DD216826B1

DD216826B1 - CURRENT LOUDS IN BRIDGE OR CENTER PUNCH WITH AIR COOLING

Info

Publication number: DD216826B1
Application number: DD25321783A
Authority: DD
Inventors: Ingo Kunze; Klaus Lorenz
Original assignee: Komb Veb Eaw Berlin Treptow F
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1983-07-20
Publication date: 1989-09-27
Also published as: DD216826A1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter in Brücken- oder Mittelpunktschaltung mit Luftselbstkühlung, dessen elektronische Stromrichterelemente jeweils mit ihren Kühlkörpern Kühlblöcke bilden und die zu einer Brücken- bzw. Mittelpunktschaltung gehörenden Kühlblöcke innerhalb eines tragenden Gestells übereinander angeordnet sind, bei dem weiterhin die Kühlluft mittels Luftleitblechen von einem Zuluftkanal über die Kühlblöcke zu einem Abluftkanal geleitet wird, wobei in horizontaler Anreihung weitere dieser Baueinheiten parallelgeschaltet sein könnenThe invention relates to a power converter in bridge or mid-point circuit with air self-cooling, the electronic converter elements each form with their heat sinks cooling blocks and belonging to a bridge or center circuit cooling blocks are arranged one above the other within a supporting frame, wherein the cooling air by means of air baffles of a Supply air duct is passed through the cooling blocks to an exhaust duct, wherein in a horizontal array more of these units can be connected in parallel

Die Anwendung der Erfindung ist für den Aufbau von Stromrichtern in Kompaktbauweise zweckmäßig. The application of the invention is useful for the construction of power converters in compact design.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Abführung der beim Betrieb von Stromrichteranlagen entstehenden Verlustwärme sind verschiedene Kühlsysteme bekannt. Besonders die auf freier Konvektion beruhende Luftselbstkühlung weist hinsichtlich Materialaufwand, Betriebskosten und Betriebssicherheit sowie Umweltbelastung gegenüber anderen Kühlungsarten Vorteile auf. Diese Vorteile treten durch eine günstige Anordnung der Kühlkörper und Luftleiteinrichtungen besonders deutlich hervor.To dissipate the heat loss generated during the operation of power converter systems, various cooling systems are known. Especially based on free convection air self-cooling has advantages in terms of material costs, operating costs and reliability and environmental pollution compared to other types of cooling. These advantages are particularly evident by a favorable arrangement of the heat sink and louvers.

