RU2706337C1

RU2706337C1 - Voltage converter with cooled capacitor bank

Info

Publication number: RU2706337C1
Application number: RU2018145181A
Authority: RU
Inventors: Кирилл Михайлович Сидоров; Александр Геннадьевич Грищенко
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-11-18

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to semiconductor DC converters used in self-contained power supply systems and adjustable electric drive. Voltage converter with cooled capacitor bank comprises housing with two compartments. First compartment includes semiconductor transistor-diode modules and is hermetically sealed. Second compartment contains filtration capacitors and is ventilated. Power leads of capacitors are connected to the first compartment through sealing elements. Power leads of capacitors are electrically connected to power buses of direct current arranged in parallel to each other. Each busbar has a row of electrodes installed directly on power outputs of semiconductor modules.

EFFECT: higher efficiency and reliability of operation of voltage converter, improved weight and dimensions, reliable sealing of compartment of power electronics with minimum length of sealed joint, unification of sealing elements for wide standard row of power capacitors.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к полупроводниковым преобразователям постоянного напряжения (инверторам), используемым в системах автономного электроснабжения и регулируемом электроприводе.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to semiconductor DC / DC converters (inverters) used in autonomous power supply systems and controlled electric drives.

Неотъемлемой частью полупроводниковых преобразователей переменного или постоянного напряжения является батарея конденсаторов в звене постоянного тока и система силовых токопроводящих шин.An integral part of semiconductor AC or DC converters is the capacitor bank in the DC link and the power bus system.

Создание на входе инвертора значительной электрической емкости с помощью батареи фильтрующих конденсаторов направлено на компенсацию опасных перенапряжений и сглаживание низкочастотных пульсаций напряжения, обусловленных коммутацией полупроводниковых элементов преобразователя. При этом батарея конденсаторов в звене постоянного тока обеспечивает низкоомную электрическую цепь для протекания импульсных токов, формируемых в процессе коммутации транзисторных ключей инвертора. Амплитуда токов пульсаций зависит от многих факторов, в том числе: от характеристик и топологии токопроводящих шин, индуктивности нагрузки, напряжения звена постоянного тока, частоты коммутации ключей инвертора.The creation of a significant electric capacity at the inverter input using a battery of filtering capacitors is aimed at compensating for dangerous overvoltages and smoothing out low-frequency voltage ripples caused by commutation of the semiconductor elements of the converter. In this case, the capacitor bank in the DC link provides a low-resistance electric circuit for the flow of pulsed currents generated during the switching of the transistor keys of the inverter. The amplitude of the ripple currents depends on many factors, including: on the characteristics and topology of the conductive busbars, the inductance of the load, the voltage of the DC link, the switching frequency of the inverter keys.

Коммутация больших токов при высокой скорости их нарастания и спада обуславливает импульсные перенапряжения, прямо пропорциональные индуктивности рассеяния силовых цепей преобразователя. В связи с этим исполнение силовых шин в звене постоянного тока должно отвечать высоким требованиям по снижению паразитной индуктивности. При высоких значениях индуктивности рассеяния вынужденной мерой является увеличение времени коммутации для исключения повреждения транзисторов. Однако последнее, в свою очередь, приводит к росту коммутационных потерь и, как следствие, дополнительному рассеянию тепла в инверторе.Switching large currents at a high rate of rise and fall causes pulse overvoltage, which is directly proportional to the inductance of the power circuits of the converter. In this regard, the performance of power buses in the DC link must meet the high requirements for reducing stray inductance. At high values of the leakage inductance, a necessary measure is to increase the switching time to avoid damage to transistors. However, the latter, in turn, leads to an increase in switching losses and, as a consequence, additional heat dissipation in the inverter.

Величина токов пульсации в совокупности с внутренним сопротивлением конденсаторов определяет тепловую мощность, рассеиваемую в конденсаторной батарее, и устанавливает температурный режим работы конденсаторов. Однако работа конденсаторов при повышенной температуре приводит к существенному сокращению срока службы последних, изменению исходных электрических характеристик и снижает надежность преобразователя напряжения в целом.The magnitude of the ripple currents in conjunction with the internal resistance of the capacitors determines the thermal power dissipated in the capacitor bank and sets the temperature mode of operation of the capacitors. However, the operation of capacitors at elevated temperatures leads to a significant reduction in the service life of the latter, a change in the initial electrical characteristics and reduces the reliability of the voltage converter as a whole.

