Воздушный охладитель для силовых полупроводниковых приборов (варианты)
Вариант 1. Область применения: силовая преобразовательная техника в электротехнической промышленности. Техническим результатом полезной модели является увеличение усилия сжатия в охладителе при заданных габаритных размерах. Сущность полезной модели заключается в конструкции воздушного охладителя, состоящей из двух теплоотводов с разветвленной поверхностью. В основании каждого теплоотвода проделан паз с четырьмя сквозными отверстиями, в которые вставлены болты, попарно направленные в разные стороны относительно симметрии. Теплоотводы прижаты к полупроводниковому прибору через токопроводящие шины с помощью траверс, надетых на резьбовые концы болтов и прижатых с помощью гаек через опоры.
Вариант 2. Область применения: силовая преобразовательная техника в электротехнической промышленности. Техническим результатом полезной модели является увеличение усилия сжатия в охладителе при заданных габаритных размерах. Сущность полезной модели заключается в конструкции воздушного охладителя, состоящей из двух теплоотводов с разветвленной поверхностью. В основании каждого теплоотвода проделан паз с четырьмя сквозными отверстиями, в которые вставлены болты, направленные в одну сторону. Теплоотводы прижаты к полупроводниковому прибору через токопроводящие шины с помощью траверс, надетых на резьбовые концы болтов и прижатых с помощью гаек через опоры.
Полезная модель относится к области силовых полупроводниковых приборов и может быть использована в преобразователях электрической энергии широкого применения.
Известна конструкция охладителей воздушной системы охлаждения силовых полупроводниковых приборов [1] состоящая из двух теплоотводов, полученных методом прессования из алюминиевого сплава, представляющих монолитную конструкцию в виде основания и разветвленных ребер. В каждом теплоотводе изготовлен продольный паз шириной 42 мм с двумя сквозными отверстиями. Теплоотводы через токовыводы прижаты к основанию таблеточного прибора с двух сторон с помощью системы прижима, состоящей из двух болтов, вставленных в отверстия и траверсы, которая прижимает таблеточный прибор к теплоотводу через сферическую опору с помощью двух гаек. Изоляция болтов от теплоотвода осуществляется с помощью чашечно-образных изоляторов, надетых на головки болтов и размещенных в пазу теплоотвода.
Данная конструкция охладителя имеет высокую механическую прочность и достаточно хорошие аэродинамические характеристики. Однако из-за относительно широкого продольного паза уменьшена площадь поверхности охлаждения теплоотводов.
Наиболее близким для обоих вариантов является конструкция воздушного охладителя [2] для силовых полупроводниковых приборов, состоящая из двух теплоотводов с разветвленной поверхностью. В каждом теплоотводе выполнен продольный паз с двумя сквозными отверстиями. Теплоотводы прижаты к полупроводниковому прибору через токовыводы с помощью армированных болтов, вставленных в отверстия и траверсу, надетую на болты
co стороны резьбы и прижатую к теплоотводу через сферическую опору с помощью гаек.
Использование армированных болтов позволило уменьшить ширину паза на 25% до величины 32 мм для охладителей под приборы с контактной поверхностью 
55 мм и обеспечить необходимое усилие сжатия 28000Н с помощью болтов M12 и траверсы сечением (25×16) мм 2.
Однако для приборов с контактной поверхностью 76 мм необходимы усилия порядка 50000Н. Для создания таких усилий в известной конструкции охладителя необходимо использовать болты и траверсы большего размера и, соответственно, увеличенного размера ширины продольных пазов в теплоотводах, что ухудшает тепловые характеристики охладителя. Кроме того, усложняется процесс сборки вследствии необходимости приложения очень больших усилий к гайкам.
Целью технического решения для обоих вариантов является увеличение усилий сжатия, прикладываемых к полупроводниковому прибору, при сохранении тепловых характеристик охладителя.
Поставленная цель в варианте 1 достигается за счет того, что охладитель воздушной системы охлаждения для силовых полупроводниковых приборов, состоящий из двух теплоотводов с разветвленной поверхностью, в каждом теплоотводе выполнен продольный паз с четырьмя сквозными отверстиями. Теплоотводы прижаты к полупроводниковому прибору через токовыводы с помощью вставленных в отверстия сначала основной пары армированных болтов, на которые со стороны резьбы надета траверса, прижимаемая к теплоотводу через опору с помощью гаек, а затем с помощью другой пары армированных болтов, вставленных в противоположном направлении к основным, на которые со стороны резьбы надета другая траверса, прижимаемая к теплоотводу через дополнительную опору с помощью гаек.
В варианте 2 поставленная цель достигается за счет того, что охладитель воздушной системы охлаждения для силовых полупроводниковых приборов,
состоящий из двух теплоотводов с разветвленной поверхностью, в каждом теплоотводе выполнен продольный паз с четырьмя сквозными отверстиями. Теплоотводы прижаты к полупроводниковому прибору через токовыводы с помощью вставленных в отверстия сначала основной пары армированных болтов, на которые со стороны резьбы надета траверса, прижимаемая к теплоотводу через опору с помощью гаек, а затем с помощью другой пары армированных болтов, вставленных в том же направлении, что и основные, на которые со стороны резьбы надета другая траверса, прижимаемая к теплоотводу через дополнительную опору с помощью гаек.
