RU87042U1

RU87042U1 - STATIC CONVERTER COOLING SYSTEM

Info

Publication number: RU87042U1
Application number: RU2009107829/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Поздняков; Игорь Владимирович Синявский; Юлия Алексеевна Прочанкина; Наталья Ивановна Петунина
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2009-09-20

Abstract

1. Система охлаждения статического преобразователя, состоящая из диаметрального (тангенциального) вентилятора и воздуховода прямоугольного сечения, имеющего жесткую конструкцию и образованного блоками съемных оребренных радиаторов, на внешней поверхности которых размещены силовые полупроводниковые приборы, имеющие тепловой контакт с ними, и элементы электрической схемы, расположенных вертикально в преобразователе, при этом к боковым сторонам воздуховода прикреплены крышки, обеспечивающие его герметичность, отличающаяся тем, что воздуховод расположен широкой стороной по глубине каркаса преобразователя и образован скрепленными между собой радиаторами с ребрами, предназначенными для рассеивания тепла, направленными друг к другу, поверхности которых образуют внутренние каналы для прохождения потока охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентилятором с длинным рабочим колесом, выполненным по всей ширине воздуховода для обеспечения равномерного распределения потока охлаждающего воздуха по всему сечению воздуховода. ! 2. Система охлаждения статического преобразователя по п.1, отличающаяся тем, что в преобразователе установлено N-воздуховодов.1. The cooling system of a static converter, consisting of a diametrical (tangential) fan and a rectangular duct, having a rigid structure and formed by blocks of removable finned radiators, on the outer surface of which are placed power semiconductor devices having thermal contact with them, and circuit elements located vertically in the converter, while on the sides of the duct are attached lids, ensuring its tightness, characterized in that in the duct is located on the wide side along the depth of the converter frame and is formed by radiators attached to each other with fins designed to dissipate heat, directed to each other, the surfaces of which form internal channels for the flow of cooling air, pumped by a fan with a long impeller, made across the entire width of the duct to ensure uniform distribution of the flow of cooling air throughout the cross section of the duct. ! 2. The cooling system of the static converter according to claim 1, characterized in that N-ducts are installed in the converter.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно: к статическим преобразователям напряжения в части конструирования его системы принудительного воздушного охлаждения. Может найти применение, в частности, для привода электроподвижного состава постоянного или переменного тока, предназначенного для питания электродвигателей, трансформаторов и других потребителей переменного тока.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely: to static voltage converters in terms of designing its forced air cooling system. It can be used, in particular, for the drive of electric rolling stock of direct or alternating current, designed to power electric motors, transformers and other consumers of alternating current.

Известен шкаф для станции управления электродвигателями (патент РФ №2239267). Шкаф снабжен устройством теплоотвода, содержащим воздуховод прямоугольного сечения, расположенный горизонтально внутри корпуса между его боковыми стенками, по крайней мере, одна из которых имеет окно, предназначенное для выхода охлаждающего воздуха из воздуховода, причем одна из вертикальных стенок воздуховода содержит радиатор, встроенный в воздуховод поверхностью, содержащей элементы, рассеивающие тепло, а внешняя поверхность радиатора предназначена для размещения элементов силовой аппаратуры, при этом противоположная радиатору стенка воздуховода является частью задней стенки корпуса, на которой расположен отсек с блоком вентиляции, сообщающийся с воздуховодом через отверстие, выполненное в стенке корпуса.Known cabinet for a control station for electric motors (RF patent No. 2239267). The cabinet is equipped with a heat sink device containing a rectangular duct located horizontally inside the housing between its side walls, at least one of which has a window for cooling air to exit the duct, one of the vertical walls of the duct containing a radiator integrated into the duct containing elements that dissipate heat, and the outer surface of the radiator is designed to accommodate elements of power equipment, while the opposite to the radiator the wall of the duct is part of the rear wall of the housing, on which there is a compartment with a ventilation unit, communicating with the duct through an opening made in the wall of the housing.

Недостатком данной конструкции системы охлаждения является использование осевых вентиляторов, что ведет к неравномерности распределения воздушного потока в воздуховоде. Так же воздуховод располагается горизонтально по ширине конструктива, что приводит к значительному увеличению габаритов и количества вентиляторов при увеличении количества выходных каналов. Выход охлаждающего воздуха осуществляется с боков шкафа, что не приемлемо для электроподвижного состава.The disadvantage of this design of the cooling system is the use of axial fans, which leads to uneven distribution of air flow in the duct. Also, the duct is located horizontally across the width of the structure, which leads to a significant increase in the size and number of fans with an increase in the number of output channels. The cooling air outlet is from the sides of the cabinet, which is not acceptable for electric rolling stock.