Es sind Stromrichteranlagen mit übereinander angeordneten Kühlkörpern bekannt, die zur Erzielung einer ausreichenden Luftströmung bei freier Konvektion versetzt zueinander oder schrägstehend angeordnet sind. Es ist auch bekannt, die Kühlrippen der Kühlkörper schräg zur Achse des im Kühlkörper befestigten Halbleiterelements anzuordnen (CH-PS 413082). Der Kühlluftstrom soll dadurch seitlich abgelenkt und nach außen geführt werden. In einer weiteren Anordnung befindet sich die Achse des Kühlkörpers schräg zum Halbleiterelement (CH-PS 413083), wobei die Kühlkörper ebenfalls, wie schon in der vorgenannten Ausführung, mit Hilfe von Verbindungsstücken miteinander verbunden sind. Auch ist es bekannt, die in einer Reihe übereinander angeordneten Kühlkörper über Isolatoren so miteinander gegenseitig zu verbinden, daß eine selbsttragende Anordnung entsteht, in der die Kühlkörper parallel, aber gegenseitig versetzt der Kühlluft ausgesetzt sind (CH-PS 413081). Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der die Kühlkörper lotrecht übereinander und rechtwinklig zum Gestellaufbau befestigt sind. Die Kühlluft strömt zwischen den Kühlkörpern von vorn ein und wird nach oben durch schräge Leitflächen in einen gemeinsamen Abluftschacht geleitet, der unmittelbar hinter den Kühlkörpern verläuft. Die Kühlluft wird dabei unterhalb des einzelnen Halbleiterelements zugeführt und diagonal gegenüberliegend oberhalb des Kühlkörpers abgeführt. In einer anderen Anordnung bildet ein waagerecht liegendes Profilteil aus Isolierstoff einen schräg nach oben führenden Luftkanal, in dem die zu kühlenden Bauelemente mit ihren Kühlkörpern angeordnet sind (DD-PS 74908). Für jede Bauelementeetage entsteht so ein separater Luftkanal, der Frischluft führt. Bei dieser Anordnung befinden sich alle parallelgeschalteten Halbleiterbauelemente in einem dieser waagerecht liegenden Profilteile und werden durch in gleicher Ebene liegende, sich ebenfalls waagerecht erstreckende Stromschienen kontaktiert. Nachteilig bei allen bekannten Anordnungen ist, daß die sich in gleicher Richtung erstreckenden Stromzuführungen und Luftleiteinrichtungen durch verschiedene Konstruktionsteile realisiert werden und dadurch ein relativ hoher Materialaufwand erforderlich ist.There are converter systems with superposed heat sinks are known, which are offset from each other or inclined to achieve a sufficient air flow in free convection. It is also known to arrange the cooling fins of the heat sink obliquely to the axis of the semiconductor element mounted in the heat sink (CH-PS 413082). The cooling air flow should thereby be deflected laterally and out to the outside. In a further arrangement, the axis of the heat sink is obliquely to the semiconductor element (CH-PS 413083), wherein the heat sinks are also, as in the aforementioned embodiment, connected to each other by means of connecting pieces. It is also known that in a series superposed heat sink via insulators mutually connect so that a self-supporting arrangement arises in which the heat sink are exposed in parallel, but mutually offset the cooling air (CH-PS 413081). Furthermore, an arrangement is known in which the heat sink are mounted vertically one above the other and at right angles to the frame structure. The cooling air flows in between the heat sinks from the front and is directed upwards by inclined baffles in a common exhaust duct, which runs immediately behind the heat sinks. The cooling air is supplied below the individual semiconductor element and discharged diagonally opposite above the heat sink. In another arrangement, a horizontal profile part of insulating material forms an obliquely upward leading air duct in which the components to be cooled are arranged with their heat sinks (DD-PS 74908). For each component floor, this creates a separate air duct that leads fresh air. In this arrangement, all semiconductor devices connected in parallel are located in one of these horizontal profiled parts and are contacted by busbars lying in the same plane and also extending horizontally. A disadvantage of all known arrangements that the extending in the same direction power supply lines and louvers are realized by various structural parts and thereby a relatively high cost of materials is required.

In der DE-OS 2515341 wird für die speziellen Bedingungen bei Stromrichtern mit Luftzwangskühlung eine Anordnung beschrieben, bei der sich alle Funktionsteile in einem als Luftkanal ausgeführten, als Kasten bezeichnetem Gehäuse befinden. Dieses Gehäuse kann wenigstens teilweise leitend sein und bei isoliertem Aufbau die Funktion einer Gleichstromschiene unterstützen. Durch den Aufbau des sich senkrecht erstreckenden Gehäuses ist die Variabilität dieser Funktion stark begrenzt, weil von dem wenigstens teilweise leitenden Gehäuse nur ein elektrisches Potential geführt werden kann. Ein weiterer Mangel ergibt sich, bedingt durch den sich senkrecht erstreckenden Aufbau des Gehäuses, aus den übereinander im Kühlkanal liegenden Kühlkörpern, durch die gegenseitige Aufheizung der Kühlluft, so daß diese Anlage nur mit Luftzwangskühlung betrieben werden kann und für Luftselbstkühlung ungeeignet ist.In DE-OS 2515341 an arrangement is described for the special conditions in power converters with forced air cooling, in which all functional parts are in a designed as an air duct, called a box housing. This housing can be at least partially conductive and support the function of a DC bus when insulated. Due to the structure of the vertically extending housing, the variability of this function is severely limited because of the at least partially conductive housing only an electrical potential can be performed. Another shortcoming arises, due to the vertically extending structure of the housing, from the superimposed in the cooling channel heat sinks, by the mutual heating of the cooling air, so that this system can only be operated with forced air cooling and is unsuitable for air self-cooling.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, den Aufbau von Luftselbstgekühlten Stromrichtern durch Senkung des konstruktiven, technologischen und Montageaufwandes, sowie des Materialaufwandes zu vereinfachen.The invention has the aim to simplify the construction of air self-cooling converters by reducing the structural, technological and assembly costs, as well as the cost of materials.

Essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter in Brücken- oder Mittelpunktschaltung mit Luftselbstkühlung zu schaffen, bei dem Konstruktionsteile für verschiedene Funktionen zusammengefaßt sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Luftleitbleche als elektrische Verbindungen zwischen zwei übereinander angeordneten Kühlblöcken ausgebildet und vorzugsweise von der Oberkante der vorderen Kühikörperhälfte des unteren Kühlblocks schräg nach oben zur Unterkante der hinteren Kühlkörperhälfte des darüber befindlichen Kühlblocks verlaufend geformt und angeordnet sind.The invention has for its object to provide a power converter in bridge or mid-point circuit with air self-cooling, are combined in the construction parts for various functions. According to the invention, this object is achieved in that the air baffles are formed as electrical connections between two superimposed cooling blocks and preferably formed from the upper edge of the front Kühikörperhälfte of the lower cooling block obliquely upwards to the lower edge of the rear heat sink half of the overlying cooling block and arranged.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß jedes Luftleitblech berührungsfrei unmittelbar über der Oberkante der vorderen Kühlkörperhälfte, waagerecht zur oberen Fläche, die vordere Begrenzung dieser Kühlkörperhälfte überragend, abgebogen ist und der elektrische Kontakt zwischen der vorderen Kühlkörperhälfte und dem Luftleitblech durch eine zwischengeschaltete, vom Luftleitblech vorzugsweise noch überdeckte Sicherung hergestellt ist. Eine weitere Ausbildungsvariante sieht dann noch vor, daß die hintere Kühikörperhälfte jedes Kühlblocks fest, jedoch elektrisch isoliert, am tragenden Gestell befestigt ist und Stehbolzen aufweist, die Teil einer Spannvorrichtung und ebenfalls Aufnahme für die vordere Kühikörperhälfte sind.In a further embodiment of the invention, it is provided that each air deflector without contact directly above the upper edge of the front heat sink half, horizontally to the upper surface, the front boundary of this heat sink half is bent, and the electrical contact between the front heat sink half and the air baffle by an intermediate, from Air baffle preferably still covered fuse is made. A further embodiment variant then provides that the rear half of the cooling body each cooling block is fixed, but electrically isolated, attached to the supporting frame and studs, which are part of a clamping device and also receptacle for the front Kühikörperhälfte.

embodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es stellen dar:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. They show:

Fig. 1: Aufbau eines luftselbstgekühlten Stromrichters in Drehstrom-Brückenschaltung in Seitenansicht Fig. 2: Perspektivische Teildarstellung eines luftselbstgekühlten Stromrichters mit parallelgeschalteten Drehstrom-BrückenFig. 1: Construction of an air-cooled self-cooled power converter in three-phase bridge circuit in side view Fig. 2: Perspective partial view of an air-cooled self-cooling converter with parallel-connected three-phase bridges

