в верхние полости 14 охладителя 5, отводя от него тепло, и через линии всасывания 8 теплоноситель 4 вновь поступает в емкость 9, где охлаждается, далее процесс повторяется. При достижении определенной температуры охладителя 5 (например,+50°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который переводит насос 10 в более интенсивный режим работы. При дальнейшем повышении температуры (например,+60°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который переводит насос 10 в более интенсивный режим работы. При дальнейшем повышении температуры охладителя 5 (например, +70°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который дает команду на включение компрессора 25, компрессор включается, под действием компрессора пары хладагента 23 по другой части сообщающихся каналов 6 охладителя 5 поступают по отсасывающей трубке 24 в компрессор 25, где сжимаются, и поступают в нагнетательный трубопровод 26 и далее в конденсатор 27, где хладагент 23 отдает тепло, конденсируется и переходит в жидкое состояние. Пройдя через фильтросушитель 28, жидкий хладагент 23 поступает в капиллярную трубку 29 и по мере продвижения в ней переохлаждается, проходит затем через терморегулятор 30, где в результате сопротивления движению потока хладагента происходит понижение его давления в условиях насыщения, происходит образование пузырьков пара, температура и давление одновременно падают, а объем пара увеличивается при движении парожидкостной смеси по части каналов 6 охладителя 5, являющегося испарителем 32 холодильной установки, хладагент испаряется, охлаждая основание и ребра охладителя 5, теплоносителя 4, проходящего по части каналов 6, силовых полупроводниковых приборов 2 и окружающего охладитель 5 воздуха, далее из испарителя 32 газообразный хладагент 23 проходит отсасывающую трубку 24, сжимается в компрессоре 25 и через нагнетательный трубопровод 26, конденсатор 27, фильтросушитель 28, капиллярную трубку 29 и терморегулятор 30 вновь поступает в испаритель 32, таким образом, цикл работы повторяется. При снижении температуры охладителя 5 (например, до +30°С) сигнал с датчика температуры 7 подается на блок управления 3, который отключает компрессор 25. Для поддержания требуемого теплового режима охладителя устройство для охлаждения работает периодически, включаясь и выключаясь по настройке терморегулятора 30, датчика температуры 7 и команде системы управления 3, которые реагируют на изменение температуры основания охладителя 5, поддерживая температуру охладителя (преобразователя) в заданных пределах.During operation of the converter, the power semiconductor devices 2 heat up, heat the cooler 5, after heating the cooler (for example, to + 30 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which includes the pump 10, and the coolant 4 from the tank 9 through the discharge line 11 enters the lower cavity 13 of the cooler 5 and partly connected channels 6 enters the upper cavity 14 of the cooler 5, removing heat from it, and through the suction line 8, the coolant 4 again enters the tank 9, where it is cooled, then the process is repeated. Upon reaching a certain temperature of the cooler 5 (for example, + 50 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which puts the pump 10 in a more intensive mode of operation. With a further increase in temperature (for example, + 60 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which puts the pump 10 into a more intensive mode of operation. With a further increase in the temperature of the cooler 5 (for example, + 70 ° С), the signal from the temperature sensor 7 is sent to the control unit 3, which gives the command to turn on the compressor 25, the compressor turns on, under the action of the compressor, the refrigerant vapor 23 on the other part of the communicating channels 6 of the cooler 5 they come through a suction tube 24 to a compressor 25, where they are compressed, and enter a discharge pipe 26 and then to a condenser 27, where the refrigerant 23 gives off heat, condenses, and goes into a liquid state. After passing through the filter drier 28, the liquid refrigerant 23 enters the capillary tube 29 and is cooled as it moves through it, then passes through the thermostat 30, where as a result of resistance to the movement of the refrigerant stream, its pressure decreases under saturation conditions, vapor bubbles, temperature and pressure simultaneously fall, and the volume of steam increases when the vapor-liquid mixture moves along part of the channels 6 of the cooler 5, which is the evaporator 32 of the refrigeration unit, the refrigerant evaporates, cooling about base and fins of cooler 5, coolant 4, passing along part of channels 6, power semiconductor devices 2 and surrounding air cooler 5, then from the evaporator 32, gaseous refrigerant 23 passes through the suction pipe 24, is compressed in the compressor 25 and through the discharge pipe 26, the condenser 27, the filter drier 28, the capillary tube 29 and the thermostat 30 are again fed to the evaporator 32, thus, the cycle of work is repeated. When the temperature of the cooler 5 decreases (for example, to + 30 ° C), the signal from the temperature sensor 7 is supplied to the control unit 3, which turns off the compressor 25. To maintain the required thermal mode of the cooler, the cooling device works periodically, turning on and off by setting the thermostat 30, temperature sensor 7 and the command of the control system 3, which respond to a change in temperature of the base of the cooler 5, maintaining the temperature of the cooler (converter) within the specified limits.