С целью улучшения температурных режимов работы конденсаторов емкость батареи часто оказывается неоптимизированной, характеристики конденсаторов переразмеренными, что негативно сказывается на массогабаритных показателях преобразователя напряжения. Обычные преобразователи напряжения имеют более низкие значения удельной мощности и увеличенную стоимость, несмотря на потенциально доступные возможности к улучшению этих показателей.In order to improve the temperature conditions of operation of capacitors, the battery capacity is often not optimized, the characteristics of the capacitors are oversized, which negatively affects the overall dimensions of the voltage converter. Conventional voltage converters have lower specific power values and increased cost, despite the potential for improving these indicators.

Таким образом, оптимальный температурный режим работы конденсаторов, минимизированные значения активных сопротивлений, а также индуктивностей рассеяния батареи конденсаторов и шин постоянного тока - ключевые аспекты энергоэффективной, компактной и надежной конструкции преобразователя напряжения.Thus, the optimal temperature mode of operation of capacitors, minimized values of active resistances, as well as the inductance dissipation of a capacitor bank and DC bus are key aspects of an energy-efficient, compact and reliable voltage converter design.

Известен силовой блок с конденсаторным блоком фильтра Ud, состоящий из конденсаторов фильтра и снабберных конденсаторов, отличающийся тем, что силовые шины установлены непосредственно на силовых контактах быстродействующих ключей, на положительной шине установлены конденсаторы фильтра Ud и соединены с положительными выводами конденсаторов и коллекторными выводами быстродействующих ключей, на отрицательной шине установлены конденсаторы фильтра Ud и соединены с отрицательными выводами конденсаторов и эмиттерными выводами быстродействующих ключей, а снабберные конденсаторы установлены между этими шинами и электрически соединены с ними, отрицательные выводы конденсаторов Ud, установленные на положительной шине, соединены шиной с положительными выводами конденсаторов, установленными на отрицательной шине(см. патент РФ 2280294; МПК H01L 23/36, H05K 7/20, H02M 5/42;опубл. 2006 г.).A known power unit with a filter capacitor block Ud, consisting of filter capacitors and snubber capacitors, characterized in that the power buses are mounted directly on the power contacts of the quick keys, the filter capacitors Ud are installed on the positive bus and connected to the positive terminals of the capacitors and collector terminals of the fast keys Filter capacitors Ud are installed on the negative bus and are connected to the negative terminals of the capacitors and emitter terminals. keys, and snubber capacitors are installed between these buses and electrically connected to them, the negative terminals of the capacitors Ud installed on the positive bus are connected by the bus to the positive terminals of the capacitors mounted on the negative bus (see RF patent 2280294; IPC H01L 23/36, H05K 7/20, H02M 5/42; publ. 2006).

Недостаток данного изобретения - ограничение типа используемых силовых полупроводниковых приборов одиночными транзисторными ключами и невозможность применения в заявленном изобретении более рациональных и компактных транзисторно-диодных модулей типа «полумост». Для полумостовых транзисторно-диодных модулей, согласно данному изобретению, оказывается невозможным установка снабберных конденсаторов между положительной и отрицательной силовыми шинами. Кроме того, расположение полупроводниковых ключей в данном изобретении ограничивается тем вариантом, в котором они расположены на охладителе в два параллельных ряда по три ключа в каждом. Указанные факты приводят к увеличению габаритных размеров и массы преобразователя, увеличению количества отдельных полупроводниковых приборов, неэффективному использованию объема в корпусе преобразователя и ухудшению удельных характеристик последнего. Другим недостатком рассматриваемого изобретения является отсутствие охлаждения батареи фильтрующих конденсаторов в звене постоянного тока, и как следствие, наличие описанных выше негативных эффектов в работе преобразователя.The disadvantage of this invention is the limitation of the type of power semiconductor devices used by single transistor switches and the impossibility of using more rational and compact half-bridge transistor-diode modules in the claimed invention. For half-bridge transistor-diode modules, according to this invention, it is impossible to install snubber capacitors between the positive and negative power buses. In addition, the arrangement of the semiconductor switches in the present invention is limited by the embodiment in which they are located on the cooler in two parallel rows of three switches each. These facts lead to an increase in the overall dimensions and mass of the converter, an increase in the number of individual semiconductor devices, inefficient use of volume in the converter case, and a deterioration in the specific characteristics of the latter. Another disadvantage of the present invention is the lack of cooling of the filtering capacitor bank in the DC link, and as a result, the presence of the negative effects described above in the operation of the converter.