Известен преобразователь вспомогательных цепей электровозов серии ЕА 3000 железных дорог Дании (обзорная информация ЦНИИиТЭИ МПС серии «Локомотивы и локомотивное хозяйство Ремонт локомотивов» выпуск 1-2 1999 г.), конструкция которого спроектирована специально для тягового привода и основана на модульном принципе. В состав преобразователя входят следующие функциональные узлы: вентилятор внутренней части конструкции, этаж электронных цепей управления, главный вентилятор, теплообменники, радиаторы охлаждения, модуль инвертора, модуль двухквадрантного преобразователя, модуль дроссельно-конденсаторного оборудования. Воздуховод располагается вертикально по ширине конструктива и образован плитами радиаторов модулей и задней стенкой преобразователя.The known converter for auxiliary circuits of electric locomotives of the EA 3000 series of Danish railways (overview information TsNIIiTEI MPS series “Locomotives and Locomotive Repair Locomotive Repair” issue 1-2, 1999), the design of which is designed specifically for traction drive and is based on the modular principle. The converter includes the following functional units: a fan of the internal part of the structure, a floor of electronic control circuits, a main fan, heat exchangers, cooling radiators, an inverter module, a two-quadrant converter module, and a choke-condenser equipment module. The duct is located vertically across the width of the structure and is formed by the radiator plates of the modules and the rear wall of the converter.

Недостатком данной конструкции системы охлаждения является использование радиального вентилятора, что ведет к неравномерности распределения воздушного потока в воздуховоде. Так же воздуховод располагается по ширине конструктива, имеет перегиб и изменение сечения, что приводит к дополнительным потерям давления и к значительному увеличению габаритов и количества вентиляторов при увеличении количества выходных каналов.The disadvantage of this design of the cooling system is the use of a radial fan, which leads to uneven distribution of air flow in the duct. Also, the duct is located across the width of the construct, has an inflection and a change in cross-section, which leads to additional pressure losses and to a significant increase in size and number of fans with an increase in the number of output channels.

По совокупности признаков, наиболее близким аналогом предлагаемой конструкции системы охлаждения является система охлаждения преобразователя собственных нужд ПСН-169 электровоза ЭП200 (Электровозостроение: Сб. науч. Тр / ОАО «Всерос. Н.-и. и проекно-конструкт. Ин-т электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИ»); Редкол.: Л.Н, Сорин (гл. ред.) и др. - Новочеркасск, 2002. - Т.44, стр.250-251). Конструкция преобразователя спроектирована специально для тягового привода и основана на модульном принципе. В ее состав входят следующие функциональные узлы: диаметральный вентилятор, модули автономного инвертора напряжения (АИН), модуль импульсного преобразователя напряжения (ИПН) и выпрямителя. Шкаф преобразователя выполнен как самонесущая конструкция, внутри которой по всей высоте находится вертикально расположенный воздуховод. Внутри воздуховода расположены радиаторы охлаждения модулей АНН, ИПН и выпрямителя. Воздуховод, так же как и в преобразователе вспомогательных цепей электровозов серии ЕА 3000, располагается вертикально по ширине конструктива и образован плитами радиаторов охлаждения модулей и задней стенкой преобразователя.According to the totality of features, the closest analogue of the proposed design of the cooling system is the cooling system of the auxiliary converter PSN-169 of the EP200 electric locomotive (Electric locomotive: Sat. scientific. Tr / JSC "All-Russian. N.-I. and design-construction. Institute of electric locomotive" (OJSC "VELNII"); Editorial board: L.N., Sorin (chap. Ed.), Etc. - Novocherkassk, 2002. - T.44, p. 250-251). The design of the inverter is designed specifically for traction drive and is based on a modular principle. It consists of the following functional units: diametrical fan, modules of an autonomous voltage inverter (AIN), a module of a pulse voltage converter (IPN) and a rectifier. The converter cabinet is designed as a self-supporting structure, inside of which a vertically located duct is located over the entire height. Inside the duct there are cooling radiators for ANN, IPN and rectifier modules. The air duct, as well as in the converter of auxiliary circuits of electric locomotives of the EA 3000 series, is located vertically along the width of the structure and is formed by plates of radiators for cooling the modules and the rear wall of the converter.