На фиг.1 показано сечение охладителя по варианту 1 с разнонаправленным расположением болтов, на фиг.2 показан этот же охладитель сбоку.
На фиг.3 показано сечение охладителя по варианту 2 с однонаправленным расположением болтов, на фиг.4 показан этот же охладитель сбоку.
Примеры конкретного исполнения рассмотрим на конструкции охладителей для диодов серии Д173-4000 с диаметром контактной поверхности 76 мм.
Пример варианта 1. Охладитель фиг.1 и фиг.2 состоит из нижнего 1 и верхнего 2 теплоотводов с разветвленной поверхностью, в каждом из которых предварительно изготавливается продольный паз 3 и 4 и в нем четыре сквозных отверстия. Два армированных болта 5 и 6 вставляются в ближайшие от вертикальной оси отверстия нижнего теплоотвода, на котором устанавливаются последовательно токовывод 7, силовой полупроводниковый диод 8 и токовывод 9. Затем на болты 5 и 6 надевается теплоотвод 2, к которому траверсой 10 прижимается опора 11. Усилие сжатия создается постепенным поочередным завертыванием верхних гаек 12 и 13, через 1/2 оборота с периодическим контролем величины погиба траверсы 10. При достижении определенного значения величины прогиба траверсы затяжка гаек прекращается.
После этого в дальние от вертикальной оси отверстия теплоотводов 1 и 2 вставляются следующие два армированных болта 14 и 15 в направлении, противоположном первой пары болтов. На болты 14 и 15 надевается траверса 16, прижимая опору 17 к теплоотводу 1 с помощью гаек 18 и 19. Затяжка гаек и контроль прогиба траверсы осуществляется аналогично, как и при затяжке первой пары гаек.
Пример варианта 2. Охладитель фиг.3 и фиг.4 состоит из двух теплоотводов 1 и 2 с разветвленной поверхностью, в каждом из которых предварительно изготавливается продольный паз 3 и 4 и четыре сквозных отверстия. Затем армированные болты 5, 6, 7, 8 вставляются в нижний теплоотвод 1, на который устанавливаются последовательно токовывод 9, силовой полупроводниковый диод 10 и токовывод 11. Затем на болты надевается теплоотвод 2, к которому траверсой 12 прижимается опора 13. Усилие сжатия создается постепенным поочередным завертыванием гаек 14 и 15 через 1/2 оборота с периодическим контролем величины прогиба траверсы 12 и при достижении определенного значения затяжка гаек прекращается.
После этого на траверсу 12 устанавливается дополнительная опора 16, которая прижимается траверсой 17 с помощью гаек 18 и 19.
Порядок завертывания гаек и контроль изгиба траверсы 17 осуществляется аналогично, как и при затяжке первой пары гаек.
В данных конструкциях может быть создано усилие порядка 50000 Н, необходимое для нормальной работы силового диода с контактной поверхностью 76 мм при тех же размерах болтов M12, сечения траверс (25×16) мм2 и ширины продольного паза 32 мм, и тех же усилиях затяжки болтов, как и у прототипа.
В таком виде сборка размешается в корпусе преобразователя, в котором к токовыводам подается внешнее электрическое напряжение.
B некоторых конкретных случаях для более гибкого регулирования усилий сжатия на прибор вместо одной траверсы с каждой стороны могут быть использованы две и более траверс, при этом геометрические размеры теплоотводов остаются неизменными.
Источники информации
[1] Технические условия ТУ 16-729.377-83
Охладители воздушной системы охлаждения силовых полупроводниковых приборов.
Введены в действие 3 мая 1983 года, стр.33а.
[2] Каталог ЗАО «Протон-Электротекс» 2003-2004 г.г., г.Орел, стр.30, рис.43.
1. Воздушный охладитель для силовых полупроводниковых приборов, состоящий из двух теплоотводов с разветвленной поверхностью, в каждом из которых выполнен продольный паз с двумя сквозными отверстиями, теплоотводы прижаты к полупроводниковому прибору через токовыводы с помощью вставленных в отверстия армированных болтов, на которые со стороны резьбы надета траверса, прижимаемая к теплоотводу через опору с помощью гаек, отличающийся тем, что в пазах каждого теплоотвода дополнительно проделаны два сквозных отверстия, в которые вставлена вторая пара армированных болтов в направлении, противоположном основным и на которые со стороны резьбы надета дополнительная траверса, прижимаемая к теплоотводу через дополнительную опору с помощью гаек.
2. Воздушный охладитель для силовых полупроводниковых приборов, состоящий из двух теплоотводов с разветвленной поверхностью, в каждом из которых выполнен продольный паз с двумя сквозными отверстиями, теплоотводы прижаты к полупроводниковому прибору через токовыводы с помощью вставленных в отверстия армированных болтов, на которые со стороны резьбы надета траверса, прижимаемая к теплоотводу через опору с помощью гаек, отличающийся тем, что в пазах каждого теплоотвода дополнительно проделаны два сквозных отверстия, в которые вставлены дополнительные болты в направлении, что и основные болты, на которые со стороны резьбы надета дополнительная траверса, прижимаемая к основной траверсе через дополнительную опору с помощью гаек.
