www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Конструирование преобразователей, силовые полупроводниковые приборы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37

/?т.о.с,К/В


о S 10 , л/мин

Рис. 140. Зависимость теплового сопротивления Лт.о.с. водяного охладителя К1-90 от расхода воды

Рис. 141. Водяной охладитель для таблеточных приборов фирмы Semikron (ФРГ);

/ - таблеточный прибор; 2 -массивные металлические блоки; 3 - электроизоляционные подкладки; 4 резервуар с проточной водой

разработала фирма Siemens (ФРГ). Блок используется в установке точечной сварки и показан на рис. 142. Оба таблеточных тиристора охлаждаются здесь водой с одной стороны. Стянуты они прижимным устройством с плоской пружиной. Через охладитель протекает 4 л воды в 1 мин. Длительно допустимый эффективный ток этих спаренных приборов достигает 600 А. В режиме сварки при повторном включении ПВ=10% и времени сварки одной точки 60 мс допускается эффективное значение тока 2 кА.

Фирма Siemens запатентовала жидкостный охладитель, показанный на рис. 143. Он состоит из трубки 7, залитой в блок из алюминиевого сплава 2. Трубка скручена бифилярно, подвод и отвод воды выполнены в одной плоскости. Обе лицевые плоскости охладителя, предназначенные для установки на них с помощью прижимного устройства таблеточных приборов, охлаждаются одинаково. Градиент температуры в охладителе минимален, и охладитель очень хорошо используется.

При водяном охлаждении крупных преобразователей расходуется большое количество воды. В таких случаях применяется ее рециркуляция. Нагретая вода охлаждается в воздушных теплообменниках с вентиляторами.

Обычно тепло, отводимое из преобразователей, уходит в атмосферу, хотя во многих случаях его можно было бы использовать. Известны случаи, когда теплым воздухом, выходящим из преобразователей, обогреваются близлежащие производственные и конторские помещения. В случае водяного охлаждения нагретая вода может использоваться в течение всего года, например, по способу, защищенному чехословацким



Рис. 142. Водяной охладитель для тиристоров установки точечной сварки с импульсным характером нагрузки фирмы Siemens (ФРГ)

Рис. 143. Жидкостный охладитель фирмы Siemens (ФРГ) с противоточным движением хладоносителя

авторским свидетельством 211854. Его принцип показан на рис. 144. На сосуде 4 с основанием 2 установлены силовые полупроводниковые модули /. В сосуд поступает через патрубок 3 вода, которая нагревается теплом, выделяемым модулями, и 1юсле нагрева до температуры, контролируемой термостатом 5, через патрубок 6 отводится в резервуар. Преобразователь мощностью 100 кВт при КПД = 95% и ПВ = 50%, может нагреть за одну смену 300 л воды на 50 К.

Проблемы водяного охлаждения заключаются, прежде всего, в конденсации влаги на трубах с холодной водой, отложении накипи, снижении прочности изоляции и опасности замерзания. Их-можно относительно просто решить. Побочным положительным эффектом применения водяного охлаждения является исключение шума вентилятора, который возникает при воздушном охлаждении.

Масляное охлаждение редко используется в преобразователях. В широких масштабах его .применяет лишь датская фирма Danfoss, которая вьшускает серию преобразователей частоты типа VLT. При мощности от 5 до. 20 кВ А эти преобразователи имеют масляное охлаждение погружного типа, аналогично масляным трансформаторам. Масляное охлаждение обеспечивает герметизацию преобразователя, а следовательно, его защиту от неблагоприятных атмосферных факторов. Ребристый кожух отводит через свою поверхность большое количество тепла, при больших мощностях он обдувается вентилятором. Погружное масляное охлаждение целесообразно лишь





Рис. 144. Объемное водяное охлаждение полупроводниковых приборов с использованием тепловых потерь

Рис. 145. Масляное охлаждение диодных столбов высокою напряжения. / сосуд с маслом; 2 -труба из электроизоляционного ма1ериала; выводы

ДЛЯ преобразователей с особо высокой надежностью, так как доступ к его элементам затруднен и требует много вре-

VfCHH.

В высоковольтных преобразователях часто используются столбы таблеточных силовых приборов. Эти столбы удобно изолировать и одновременно охлаждать маслом, что позволяет уменьшить их размеры. Схематически конструктивное решение масляного охлаждения таких столбов показано на рис. 145. В сосуде с маслом помещается столб таблеточных приборов в электроизоляционной трубе. Масло в этой трубе нагревается и перемещается вверх. Таким образом возникает автоматическая циркуляция масла, интенсивность которой зависит от потерь. Этот способ запатентован фирмой AEI (Великобритания).

4.5. ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Самое интенсивное охлаждение достигается при использовании большой теплоты испарения жидкости. Испарительное охлаждение можно осуществить принципиально двумя способами, а именно с помощью тепловых испарительных труб и погружным способом.