Известен наиболее близкий к заявленному изобретению силовой преобразователь, содержащий: корпус, имеющий первую и вторую секции; разделительный корпус для отделения первой и второй секций, причем указанный разделительный корпус имеет вырез; силовой полупроводниковый модуль, расположенный в упомянутой первой секции; конденсаторное устройство, имеющее соединительные элементы, расположенные в первой секции, причем указанное конденсаторное устройство размещено сквозь указанный вырез разделительного корпуса во вторую секцию для охлаждения конденсаторного устройства; соединительное устройство для электропроводного соединения упомянутого силового полупроводникового модуля с указанным конденсаторным устройством, причем указанное соединительное устройство расположено в упомянутой первой секции; плоское эластичное уплотнение, проходящее по периферии вокруг выреза и расположенное на поверхности указанного разделительного корпуса, причем указанное герметизирующее уплотнение окружает конденсаторное устройство; а также листообразный прижимной корпус, который прижимает указанное эластичное уплотнение к упомянутому разделительному корпусу (см. патент DE 102014105114 A1; МПК H02M 1/00, H05K 7/20, H01G 2/08, H01G 4/40;опубл.2015 г.).Known closest to the claimed invention, a power converter, comprising: a housing having a first and second section; a separation housing for separating the first and second sections, wherein said separation housing has a cut; a power semiconductor module located in said first section; a condenser device having connecting elements located in the first section, said condenser device being placed through said cut-out of the separation housing into the second section to cool the condenser device; a connecting device for electrically conducting said power semiconductor module with said capacitor device, said connecting device being located in said first section; a flat elastic seal extending around the periphery around the cutout and located on the surface of the specified separation housing, and the specified sealing seal surrounds the capacitor device; as well as a leaf-shaped pressure housing that presses said elastic seal against said separation housing (see patent DE 102014105114 A1; IPC H02M 1/00, H05K 7/20, H01G 2/08, H01G 4/40; publ. 2015) .

Основным недостатком указанного изобретения является увеличенная длина токопроводящих шин, обусловленная принципом охлаждения конденсаторов во второй секции, а также удаленным размещением конденсаторов относительно силовых выводов полупроводниковых транзисторных модулей. Увеличение длины токопроводящих шин от каждого конденсатора в звене постоянного тока способствует увеличению активного сопротивления этих шин, увеличению токовой петли и, как следствие, росту величины паразитной индуктивности. В свою очередь, увеличение активного сопротивления влечет за собой рост величины омических потерь и рассеиваемой тепловой мощности, а также снижает коэффициент полезного действия преобразователя. Паразитная индуктивность, как указывалось выше, является одной из причин увеличения опасных перенапряжений, ухудшает условия коммутации транзисторных ключей и способствует выходу из строя последних.The main disadvantage of this invention is the increased length of the conductive buses, due to the principle of cooling the capacitors in the second section, as well as the remote placement of the capacitors relative to the power terminals of the semiconductor transistor modules. An increase in the length of the conductive busbars from each capacitor in the DC link contributes to an increase in the active resistance of these buses, an increase in the current loop, and, as a result, an increase in the stray inductance. In turn, an increase in active resistance entails an increase in ohmic losses and dissipated heat power, and also reduces the efficiency of the converter. The stray inductance, as mentioned above, is one of the reasons for the increase in dangerous overvoltages, worsens the conditions for switching transistor switches and contributes to the failure of the latter.

Другой недостаток указанной конструкции - низкая удельная (объемная) мощность преобразователя, обусловленная принципом размещения конденсаторов в корпусе преобразователя и неоптимальным использованием полезного объема.Another disadvantage of this design is the low specific (volumetric) power of the converter, due to the principle of placing capacitors in the converter housing and the non-optimal use of the useful volume.