Таким образом, устройство для нагрева и охлаждения статических преобразователей можно использовать с широкими требованиями по степени защиты по коду IP (IP21, IP54, IP64) в широком диапазоне температур окружающего воздуха от - 60°С до +60°С с высокой эффективностью нагрева и охлаждения.Thus, the device for heating and cooling static converters can be used with wide requirements for the degree of protection according to IP code (IP21, IP54, IP64) in a wide range of ambient temperatures from - 60 ° С to + 60 ° С with high heating and cooling efficiency .

Эффективность устройства для нагрева статического преобразователя достигается за счет того, что электронагревательный элемент размещен в металлическом пустотелом патроне, который имеет большой тепловой контакт со стенкой емкости теплоносителя или является частью стенки емкости теплоносителя. За счет больших теплопроводящих поверхностей и большого коэффициента теплопроводности охладителя и емкости теплоносителя, в результате нагрева и циркуляции нагретого теплоносителя в каналах охладителя и емкости теплоносителя происходит быстрый нагрев охладителя, силовых полупроводниковых приборов, емкости теплоносителя и самого преобразователя в целом.The efficiency of the device for heating the static converter is achieved due to the fact that the electric heating element is placed in a metal hollow cartridge, which has a large thermal contact with the wall of the coolant tank or is part of the wall of the coolant tank. Due to the large heat-conducting surfaces and the large coefficient of thermal conductivity of the cooler and the coolant capacity, as a result of heating and circulation of the heated coolant in the channels of the coolant and the coolant tank, the cooler, power semiconductor devices, the coolant tank and the converter itself are heated rapidly.

Кроме того, такая конструкция блока нагрева позволяет быстро заменить неисправный электронагревательный элемент, не освобождая емкость от теплоносителя.In addition, this design of the heating unit allows you to quickly replace a faulty electric heating element without releasing the tank from the coolant.

Высокая эффективность устройства для охлаждения статического преобразователя обеспечивается за счет развитой теплоотдающей поверхности охладителя, отвода тепла от наиболее нагретых мест охладителя, его основания, изменяемой скорости прохождения теплоносителя, наличием развитой теплоотдающей поверхностью емкости теплоносителя, принимающего тепло от охладителя и передающего его в окружающее пространство, дополнительного принудительного воздушного охлаждения, одновременно охлаждающего охладитель и емкость с теплоносителем, а в случае изменения агрегатного состояния теплоносителя - кипении и испарении, эффективность охлаждения преобразователя и отводимые тепловые потоки возрастают на порядки, охлаждение охладителя происходит за счет тепла, выделяемого силовыми полупроводниковыми приборами, и полученное тепло используют во вспомогательном расширительном цикле для охлаждения охладителя, и чем сильнее происходит нагрев охладителя, тем выше давление и конденсация теплоносителя и эффективнее охлаждение охладителя.The high efficiency of the device for cooling a static converter is provided due to the developed heat-transfer surface of the cooler, heat removal from the most heated places of the cooler, its base, variable flow rate of the heat carrier, the presence of the developed heat-transfer surface of the heat carrier tank that receives heat from the cooler and transfers it to the surrounding space, additional forced air cooling, at the same time cooling the cooler and the tank with the coolant, and in Taking into account changes in the aggregate state of the coolant — boiling and evaporation, the cooling efficiency of the converter and the heat fluxes are increased by orders of magnitude, the cooler is cooled due to the heat generated by power semiconductor devices, and the heat obtained is used in the auxiliary expansion cycle to cool the cooler, and the stronger the heating cooler, the higher the pressure and condensation of the coolant and more efficient cooling of the cooler.

Важнейшим преимуществом испарительного вида охлаждения являются: бесшумность работы, отсутствие вибрации, отсутствие вращающихся деталей, что намного упрощает статический преобразователь и делает его более надежным.The most important advantage of the evaporative type of cooling is: silent operation, lack of vibration, absence of rotating parts, which greatly simplifies the static converter and makes it more reliable.

Предложенный вариант устройства для нагрева и охлаждения статического преобразователя, в котором охладитель охлаждается теплоносителем и одновременно является испарителем холодильной установки, который охлаждает охладитель с силовыми полупроводниковыми приборами, теплоноситель, проходящий по каналам и полостям охладителя, и преобразователь в целом может работать в условиях больших температурных перегрузок.The proposed embodiment of a device for heating and cooling a static converter, in which the cooler is cooled by the coolant and at the same time is the evaporator of the refrigeration unit, which cools the cooler with power semiconductor devices, the coolant passing through the channels and cavities of the cooler, and the converter as a whole can operate under conditions of high temperature overloads .