Недостатком конструкции системы охлаждения преобразователя является расположение воздуховода по ширине конструктива, что приводит к значительному увеличению габаритов и количества вентиляторов при увеличении количества выходных каналов.The disadvantage of the design of the converter cooling system is the location of the duct along the width of the construct, which leads to a significant increase in size and number of fans with an increase in the number of output channels.

Задачей полезной модели является уменьшение габаритов преобразователя, повышение плотности компоновки, расширение эксплуатационных возможностей, увеличение эффективности охлаждения полупроводниковых приборов и уменьшение количества вентиляторов при увеличении количества выходных каналов.The objective of the utility model is to reduce the size of the converter, increase the density of the layout, expand operational capabilities, increase the cooling efficiency of semiconductor devices and reduce the number of fans with an increase in the number of output channels.

Поставленная задача решается тем, что система охлаждения статического преобразователя, состоит из диаметрального (тангенциального) вентилятора и воздуховода прямоугольного сечения, имеющего жесткую конструкцию, расположенного вертикально в преобразователе и образованного блоками съемных оребренных радиаторов, к боковым сторонам которого прикреплены крышки, обеспечивающие его герметичность. На внешней поверхности радиаторов размещены силовые полупроводниковые приборы, имеющие тепловой контакт с радиаторами и другие элементы электрической схемы. Система охлаждения выполнена с отличиями: она скомпонована так, что воздуховод расположен широкой стороной по глубине каркаса преобразователя и образован скрепленными между собой радиаторами с ребрами, рассеивающими тепло, направленными друг к другу. Поверхности ребер образуют внутренние каналы для прохождения потока охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентилятором с длинным рабочим колесом, выполненным по всей ширине воздуховода для обеспечения равномерного распределения потока охлаждающего воздуха, по всему сечению воздуховода увеличивая тем самым, эффективность охлаждения.The problem is solved in that the cooling system of the static converter consists of a diametrical (tangential) fan and a rectangular duct with a rigid structure, located vertically in the converter and formed by blocks of removable finned radiators, to the sides of which are attached covers that ensure its tightness. On the outer surface of the radiators are placed power semiconductor devices having thermal contact with radiators and other elements of the electrical circuit. The cooling system is made with differences: it is arranged so that the duct is located on the wide side along the depth of the transducer frame and is formed by radiators attached to each other with fins that dissipate heat, directed towards each other. The surface of the ribs form internal channels for the passage of the cooling air flow, pumped by a fan with a long impeller made across the entire width of the duct to ensure uniform distribution of the flow of cooling air, over the entire cross section of the duct, thereby increasing cooling efficiency.

Положительный эффект: уменьшение габаритов и повышение плотности компоновки преобразователя, повышение эффективности охлаждения полупроводниковых приборов, уменьшение количества вентиляторов при увеличении количества выходных каналов достигается за счет компоновки радиаторов, расположения воздуховода в каркасе преобразователя и применения вентилятором с длинным рабочим колесом, выполненным по всей ширине воздуховода.Positive effect: reducing the dimensions and increasing the density of the converter layout, increasing the cooling efficiency of semiconductor devices, reducing the number of fans with an increase in the number of output channels is achieved by arranging radiators, arranging the duct in the converter frame and using a fan with a long impeller made over the entire width of the duct.

На фиг.1 - система охлаждения статического преобразователя;Figure 1 - cooling system of the static Converter;

на фиг.2 - расположение системы охлаждения в каркасе статического преобразователя (вид сверху);figure 2 - the location of the cooling system in the frame of the static Converter (top view);

на фиг.3 - устройство воздуховода системы охлаждения статического преобразователя (фрагмент фиг.2);figure 3 - the device duct of the cooling system of the static Converter (fragment of figure 2);

на фиг.4 - система охлаждения статического преобразователя с двумя воздуховодами.figure 4 - cooling system of the static Converter with two ducts.