Еще одним недостатком указанного изобретения является недостаточная надежность межсекционной герметизации, обусловленная использованием эластичного уплотнителя, прилегающего к каждому конденсатору по значительной длине окружности. Учитывая количество конденсаторов в звене постоянного тока общая длина герметизируемого стыка оказывается существенной, что снижает надежность герметизации. Данный недостаток дополняется сложностью изготовления уплотнительных элементов специальной конфигурации и диаметрами выреза под определенные габаритные размеры конденсаторов, затрудняющие унификацию используемых деталей. В зависимости от мощности преобразователя и емкости конденсаторов диаметр корпуса последних может варьироваться от 20 мм до 200 мм, обуславливая в каждом случае различное исполнение уплотнительных элементов.Another disadvantage of this invention is the lack of reliability of intersectional sealing, due to the use of an elastic seal adjacent to each capacitor along a significant circumference. Given the number of capacitors in the DC link, the total length of the joint to be sealed is significant, which reduces the reliability of the seal. This disadvantage is supplemented by the complexity of manufacturing sealing elements of a special configuration and cut-out diameters for certain overall dimensions of capacitors, which complicate the unification of used parts. Depending on the power of the converter and the capacitance of the capacitors, the diameter of the housing of the latter can vary from 20 mm to 200 mm, causing in each case a different design of the sealing elements.

Технической задачей изобретения является создание преобразователя напряжения с охлаждаемой батареей конденсаторов звена постоянного тока, отличающегося в совокупности минимизированной длиной и значениями паразитной индуктивности силовых шин и цепей управления, минимизированными габаритными размерами, надежной герметизацией отсека силовой электроники с унификацией герметизирующих элементов.An object of the invention is the creation of a voltage converter with a cooled capacitor bank of a DC link, which differs in aggregate in the minimized length and spurious inductance of power buses and control circuits, minimized overall dimensions, reliable sealing of the power electronics compartment with the unification of sealing elements.

Указанная задача решается за счет того, что преобразователь напряжения с охлаждаемой батареей конденсаторов содержит корпус с двумя сообщающимися отсеками, первый из которых герметичен, а второй выполнен с вентиляционными отверстиями, служащими для обеспечения естественной конвекции, а также воздушного потока, создаваемого установленными в корпусе вентиляторами воздушного принудительного охлаждения, ряд силовых полупроводниковых транзисторно-диодных модулей, установленных на охладителе и размещенных в первом из упомянутых отсеков, драйверы, управляющие коммутацией полупроводниковых транзисторно-диодных модулей и расположенные непосредственно на управляющих выводах полупроводниковых транзисторно-диодных модулей, защитные конденсаторы, установленные непосредственно на силовых выводах коллектора и эмиттера каждого силового полупроводникового транзисторно-диодного модуля, датчики обратных связей по току и напряжению, установленные на выводных силовых шинах в первом из упомянутых отсеков, размещенный во втором отсеке ряд фильтрующих конденсаторов, силовые выводы которых находятся на одной прямой и сообщаются с первым отсеком силовой электроники через герметизирующие уплотнительные элементы, причем положительные и отрицательные силовые выводы конденсаторов электрически соединены соответственно с положительной и отрицательной силовыми шинами постоянного тока, выполненными в виде отдельных изолированных между собой токопроводящих пластин, каждая из которых имеет ряд электродов, отогнутых под прямым углом к плоскости токопроводящей пластины и представляющих собой контактные площадки, установленные непосредственно на силовых выводах полупроводниковых модулей, причем положительная токопроводящая пластина имеет ряд отверстий для бесконтактного сквозного прохода отрицательных силовых выводов конденсаторов, а также отверстия для резьбового электрического соединения с положительными силовыми выводами конденсаторов, а отрицательная токопроводящая пластина имеет ряд отверстий, расположенных соосно положительным силовым выводам конденсаторов, причем диаметр упомянутых отверстий