Система охлаждения статического преобразователя
Использование: в электротехнике, предназначено для привода электроподвижного состава постоянного и переменного тока. Сущность полезной модели: 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, 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. 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, 4 ил.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
На фиг.1 - система охлаждения статического преобразователя;
на фиг.2 - расположение системы охлаждения в каркасе статического преобразователя (вид сверху);
на фиг.3 - устройство воздуховода системы охлаждения статического преобразователя (фрагмент фиг.2);
на фиг.4 - система охлаждения статического преобразователя с двумя воздуховодами.
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.
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.
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.
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.
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.