Система охлаждения статического преобразователя (фиг.1), состоит из: диаметрального (тангенциального) вентилятора 1 с длинным рабочим колесом 2, выполненным по всей ширине воздуховода 3 прямоугольного сечения, имеющего жесткую конструкцию, расположенного вертикально в преобразователе 4 и образованного блоками съемных оребренных радиаторов, выполненных из алюминиевых сплавов, на внешней поверхности которых размещены силовые полупроводниковые приборы 5 имеющие тепловой контакт с радиаторами и другие элементы 6 электрической схемы: драйверы, блоки питания, конденсаторы, резисторы и т.д. К боковым сторонам воздуховода прикреплены крышки 7, обеспечивающие его герметичность. Воздуховод 3 (фиг.2) расположен широкой стороной по глубине каркаса 4 преобразователя и образован скрепленными между собой плитами радиаторов 8. Ребра 9 (фиг.3), рассеивающие тепло, направлены друг к другу, поверхности ребер образуют внутренние каналы 10 для прохождения потока охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентилятором.The cooling system of the static converter (Fig. 1) consists of: a diametrical (tangential) fan 1 with a long impeller 2, made across the entire width of the rectangular duct 3, having a rigid structure, located vertically in the converter 4 and formed by blocks of removable finned radiators, made of aluminum alloys, on the outer surface of which are placed power semiconductor devices 5 having thermal contact with radiators and other elements 6 of the electrical circuit: ry, power supplies, capacitors, resistors, etc. Covers 7 are attached to the lateral sides of the duct to ensure its tightness. The air duct 3 (Fig. 2) is located on the wide side along the depth of the transducer frame 4 and is formed by radiator plates 8. The fins 9 (Fig. 3), which dissipate heat, are directed towards each other, the surface of the fins form internal channels 10 for the passage of the cooling stream air pumped by the fan.

На фиг.4 показана конструкция системы охлаждения статического преобразователя с увеличенным количеством выходных каналов, состоящая из двух диаметральных вентиляторов 1, двух воздуховодов 3, расположенных вертикально в преобразователе 4, к боковым сторонам воздуховодов 3 прикреплены крышки 7, обеспечивающие его герметичность. Воздуховод 3 образован блоками съемных оребренных радиаторов 8, выполненных из алюминиевых сплавов, на внешней поверхности которых размещены силовые полупроводниковые приборы 5 имеющие тепловой контакт с радиаторами 8 и другие элементы 6 электрической схемы.Figure 4 shows the design of the cooling system of a static converter with an increased number of output channels, consisting of two diametrical fans 1, two air ducts 3 located vertically in the converter 4, lids 7 are attached to the sides of the air ducts 3 to ensure its tightness. Air duct 3 is formed by blocks of removable finned radiators 8 made of aluminum alloys, on the outer surface of which are placed power semiconductor devices 5 having thermal contact with radiators 8 and other elements 6 of the electrical circuit.

Тем самым, система охлаждения статического преобразователя на фиг.1 и фиг.4, позволяет за счет перекомпоновки и расположения воздуховодов уменьшить габариты преобразователя, повысить плотность компоновки, увеличить эффективность охлаждения полупроводниковых приборов за счет вентилятора с длинным рабочим колесом, выполненным по всей ширине воздуховода и обеспечивающего равномерное распределение потока охлаждающего воздуха по всему сечению воздуховода и уменьшить количество применяемых диаметральных вентиляторов при увеличении количества выходных каналов.Thus, the cooling system of the static converter in figure 1 and figure 4, due to the rearrangement and arrangement of the ducts, reduce the dimensions of the converter, increase the density of the layout, increase the cooling efficiency of semiconductor devices due to the fan with a long impeller made over the entire width of the duct and providing an even distribution of the cooling air flow over the entire cross section of the duct and to reduce the number of diametrical fans used with increasing number Features of output channels.

Заявленная конструкция системы охлаждения статического преобразователя, сохраняя положительные качества приведенных в описании аналогов, обеспечивает, по сравнению с ними уменьшение габаритов и повышение плотности компоновки преобразователя, повышение эффективности охлаждения полупроводниковых приборов, уменьшение количества вентиляторов за счет компоновки и расположения воздуховода в каркасе преобразователя.The claimed design of the cooling system of the static converter, while maintaining the positive qualities of the analogues described in the description, provides, in comparison with them, reducing the dimensions and increasing the density of the layout of the converter, increasing the cooling efficiency of semiconductor devices, reducing the number of fans due to the layout and location of the duct in the converter frame.

Claims

1. The cooling system of a static converter, consisting of a diametrical (tangential) fan and a rectangular duct, having a rigid structure and formed by blocks of removable finned radiators, on the outer surface of which are placed power semiconductor devices having thermal contact with them, and circuit elements located vertically in the converter, while on the sides of the duct are attached lids, ensuring its tightness, characterized in that in the duct is located on the wide side along the depth of the converter frame and is formed by radiators attached to each other with fins designed to dissipate heat, directed to each other, the surfaces of which form internal channels for the flow of cooling air, pumped by a fan with a long impeller, made across the entire width of the duct to ensure uniform distribution of the flow of cooling air throughout the cross section of the duct.

2. The cooling system of the static converter according to claim 1, characterized in that N-ducts are installed in the converter.