исключает электрический контакт между токопроводящей пластиной и силовым выводом конденсатора, а также ряд отверстий для резьбового электрического соединения с отрицательными силовыми выводами конденсаторов, систему управления с компонентами и цепями управления, обеспечивающими формирование и трансляцию команд управления для коммутации транзисторов.This problem is solved due to the fact that the voltage converter with a cooled capacitor bank contains a housing with two communicating compartments, the first of which is sealed, and the second is made with ventilation holes that provide natural convection, as well as the air flow created by the air fans installed in the housing forced cooling, a number of power semiconductor transistor-diode modules mounted on a cooler and located in the first of the above-mentioned compartments , drivers that control the switching of semiconductor transistor-diode modules and located directly on the control terminals of the semiconductor transistor-diode modules, protective capacitors installed directly on the power terminals of the collector and emitter of each power semiconductor transistor-diode module, current and voltage feedback sensors installed on output power buses in the first of the said compartments, a series of filtering capacitors located in the second compartment, power in the outputs of which are located on one straight line and communicate with the first compartment of the power electronics through sealing sealing elements, the positive and negative power terminals of the capacitors being electrically connected respectively to the positive and negative DC power buses, made in the form of separate conductive plates isolated between each other, each of which has a number of electrodes, bent at right angles to the plane of the conductive plate and representing the contact pads, mounted directly on the power terminals of the semiconductor modules, the positive conductive plate has a number of holes for non-contact through passage of the negative power terminals of the capacitors, as well as holes for the threaded electrical connection with the positive power terminals of the capacitors, and the negative conductive plate has a number of holes located coaxially with the positive power terminals capacitors, and the diameter of the holes excludes electrical contact row conductor plate and the power output capacitor, and a number of threaded holes for electrically connecting the negative power terminals of capacitors, a control system with components and control circuits, ensuring the formation and translation of control commands for the switching transistors.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является: повышение эффективности и надежности работы преобразователя напряжения за счет обеспечения охлаждения конденсаторов звена постоянного тока и оптимизации конструкции силовых шин по условию снижения активного сопротивления и индуктивности рассеяния; улучшение массогабаритных показателей преобразователя за счет оптимизированной конструкции силовых шин и размещения конденсаторов звена постоянного тока в непосредственной близи от силовых выводов транзисторных ключей; минимизация длины цепей управления транзисторами за счет расположения управляющих драйверов непосредственно на полупроводниковых модулях; надежная герметизация отсека силовой электроники в местах силовых выводов конденсаторов при минимальной длине герметизируемого стыка; унификация герметизирующих элементов для широкого типоразмерного ряда силовых конденсаторов.The technical result provided by the given set of features is: increasing the efficiency and reliability of the voltage converter by providing cooling of the DC link capacitors and optimizing the design of the power bus according to the condition of reducing the resistance and leakage inductance; improving the overall dimensions of the converter due to the optimized design of power buses and the placement of DC link capacitors in the immediate vicinity of the power terminals of transistor switches; minimization of transistor control circuits due to the location of control drivers directly on semiconductor modules; reliable sealing of the power electronics compartment in places of power terminals of capacitors with a minimum length of the joint to be sealed; unification of sealing elements for a wide range of power capacitors.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:

