Силовой полупроводниковый модуль для статических преобразователей

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике и используется при конструировании силовых блоков статических преобразователей, предназначенных для питания электродвигателей в различных отраслях народного хозяйства, например, для раздельного питания тяговых электродвигателей постоянного тока магистральных тепловозов, для питания мощных выпрямительных установок, предназначенных для питания устройств электролиза в цветной металлургии и химической промышленности. Силовой полупроводниковый модуль для статических преобразователей содержит монтажное изолирующее средство с основной опорной пластиной, с которой соединены установленные с зазором параллельно друг другу два охлаждающих радиатора, каждый из которых имеет теплопринимающую поверхность и теплоотдающие ребра, а также установленные в упомянутом зазоре две шины, свободные концы которых пропущены в щелевые отверстия основной опорной пластины, а между зажимающими противоположными концами шин размещен силовой тиристор в корпусе-таблетке. Оригинальная конструкция силового полупроводникового модуля позволила повысить эксплуатационные и технико-экономические показатели. 1 н.п.ф.

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике и используется при конструировании силовых блоков статических преобразователей, предназначенных для питания электродвигателей в различных отраслях народного хозяйства, например, для раздельного питания тяговых электродвигателей постоянного тока магистральных тепловозов, для питания мощных выпрямительных установок, предназначенных для питания устройств электролиза в цветной металлургии и химической промышленности.

Конструкции силовых полупроводниковых модулей для статических преобразователей достаточно известны.

Так, известен силовой блок для статических преобразователей [1], содержащий каркас с передней и задней панелями, два силовых тиристора с охладителями и с анодными и катодными шинами с отверстиями, плату на задней панели с разъемом управления и силовым разъемом, элементы электрического соединения силового разъема с шинами силовых тиристоров, панель RC-цепочек, мнемосхему на панели и выходные каскады управления силовыми тиристорами.

Недостатком известного силового блока для статических преобразователей является усложненная и дорогостоящая конструкция силового блока, обусловленная наличием дорогостоящих элементов конструкции. Кроме того, в данной конструкции недостаточно эффективное охлаждение силовых полупроводниковых приборов, приводящее к снижению надежности эксплуатации конструкции и частому возникновению аварийных ситуаций.

Более надежным по конструкции и наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является силовой полупроводниковый блок [2], выбранный в качестве прототипа.

Данный силовой полупроводниковый блок содержит изолирующую несущую панель с прикрепленным к ней полупроводниковым прибором таблеточного типа и охладитель, при этом панель выполнена неразборной П-образной формы с уплотняющими выступами-ограничителями. Недостатком данной конструкции силового блока является ненадежность в эксплуатации, обусловленная низкой механической прочностью конструкции несущей панели. В процессе эксплуатации эта панель быстро разрушается, например, трескается вдоль центральной оси и ломается в этом месте. Это может привести к аварийной ситуации, например, пожару. Кроме того, в данной конструкции не обеспечено эффективное охлаждение поверхностей полупроводникового прибора, поскольку охлаждающий воздух рассеивается в щели различных отверстий. Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, состоит в создании конструкции силового полупроводникового модуля для статических преобразователей, отличающейся от известных достаточно высокой степенью защиты от аварийных ситуаций в дорожных условиях эксплуатации посредством предотвращения утечек воздуха, снижающих эффективность охлаждения силового тиристора и увеличение механической прочности конструкции элементов силового полупроводникового модуля. При этом должно быть обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:

- улучшение технических и эксплуатационных характеристик;

- повышение механической прочности конструкции элементов силового полупроводникового модуля;

- высокая надежность;

- возможность применения на движущихся объектах;

- возможность эксплуатации в широком диапазоне климатических условий;

- длительный безаварийный срок службы;

- повышение эффективности охлаждения. Предлагается силовой полупроводниковый модуль для статических преобразователей, содержащий монтажное изолирующее средство с двумя дополнительными и одной основной опорной пластиной, с которой соединены установленные с зазором параллельно друг другу два охлаждающих радиатора, каждый из которых имеет теплопринимающую поверхность и теплоотдающие ребра, а также установленные в упомянутом зазоре две шины, свободные концы которых пропущены в щелевые отверстия основной опорной пластины, а между зажимающими противоположными концами шин размещен силовой полупроводниковый прибор (тиристор, диод) в корпусе-таблетке. Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что силовой полупроводниковый модуль для статических преобразователей снабжен платой формирования импульсов управления силовым полупроводниковым прибором и дополнительными первой и второй опорными пластинами, установленными под радиаторами поверх основной опорной пластины, при этом первая дополнительная опорная пластина выполнена из пластического материала, например, резины, а вторая дополнительная опорная пластина выполнена из материала с повышенной электрической и механической прочностью, например, стеклотекстолита, а монтажное изолирующее средство выполнено в виде коробки с основанием в виде трех упомянутых основной, первой и второй дополнительных опорных пластин и с фигурными боковыми сторонами, из которых две первые противолежащие стороны выполнены в виде фигурного коромысла с трапециедальным вырезом, обращенными наружу, а две другие противолежащие стороны снабжены угловыми наружными фиксаторами, причем зажимающие концы упомянутых шин закреплены на радиаторах, а плата формирования импульсов управления силовым тиристором размещена на стойках, установленных на внутренней поверхности основной опорной пластины монтажного изолирующего средства.

Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся

признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого изобретения.

Техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется, например, для питания тяговых двигателей электровозов. Сущность заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:

- фиг.1 - общий вид (вид спереди) силового полупроводникового модуля для статических преобразователей;

- фиг.2 - вид А на фиг.1 - на монтажное изолирующее средство;

- фиг.3 - общий вид (вид сбоку) силового полупроводникового модуля для статических преобразователей;

- фиг.4 - аксонометрическое изображение монтажного изолирующего средства.

