Охладитель для силовых полупроводниковых приборов

Область применения: в полупроводниковых преобразователях электрической энергии. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции и технологии сборки охладителя, а также расширение функциональных возможностей. Сущность полезной модели заключается в конструкции охладителя, состоящим из основания с закрепленными на нем направляющими на котором расположен силовой полупроводниковый прибор, к каждой стороне которого прижат теплоотвод с помощью прижимного устройства, которое представляет собой несколько траверс надетых крестообразно на направляющие и сжатых с помощью гаек, причем, каждая траверса опирается на опору.

Полезная модель относится к области производства силовых полупроводниковых приборов и может быть использована в преобразователях электрической энергии широкого назначения.

Известно техническое решение [1], состоящее из основания с закрепленными на нем двумя шпильками. На основании обычно устанавливают полупроводниковую сборку, состоящую из полупроводникового прибора, с каждой стороны от которого размещены теплоотвод и токовывод. Сборка электрически изолирована от металлических деталей и прижата к основанию с помощью прижимного устройства, которое состоит из планки и прижимного узла, включающего опорный болт с надетыми на него тарельчатыми пружинами и прижатого к планке с помощью гайки.

Недостатком, этой конструкции является то, что при использовании полупроводниковых приборов больших размеров, необходимо создавать значительные усилия на шпильки и гайки, что снижает надежность конструкции в процессе эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением является охладитель для силовых полупроводниковых приборов [2], состоящий из основания, в котором по углам квадрата закреплены четыре шпильки, используемые в качестве направляющих для перемещения прижимного устройства, включающего планку с отверстиями для шпилек и закрепленного в ней прижимного узла. Прижимной узел состоит из опорного болта вставленного в центральное отверстие планки с надетыми на него тарельчатыми пружинами и прижатого к планке с помощью гайки через индикаторную шайбу. Планка надевается на шпильки и стягивается

четырьмя гайками

Данное устройство при известных достоинствах имеет свои недостатки. Одним из основных является необходимость предварительной тарировки прижимного узла в сборе с планкой на конкретное значение усилие сжатия. Эта операция проводится на отдельном стенде, который должен обеспечивать сжатие тарельчатых пружин и контроль усилия сжатия, с последующей фиксацией пружин с помощью гайки.

Кроме того, данное устройство имеет относительно повышенную материалоемкость из-за использования массивной планки, необходимой для сохранения заданного усилия сжатия в процессе эксплуатации, который может длиться десятки лет. Для обеспечения этих требований планка должна иметь те же массогабаритные показатели, что и основание охладителя.

Целью предполагаемого технического решения является упрощение конструкции и технологии сборки охладителя, а также расширение функциональных возможностей.

Это достигается за счет того, что в охладителе для силовых полупроводниковых приборов, состоящим из основания с закрепленными на нем направляющими, на котором размещается силовой полупроводниковый прибор, к каждой стороне которого прижат теплоотвод, с помощью прижимного устройства, которое представляет собой несколько траверс крестообразно надетых на направляющие и сжатых с помощью гаек, причем каждая траверса опирается на опору.

Охладитель предназначен для сжатия и фиксации с определенным усилием полупроводниковой сборки, состоящей из силового полупроводникового прибора таблеточной конструкции, к каждой стороне которого прижаты теплоотвод, обычно водяной системы охлаждения, токовывод и изолятор. Усилие сжатие контролируется по величине прогиба каждой от тарированной траверсы в процессе завертывания гаек.

В данной конструкции отсутствует массивная планка и прижимной узел, а, следовательно, отпадает необходимость в его предварительной тарировке. Осуществление контроля усилия сжатия в процессе затяжки гаек позволяет использовать одну и ту же конструкцию охладителя для полупроводниковых приборов различных размеров, что расширяет его функциональные возможности. Кроме того, использование неограниченного количества траверс в одной конструкции, позволяет создавать номинальное усилия сжатия на каждой траверсе и тем самым обеспечить гарантированные условия работы силового прибора в процессе всего периода эксплуатации.

На рис.1 показан охладитель в сборе.

На рис.2 вид сверху охладителя.

Пример конкретного исполнения.

Рассмотрим конструкцию охладителя для тиристора Т 193-3200 с диаметром контактной поверхности 100 мм. Для нормальной работы данного полупроводникового прибора необходимо сжать его с усилием порядка 80000 Н.

Охладитель состоит из основания 1, в который ввернуты шесть шпилек 2, M12, расположенные по окружности с радиусом R=85 мм и прижимного устройства, включающего три от тарированные траверсы 3, 4, 5 надетые крестообразно на шпильки и стянутые с помощью шестью гаек 6. Каждая траверса опирается на одну из трех сферических или цилиндрических опор со сферическими основаниями 7, 8, 9.

Охладитель работает следующим образом. На основании 1 размещают полупроводниковую сборку, состоящую из силового тиристора 10, двух теплоотводов водяной системы охлаждения 11 и двух токовыводов 12. Сборка электрически изолирована от металлических деталей с помощью двух изоляторов 13 и 14.

На верхний изолятор 14 устанавливается сферическая опора 7, которая прижимается траверсой 3 с помощью двух гаек. В процессе затяжки гаек усилие контролируется с помощью приспособления по величине прогиба траверсы. При достижении заданной величины усилия сжатия, затяжка гаек прекращается.

Затем опора 8 размещается на траверсе 3 и прижимается траверсой 4, надетой крестообразно на шпильки и стягивается с помощью двух гаек. Подобная операция проводится с опорой 9 и траверсой 5.

В собранном виде охладитель размещается в преобразователе с подключением напряжения к токовыводам 12.

Используя систему прижима из 2-х траверс и 4-х шпилек можно создать то же самое усилие сжатие, что и в конструкции прототипа. Однако если использовать четыре траверсы при 4-х шпильках, можно создать уже в два раза большее усилие при увеличении общей массы охладителя только на 20%. Для достижения аналогичного результата с помощью прототипа потребуется увеличить его массу на 80%.

Источники информации.

[1]. Power Electronik, SEMIKRON, innovation + service, 2004 г., стр.1392.

[2]. Power Semironductors, EUPEC, Short From Catalog, 2005 г. стр.72, 114.

Охладитель для силовых полупроводниковых приборов, состоящий из основания с закрепленными на нем направляющими, прижимного устройства и теплоотводов, отличающийся тем, что прижимное устройство представляет собой несколько траверс, надетых крестообразно на направляющие и сжатых с помощью гаек, причем каждая траверса опирается на сферическую опору.