Фиг. 1 представлена конструкция преобразователя напряжения с охлаждаемой батареей конденсаторов согласно настоящему изобретению.FIG. 1 shows a design of a voltage converter with a cooled capacitor bank according to the present invention.

Фиг. 2 показана батарея фильтрующих конденсаторов с герметизирующими элементами и конфигурация силовых шин постоянного тока.FIG. 2 shows a filter capacitor bank with sealing elements and a configuration of DC busbars.

Фиг. 3 изображена схема охлаждения батареи фильтрующих конденсаторов.FIG. 3 shows a cooling circuit of a filter capacitor bank.

Преобразователь напряжения с охлаждаемой батареей конденсаторов (фиг. 1 и 2) содержит: силовые полупроводниковые транзисторно-диодные модули 1, батарею фильтрующих конденсаторов 2, защитные конденсаторы (снабберы) 3, управляющие драйверы 4 силовых полупроводниковых транзисторно-диодных модулей 1, охладитель 5, силовые шины 6 постоянного тока, силовые фазные шины 7, токопроводящие стойки 8, датчики тока 9, шинные изоляторы 10,опорную конструкцию 11, вентиляторы 12, защитные решетки вентиляторов 13, герметизирующие уплотнительные элементы 14 силовых выводов конденсаторов 2, герметизирующие силовые вводы 15,корпус 16, вентиляционные отверстия 17, отсек корпуса силовой электроники 18, отсек охлаждения конденсаторов 19, систему управления с компонентами и цепями управления 20, разъемы управления 21, крепежные элементы 22. Корпус 16 преобразователя напряжения согласно настоящему изобретению имеет два отсека (фиг. 3). В отсеке корпуса силовой электроники 18 размещены силовые транзисторно-диодные модули 1, установленные на охладителе 5, драйверы 4 силовых полупроводниковых транзисторно-диодных модулей, установленные непосредственно на управляющих выводах модулей 1,защитные конденсаторы 3, силовые шины постоянного тока 6, силовые фазные шины 7, токопроводящие стойки 8, датчики тока 9, шинные изоляторы 10. В отсеке охлаждения конденсаторов 19, располагаются силовые фильтрующие конденсаторы 2, расположенные в ряд так, что силовые выводы 23 которых находятся на одной прямой и сообщаются с отсеком силовой электроники через герметизирующие уплотнительные элементы 14 (фиг. 2). Принудительное воздушное охлаждение конденсаторов осуществляется вентиляторами 12, при этом отвод нагретого воздуха из отсека 19 обеспечивается через вентиляционные отверстия 17 в корпусе 16. На фиг. 3 показано направление потока воздуха 27 через конденсаторы 2. Положительные и отрицательные силовые выводы 23 конденсаторов 2 электрически соединены соответственно с положительной и отрицательной силовыми шинами 6 постоянного тока. Положительная и отрицательная силовые шины постоянного тока 6 выполнены в виде отдельных токопроводящих пластин, изолированных между собой изоляторами 10 (фиг. 2). Каждая из токопроводящих пластин имеет ряд электродов 24, отогнутых под прямым углом к плоскости пластины и представляющих собой контактные площадки для установки на токопроводящие стойки 7 и выводы полупроводниковых модулей 1. Положительная токопроводящая пластина 25 имеет ряд отверстий для бесконтактного сквозного прохода отрицательных силовых выводов 23 конденсаторов 2, а также отверстия для резьбового электрического соединения с положительными силовыми выводами 23 конденсаторов 2. Отрицательная токопроводящая пластина 26 имеет ряд отверстий, расположенных соосно положительным силовым выводам 23 конденсаторов 2, при этом диаметр отверстий превышает диаметр силовых выводов 23 конденсаторов 2 для исключения электрического контакта между ними. Отрицательная токопроводящая пластина 26 также имеет ряд отверстий для резьбового электрического соединения с отрицательными силовыми выводами 23 конденсаторов 2. Система управления 20 с компонентами и цепями управления расположена под драйверами 4 силовых полупроводниковых транзисторно-диодных модулей 1 в экранированной части отсека силовой электроники 18 (фиг. 3) и имеет минимальную длину цепей управления для коммутации транзисторов полупроводниковых модулей 1.A voltage converter with a cooled capacitor bank (Fig. 1 and 2) contains: power semiconductor transistor-diode modules 1, a filter capacitor bank 2, protective capacitors (snubbers) 3, control drivers 4 of power semiconductor transistor-diode modules 1, cooler 5, power DC bus 6, power phase bus 7, conductive racks 8, current sensors 9, busbar insulators 10, support structure 11, fans 12, protective grilles of fans 13, sealing sealing elements 14 power the terminals of the capacitors 2, the sealing power inputs 15, the housing 16, the ventilation holes 17, the compartment of the power electronics housing 18, the cooling compartment of the condensers 19, the control system with components and control circuits 20, the control connectors 21, the fasteners 22. The housing 16 of the voltage converter according to this the invention has two compartments (Fig. 3). Power transistor-diode modules 1, mounted on cooler 5, drivers 4 of power semiconductor transistor-diode modules, mounted directly on control terminals of modules 1, protective capacitors 3, DC power buses 6, power phase buses 7 are located in the compartment of the power electronics housing 18 , conductive racks 8, current sensors 9, busbar insulators 10. In the cooling compartment of the condensers 19, there are power filtering capacitors 2 arranged in a row so that the power leads 23 of which are located on one direct line and communicate with the power electronics compartment through the sealing sealing elements 14 (Fig. 2). Forced air cooling of the condensers is carried out by the fans 12, and the heated air is removed from the compartment 19 through the ventilation holes 17 in the housing 16. FIG. 3 shows the direction of air flow 27 through the capacitors 2. The positive and negative power terminals 23 of the capacitors 2 are electrically connected respectively to the positive and negative DC power buses 6. Positive and negative DC busbars 6 are made in the form of separate conductive plates isolated between each other by insulators 10 (Fig. 2). Each of the conductive plates has a number of electrodes 24, bent at right angles to the plane of the plate and representing contact pads for installation on conductive racks 7 and the terminals of the semiconductor modules 1. The positive conductive plate 25 has a number of holes for non-contact through passage of the negative power leads 23 of the capacitors 2 and also holes for a threaded electrical connection with positive power terminals 23 of the capacitors 2. The negative conductive plate 26 has a number of holes located coaxially with the positive power terminals 23 of the capacitors 2, while the diameter of the holes exceeds the diameter of the power terminals 23 of the capacitors 2 to exclude electrical contact between them. The negative conductive plate 26 also has a number of holes for threaded electrical connection with negative power terminals 23 of the capacitors 2. The control system 20 with components and control circuits is located under the drivers 4 of the power semiconductor transistor-diode modules 1 in the shielded part of the power electronics compartment 18 (Fig. 3 ) and has a minimum length of control circuits for switching transistors of semiconductor modules 1.