Силовой полупроводниковый модуль для статических преобразователей содержит (см. фиг.1-4) монтажное изолирующее средство 1, два охлаждающих радиатора 2, две шины 3, силовой полупроводниковый прибор 4, плату формирования импульсов управления силовым полупроводниковым прибором 5. Монтажное изолирующее средство 1 выполнено в виде коробки 6 с трехслойным основанием, включающим следующие элементы: основная опорная пластина 7 и две дополнительные -первая 8 и вторая 9 опорные пластины. Основная опорная пластина 7 выполнена из диэлектрического пластического материала, например, пресс-материал АГ-48, ГОСТ 20437-89. Первая 8 опорная пластина выполнена из эластичного упругого материала, например, резины. Вторая 9 опорная пластина выполнена из материала с повышенной электрической, диэлектрической и механической прочностью, например, стеклотексталита.

Боковые фигурные стороны 10 упомянутой коробки 6 выполнены следующим образом. Две первые противолежащие стороны выполнены в виде фигурного коромысла 11 с трапециедальным вырезом 12, обращенными наружу. Две

другие противолежащие стороны снабжены угловыми фиксаторами 13, которые имеют отверстия 14 для крепления с соседними силовыми полупроводниковыми модулями в статическом преобразователе (см. фиг.4) На монтажном изолирующем средстве 1 на внешней стороне основания коробки 6 установлены с зазором 15 параллельно друг другу два охлаждающих радиатора 2. Каждый охлаждающий радиатор 2 имеет теплопринимающую поверхность 16 и теплоотдающие ребра 17. Первая 8 и вторая 9 опорные пластины установлены под охлаждающими радиаторами 2 поверх основной опорной пластины 7 (см. фиг.1-4).

В зазоре 15 установлены две шины 3, свободные концы которых пропущены в щелевые отверстия 18 основной опорной пластины 7. Зажимающие концы шин 3 закреплены на охлаждающих радиаторах 2. Между зажимающими противоположными концами шин 3 размещен силовой полупроводниковый прибор, например, тиристор 4 в корпусе-таблетке. Также в качестве силового полупроводникового тиристора может быть использован силовой диод (см. фиг.1).

Плата формирования импульсов 5 для управления силовым полупроводниковым прибором 4 размещена на стойках 19, установленных на внутренней поверхности основной опорной пластины 7 монтажного изолирующего средства 1 (см. фиг.1-2).

Силовой полупроводниковый модуль используют следующим образом. Силовой полупроводниковый модуль включают в конструкцию силового полупроводникового преобразовательного агрегата (на фиг. не показан). Подключают электрические соединения и подключают к сети (на фиг. не показан). В процессе работы нагреваются плоские поверхности полупроводникового прибора 4, тепло принимает теплопринимающие поверхности радиатора 2, которые передают его к теплоотдающим ребрам. Поток воздуха удаляет тепло во внешнюю среду. Эффективность охлаждения обеспечивается конструктивным решением (в частности, наличием дополнительным резиновым основанием) исключающим рассеивание потока воздуха по щелям. т.е. поток воздуха целенаправленно движется по воздушному каналу к радиатору и выносит тепло наружу.

Предлагаемая конструкция силового полупроводникового модуля отличается от известных высокой степенью защиты от аварийных ситуаций в сложных дорожных условиях благодаря наличию элементов, обеспечивающих управляемость процессами выработки потоков тепла и холода, повышением эффективности охлаждения за счет исключения не желаемых утечек воздуха сквозь крепежные отверстия. При этом достигнуты следующие технико-экономические результаты:

- улучшение технических и эксплуатационных характеристик;

- повышение механической прочности конструкции элементов силового полупроводникового модуля;

- высокая надежность;

- возможность применения на движущихся объектах;

- возможность эксплуатации в широком диапазоне климатических условий;

- длительный безаварийный срок службы;

- повышение эффективности охлаждения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ОПИСАНИИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:

1. Силовой блок для статических преобразователей.

Патент РФ №2047950, М. кл. Н 05 К⁵/ ₀₀, H 01 L²⁵/₀₀ , 10.11.1995

2. Силовой полупроводниковый блок.

Патент РФ №1572350, М. кл. Н 01 L ¹/ ₀₀, 18.04.2003 (ПРОТОТИП).

Силовой полупроводниковый модуль для статических преобразователей, содержащий монтажное изолирующее средство с основной опорной пластиной, с которой соединены установленные с зазором параллельно друг другу два охлаждающих радиатора, каждый из которых имеет теплопринимающую поверхность и теплоотдающие ребра, а также установленные в упомянутом зазоре две шины, свободные концы которых пропущены в щелевые отверстия основной опорной пластины, а между зажимающими противоположными концами шин размещен силовой тиристор в корпусе-таблетке, отличающийся тем, что он снабжен платой формирования импульсов управления силовым тиристором и дополнительными первой и второй опорными пластинами, установленными под радиаторами поверх основной опорной пластины, при этом первая опорная пластина выполнена из пластического материала, например, резины, а вторая опорная пластина выполнена из материала с повышенной электрической и механической прочностью, например, стеклотекстолита, а монтажное изолирующее средство выполнено в виде коробки с основанием в виде трех упомянутых основной, первой и второй опорных пластин и с фигурными боковыми сторонами, из которых две первые противолежащие стороны выполнены в виде фигурного коромысла с трапецеидальным вырезом, обращенными наружу, а две другие противолежащие стороны снабжены угловыми наружными фиксаторами, причем зажимающие концы упомянутых шин закреплены на радиаторах, а плата формирования импульсов управления силовым тиристором размещена на стойках, установленных на внутренней поверхности основной опорной пластины монтажного изолирующего средства.