Источники информацииInformation sources

1. Корпорация Триол. Каталог продукции и применений. 2002 г.1. Triol Corporation. Catalog of products and applications. 2002 year

2. Каталог 31 RITTAL, выпуск 2007 г.2. RITTAL catalog 31, 2007 edition

3 Авторское свидетельство на изобретение №591667 «Способ охлаждения рабочего тела».3 Copyright certificate for the invention No. 591667 "Method for cooling the working fluid."

4. Патент на изобретение №2206938. «Охладитель».4. Patent for invention No. 2206938. "Cooler."

5. Патент на изобретение №2229757. «Устройство для нагрева и охлаждения радиоэлектронной аппаратуры» (прототип).5. Patent for invention No. 2229757. "Device for heating and cooling electronic equipment" (prototype).

6. Патент на изобретение №2280294. «Силовой блок» (прототип).6. Patent for invention No. 2280294. "Power block" (prototype).

Claims

1. A device for heating and cooling a static converter, comprising a cabinet in which a cooler is installed with power semiconductor devices located on it, elements of a control system, heating and cooling systems, consisting of a closed loop filled with coolant, in which the cooler has channels in the base the upper and lower end surfaces have cavities for connecting these channels, a temperature sensor, as well as suction lines, a coolant tank, a pump, and a discharge line , Surge tank, characterized in that for creating excess pressure of the coolant at the top of the cooler communicating channels are arranged in groups of interconnected channels.

2. The device for heating and cooling the static converter according to claim 1, characterized in that the heat carrier capacity is made with a well-developed heat-conducting surface.

3. The device for heating and cooling the static converter according to claim 1, characterized in that heat pipes are installed in the channels passing in the base and in the upper cavities of the cooler, the lower part of the cooler is filled with an intermediate coolant that rises along them under the action of capillary forces inside the heat pipes , takes heat from the heated cooler and transfers it through the heat pipes to the coolant tank.

4. A device for heating and cooling a static converter, comprising a cabinet in which a cooler is installed with power semiconductor devices located thereon, elements of a control system, a heating and cooling system, characterized in that the cooler and the converter are heated in a closed loop filled with coolant and includes cooler channels with cavities on the lower and upper end surfaces of the cooler, suction lines, coolant tank, pump, discharge line, and an expansion tank, and a heating unit is installed in the coolant tank, which represents a hollow metal cup with an electric heating element installed in it.

5. A device for cooling a static converter, comprising a cabinet in which a cooler is installed, having channels in the base, cavities are made on the upper and lower end surfaces for connecting these channels with power semiconductor devices mounted on it, control system elements, temperature sensor characterized in that the cavities and communicating channels of the cooler are filled with an intermediate coolant, as a result of heating of power semiconductor devices and a coolant cooler heats up in the channels and cavities, the liquid coolant expands, the pressure of the liquid phase of the coolant in the cooler increases to the condensation pressure, the coolant turns into the vapor-liquid phase, heat is removed from the cooler while the coolant is heated to the condensation temperature, and the heat obtained is used in the auxiliary expansion cycle to cool the cooler.

6. A device for heating and cooling a static converter, comprising a cabinet in which a cooler is installed with power semiconductor devices located on it, elements of a control system, heating and cooling system, characterized in that the cooling is carried out in a closed loop filled with refrigerant, and includes channels a cooler, a suction tube, a compressor, a discharge pipe, a condenser, a temperature regulator, and the cooler channels or metal tubes installed in the channels will cool spruce and filled with refrigerant, are evaporators of the refrigeration unit.

7. The device for heating and cooling the static converter according to claim 6, characterized in that the evaporator is located in the coolant tank or is directly a wall of the coolant tank.

8. A device for heating and cooling a static converter, comprising a cabinet in which a cooler is installed with power semiconductor devices located on it, elements of a control system, a heating and cooling system, characterized in that the cooler is cooled in two closed circuits passing through the channels in the base of the cooler, while one closed loop is filled with coolant and includes part of the channels of the cooler with the cavities on the lower and upper end surfaces la, suction lines, coolant tank, pump, discharge line and expansion tank, and the second closed circuit is filled with refrigerant and includes part of the cooler channels, suction tube, compressor, discharge pipe, condenser, temperature regulator, and some of the cooler channels or metal tubes installed in cooler channels and filled with refrigerant are evaporators of the refrigeration unit.