In Fig. 1 ist der Aufbau eines luftselbstgekühlten Stromrichters in Drehstrom-Brückenschaltung gemäß dem erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag dargestellt. An einem tragenden Gesteil 1 sind sechs Kühlblöcke A-F in vertikaler Anordnung vorgesehen. Diese Kühlblöcke A-F bestehen jeweils aus einem elektronischen Stromrichterelement 2, einer vorderen Kühikörperhälfte 3 und einer hinteren Kühikörperhälfte 4. Die hinteren Kühlkörperhälften 4 a—4f sind unter jeweiliger Zwischenordnung eines Isolierstücks 6a bis 6f elektrisch isoliert so an dem tragenden Gestell 1 befestigt, daß zwischen den Kühlblöcken A-F genügende Abstände für den Durchtritt der Kühlluft vorhanden sind. Die hinteren Kühlkörperhälften 4 a-4f weisen hier nicht dargestellte, allseitig bekannte Stehbolzen auf, welche die vorderen Kühlkörperhälften 3a-3f aufnehmen und gleichzeitig Teil einer Spannvorrichtung sind. Zwischen den Kühlblöcken A-F sind elektrisch gut leitende Luftleitbleche 5 a-5e vorgesehen, die jeweils von der Oberkante der vorderen Kühikörperhälfte 3b-3f des unteren Kühlblocks B-F zur Unterkante der hinteren Kühikörperhälfte 4a—4e des darüber angeordneten Kühlblocks A-E verlaufend geformt und diese elektrisch verbindend befestigt sind. Dabei ist es erforderlich, daß bei Verwendung von Sicherungen 7 a-7f die Luftleitbleche 5a-5e keinen direkten Kontakt mit den vorderen Kühlkörperhälften 3b-3f haben, sondern in erforderlichem Abstand über deren oberen Flächen nach vorn abgewinkelt sind und vorteilhafterweise die an der vorderen Fläche der vorderen Kühlkörperhälften 3b-3f vorgesehenen Sicherungen 7 b-7f noch überragen. Die elektrische Verbindung zum darüber befindlichen Kühlblock A-E erfolgt dann über die Sicherungen 7b-7f. Die Drehstromanschlüsse R, S, T und die Gleichstromanschlüsse +,— sind den Erfordernissen einer Drehstrom-Brückenschaltung gemäß an die jeweiligen Rückseiten der hinteren Kühlkörperhälften 4a—4f angeschlossen und liegen vorteilhaft auf einem der Befestigungspunkte des jeweiligen Luftleitblechs 5a-5e. Bei wechselseitiger Einspeisung und Abführung des Stromes an den genannten Anschlußpunkten kann eine symmetrische Stromaufteilung über die Luftleitbleche 5a-5e erreicht werden. Bei gleichem konstruktivem Aufbau ist unter Berücksichtigung der entsprechenden Polung der Stromrichterelemente 2 und der Drehstromanschlüsse eine Mittelpunktschaltung ohne weiteres realisierbar. Durch das hier nicht dargestellte Schrankgehäuse des Stromrichters werden zwei Kühlluftkanäle nach außen begrenzt, so daß die Kühlluft durch den im Beispiel vor den Kühlblöcken A-F befindlichen Zuluftkanal über die Kühlblöcke A-F in einen dahinter befindlichen Abluftkanal strömt und durch eine sich in der Decke des Schrankgehäuses befindliche Öffnung, durch die Thermik bedingt, nach oben entweicht. Da die Luftleitbleche 5a-5e im Zuluftkanal auch noch die Sicherungen 7 b-7f überragen, ist die Aufheizung der Kühlluft für die weiter oben angeordneten Kühlblöcke A-E durch die Verlustwärme der unteren Kühlblöcke B-F einschließlich deren Sicherungen 7b-7f sehr stark gemindert. Das Auswechseln defekter Stromrichterelemente 2a-2f erfolgt so, daß die hintere Kühikörperhälfte 4a—4f im Schrank am tragenden Gestell 1 verbleibt und die vordere Kühikörperhälfte 3a-3f mit Stromrichterelement 2a-2f und die eventuell vorhandene Sicherung 7a-7f zur Bedienungsseite nach Lösen der Spannvorrichtung abgenommen wird. Die Luftleitbleche 5a-5e sind auch deshalb so gestaltet, daß sie mit ihren unteren Begrenzungen die Vorderflächen der jeweiligen vorderen Kühlkörperhälften 3b-3f nicht überdecken. Aus Fig. 2 ist erkennbar, daß die beschriebene Anordnung einer aus sechs vertikal angeordneten Kühlblöcken bestehenden Drehstrom-Brücke durch horizontale Anreihung in Parallelschaltung erweitert werden kann. Dabei dienen die Luftleitbleche, wie beschrieben, zur Kontaktierung der Kühlblöcke und horizontal fortlaufend zur Herstellung der Parallelschaltung der einzelnen, vertikal angeordneten Drehstrom-Brücken. Somit wird die Funktion der bisher notwendigen Zweigschienen von den Luftleitblechen übernommen. Auch hier kann bei wechselseitiger Einspeisung bzw. Abführung des Stromes an den gegenüberliegenden Enden der Luftleitbleche eine symmetrische Stromaufteilung auf die parallelgeschalteten Stromrichterelemente erzielt werden.In Fig. 1, the structure of an air self-cooling power converter is shown in three-phase bridge circuit according to the proposed solution according to the invention. On a supporting frame 1 six cooling blocks A-F are provided in a vertical arrangement. These cooling blocks AF each consist of an electronic power converter element 2, a front Kühikörperhälfte 3 and a rear