Преобразователь напряжения с охлаждаемой батареей конденсаторов функционирует следующим образом. Вследствие коммутации транзисторов полупроводниковых модулей 1 по заданному алгоритму осуществляется преобразование постоянного входного напряжения в переменное напряжение заданной величины и частоты для электропитания электрической нагрузки. В процессе работы тепловая энергия потерь в силовых полупроводниковых модулях 1 отводится охладителем 5, на котором установлены модули 1. Термостабилизация режима работы силовых фильтрующих конденсаторов 2 при работе преобразователя осуществляется за счет конвекционного движения нагретого воздуха через вентиляционные отверстия 17 в корпусе 16, а при недостаточной эффективности естественного охлаждения - за счет создаваемого вентиляторами 12 воздушного потока 27.The voltage Converter with a cooled capacitor bank operates as follows. Due to the switching of transistors of semiconductor modules 1 according to a predetermined algorithm, a constant input voltage is converted into alternating voltage of a given magnitude and frequency to power an electrical load. During operation, the heat energy of losses in the power semiconductor modules 1 is removed by a cooler 5, on which the modules are installed 1. Thermal stabilization of the operating mode of the power filtering capacitors 2 during operation of the converter is carried out due to convection movement of heated air through the ventilation holes 17 in the housing 16, and with insufficient efficiency natural cooling - due to the air flow 27 created by the fans 12.

Заявляемое изобретение отличают: эффективный отвод тепла от фильтрующих конденсаторов с использованием естественной конвекции и принудительного воздушного охлаждения; надежная герметизация отсека силовой электроники при минимальной длине герметизируемого стыка; унификация герметизирующих элементов для широкого типоразмерного ряда силовых конденсаторов; низкие значения активного сопротивления и индуктивности рассеяния силовых шин постоянного тока; минимально возможная длина цепей управления транзисторами; компактность конструкции преобразователя и эффективное использование свободного пространства в корпусе.The claimed invention is distinguished by: effective heat removal from filtering capacitors using natural convection and forced air cooling; reliable sealing of the power electronics compartment with a minimum length of the joint to be sealed; unification of sealing elements for a wide range of power capacitors; low values of active resistance and leakage inductance of DC busbars; the smallest possible length of transistor control circuits; compact design of the converter and efficient use of free space in the housing.

Claims

A voltage converter with a cooled condenser battery, characterized in that it contains a housing with two communicating compartments, the first of which is sealed, and the second is made with ventilation holes that provide natural convection, as well as the air flow generated by forced-air cooling fans installed in the housing, a number of power semiconductor transistor-diode modules mounted on a cooler and located in the first of the said compartments, drivers, control which are connected by switching semiconductor transistor-diode modules and located directly on the control terminals of the semiconductor transistor-diode modules, protective capacitors installed directly on the power terminals of the collector and emitter of each power semiconductor transistor-diode module, current and voltage feedback sensors installed on the output power tires in the first of these compartments, a series of filtering capacitors located in the second compartment, the power terminals of which go on one straight line and communicate with the first compartment of the power electronics through sealing sealing elements, the positive and negative power terminals of the capacitors are electrically connected respectively to the positive and negative DC power buses, made in the form of separate conductive plates isolated between each other, each of which has a number electrodes bent at right angles to the plane of the conductive plate and representing contact pads installed on directly on the power terminals of the semiconductor modules, the positive conductive plate has a number of holes for non-contact through passage of the negative power terminals of the capacitors, as well as the holes for the threaded electrical connection with the positive power terminals of the capacitors, and the negative conductive plate has a number of holes located coaxially with the positive power terminals of the capacitors moreover, the diameter of the said holes eliminates electrical contact between the conductive s plate and the power output capacitor, and a number of threaded holes for electrically connecting the negative power terminals of capacitors, a control system with components and control circuits, ensuring the formation and translation of control commands for the switching transistors.