Рис. 146. Принцип действия и конструкции тепловой испарительной трубы: / - внешняя жесткая оболочка; 2 - пористое покрытие

Рис. 147. Применение тепловой трубы для охлаждения таблеточного тиристора

Принцип действия тепловой испарительной трубы показан на рис. 146. Внутренняя стенка закрытой металлической трубы выстлана пористым (фитильным) материалом, пропитанным жидкостью (например, водой). В трубе пониженное давление, чтобы жидкость легко испарялась. В тепловой трубе различаются три части с различными функциями. Часть А является испарительной, часть В - адиабатической и часть С-конденсационной.

К части А подходит тепло от полупроводникового прибора. Под действием тепла жидкость, находящаяся в этой части, испаряется, и пар проходит через адиабатическую часть В в конденсационную часть С. Здесь пар охлаждается, конденсируется и отдает конденсационное тепло, которое отводится в окружающую среду через стенки трубы и охладитель. Сконденсировавшаяся жидкость осаждается в пористом покрытии трубки и под действием капиллярных сил перемещается в испарительную часть А. Описанный процесс протекает непрерывно с минимальной разницей температур между частями А VI Х. С помощью тепловой трубы можно переносить значительное количество тепла на относительно большие расстояния при малом перепаде температур. Тепловая труба может передать в 500 раз больше тепла, чем твердый проводник тепла такого же сечения. Тепловая труба представляет собой, по существу, трансформатор теплового потока, который из мест с большой плотностью теплового потока переносит его в место, где плотность уменьшается и тепло отводится воздушным или водяным охладителем.

На рис. 147 показан npnSiep применения тепловой трубы для охлаждения таблеточного полупроводникового прибора.

Больше всего тепла позволяет отвести погружное испарительное охлаждение. При этом способе полупроводниковый прибор или весь блок приборов погружается в жидкость с низкой температурой кипения и хорошими электроизоляционными свойствами. Эти жидкости - фреоны. Они имеют температуру кипения от 60 до 80 deg; С.

Пример погружного испарительного охлаждения схемати-




J Z 3

Рис. 148. Принцип погружного испарительного охлаждения

Рис. 149. Полупроводниковый блок и прю-точиый охладитель в общем баке при испарительном охлаждении; / бак; 2 полупроводниковый блок; i проточный водяной ох.адитель

чески показан на рис. 148. В сосуде / помещен блок полупроводниковых приборов 2, а в сосуде 3 - проточный охладитель 4. Пар перемещается слева направо. Блок и охладитель могут находиться в общем сосуде, как показано на рис. 149, причем охладитель может быть частично или полностью погружен в жидкость.

Большим достоинством погружного охлаждения является постоянство температуры полупроводниковых приборов и элементов прижимного устройства при изменении мощности в большом диапазоне. Это упрощает решение проблем, связанных с температурным расширением.

К испарительным охладителям, у коюрых конденсация пара жидкости с низкой температурой кипения достигается с помощью воздушного охлаждения, относится устройство (рис. 150), запатентованное фирмой General Electric (США). Сосуд частично заполнен жидкостью с низкой температурой кипения. Нижнее отверстие сосуда закрыто уп-лотнительной пластиной с пористой или ребристой насадкой, которая увеличивает поверхность контакта жидкости с пластиной. На другой стороне пластины нанесен оксидный электроизолящ raquo;онный слой ВеО или AI2O3. Полупроводниковый прибор вместе с электрическими токоподводами прижат ко всей охлаждающей конструкции прижимным устройством (на рисунке не изображено). Верхняя часть сосуда сообщается через отверстие с трубкой, снабженной ребрами. Пары жидкости поднимаются в трубку, где они охлаждаются, а конденсат стекает обратно в сосуд. Этот способ охлаждения называется термосифонным. От тепловой трубки он отличается тем, что внутри трубки нет никакого пористого слоя, однако трубка должна находиться



Рис. 150. Испарительный охладитель с гравитационной тепловой трубгой (двухфазный термосифон);

/ бак; 2 охлаждающая жидкость; 3 ох.иждающая плита с пористой шш ребристой насадкой; 4 гтсл ричесгие выводы: таблеточный прибор; 6 gt;лектрончоляшгониый слои; , тепловая грубка; Л охлаждающие ребра

Рис. 151. Прижимное устройство для непосредственного испарительного охлаждения креуииевого таблеточного прибора без корпуса:

I медные глегтроды; 2 вывод управляющего электрода; J- элеггавнзоляшюниые шайбы; 4 таблеточный прибор; 5 изолированные болты

в приблизительно вертикальном положении.

При погружном испарительном охлаждении наибольший эффект получается тогда, когда охлаждающая жидкость подходит как можно ближе к полупроводниковому переходу прибора. :Эгогр. можно достичь., отказавшись от обычного корпуса полупрок)Дйда@вого пяора например, в соответствии с патентом ф11р! laquo;ы АЫют (Франция) рис. 151.

Кремниевая пластина кржгталла диода или тиристора сата меяаду двумя медными элегтродалет ш эяектроргзоляциониыми шайбалш и изолированными болтами. У тиристора в верхнем электроде пре;:смотреио отверстие и в нем токоподшд к управляю0ему злеггроду. Таюгм образом, охлажданмца raquo; жидкость соприкасается нешх:редотвешво с жшштЩ пластиной и интенсивно ее охлаждает.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37