Kühikörperhälfte 4. The rear heat sink halves 4 a-4 f are electrically insulated under respective Zwischenordnung an insulating piece 6 a to 6 f so attached to the supporting frame 1, that between the Cooling blocks AF sufficient distances for the passage of the cooling air are present. The rear heat sink halves 4 a-4 f have here, not shown, studs known on all sides, which receive the front heat sink halves 3 a - 3 f and at the same time are part of a clamping device. Between the cooling blocks AF highly electrically conductive baffles 5 a-5 e are provided, which in each case from the upper edge of the front Kühikörperhälfte 3 b-3 f of the lower cooling block BF to the lower edge of the rear Kühikörperhälfte 4 a-4 e of the overlying cooling block AE formed shaped and attached electrically connecting are. It is necessary that when using fuses 7 a-7f the baffles 5a-5e have no direct contact with the front heat sink halves 3b-3f, but at an appropriate distance on the upper surfaces are angled forward and advantageously on the front surface the front heat sink halves 3b-3f provided fuses 7 b-7f still surpass. The electrical connection to the overlying cooling block A-E is then via the fuses 7b-7f. The three-phase connections R, S, T and the DC connections +, - are connected to the requirements of a three-phase bridge circuit according to the respective rear sides of the rear heat sink halves 4a-4f and are advantageously on one of the attachment points of the respective air baffle 5a-5e. With mutual supply and discharge of the current at said connection points, a symmetrical current distribution over the baffles 5a-5e can be achieved. With the same constructive structure, taking into account the corresponding polarity of the converter elements 2 and the three-phase connections, a mid-point circuit can be readily realized. By the cabinet housing, not shown here of the power converter, two cooling air ducts are limited to the outside, so that the cooling air flows through the air duct located in the example before the cooling blocks AF on the cooling blocks AF in an exhaust duct located behind it and through an opening located in the ceiling of the cabinet housing , due to the thermal conditions, escapes upwards. Since the baffles 5a-5e also project beyond the fuses 7b-7f in the supply air duct, the heating of the cooling air for the uppermost arranged cooling blocks A-E by the heat loss of the lower cooling blocks B-F including their fuses 7b-7f is greatly reduced. The replacement of defective power converter elements 2a-2f is carried out so that the rear Kühikörperhälfte 4a-4f remains in the cabinet on the supporting frame 1 and the front Kühikörperhälfte 3a-3f with power converter element 2a-2f and the possibly existing fuse 7a-7f to the operating side after loosening the clamping device is removed. The baffles 5a-5e are also designed so that they do not cover the front surfaces of the respective front heat sink halves 3b-3f with their lower limits. From Fig. 2 it can be seen that the described arrangement of a six vertically arranged cooling blocks existing three-phase bridge can be extended by horizontal alignment in parallel. The air baffles serve, as described, for contacting the cooling blocks and horizontally continuously for producing the parallel connection of the individual, vertically arranged three-phase bridges. Thus, the function of the previously necessary branch rails is taken from the baffles. Here, too, a symmetrical current distribution to the parallel-connected converter elements can be achieved with mutual feed or discharge of the current at the opposite ends of the air baffles.

Claims

1. Converter in bridge or mid-point circuit with air self-cooling, the electronic power converter elements each form with their heat sinks cooling blocks and to a Brückenbzw. Mid-circuit belonging cooling blocks are arranged one above the other within a supporting frame, wherein the cooling air is further guided by means of obliquely upward Luftleitbleche from a supply air via the cooling blocks to an exhaust duct, wherein in a horizontal array more of these units can be connected in parallel, characterized in that the Air guide plates (5a-5e) as electrical connections between two superimposed cooling blocks (A / B, B / C ... E / F) are formed.

2. Converter according to claim 1, characterized in that each air deflector (5a-5e) without contact directly above the upper edge of the front heat sink half (3b-3f) horizontally to the upper surface, the front boundary of the heat sink half (3 b-3f) outstanding, bent and the electrical contact between the front heat sink half (3b-3f) and the air baffle (5a-5e) is made by an interposed fuse (7b-7f).