Напівпровідниковий перетворювач з природним паралельним повітряним охолодженням

Реферат: UA 99179 U UA 99179 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області електротехніки і стосується конструкції системи охолодження силового напівпровідникового перетворювача. Відома конструкція силового напівпровідникового перетворювача з примусовим повітряним охолодженням за патентом DE 0059410 кл Н05К7/20 від 08.09.1982 p., який являє собою шафу з електронними блоками, що гріють, розташованими у вигляді одного вертикального ряду в одній фронтальній площині. По висоті між електронними блоками наявні вхідні отвори для охолоджуючого повітря, які забезпечені направляючими переділами, що розділяють потоки нагрітого і холодного повітря. З фасадного боку шафи між фронтальною площиною електронних блоків і дверима знаходиться охолоджуюче повітря, що надходить знизу. З тильного боку між задньою стінкою шафи і електронними блоками знаходиться відвідний канал нагрітого повітря, в якому розміщені ряд конструктивних елементів, які збільшують аеродинамічний опір повітряного каналу. Охолоджуюче повітря проходить паралельно через всі електронні блоки, що мають великий аеродинамічний опір, бо вони заповнені електронною апаратурою. В верхній частині каналу відводу нагрітого повітря встановлений витяжний електровентилятор. Система охолодження за патентом DE 0059410 кл Н05К7/20 у зв'язку з високим аеродинамічним опором повітряного каналу має обмежене використання, переважно в конструкціях з примусовим охолодженням. Для природного повітряного охолодження така конструкція малоефективна. Найближчим аналогом до корисної моделі, що заявляється, є силовий напівпровідниковий перетворювач з природним повітряним охолодженням за патентом України на винахід № 53181 Н05К7/20 (заявка № 2002032490 від 29.03.2002 p.), який містить напівпровідникові прилади з індивідуальними охолоджувачами, що встановлені у вигляді вертикальних і горизонтальних рядів, розташованих в одній фронтальній площині, і загальний канал нагрітого охолоджуючого повітря. При цьому загальний канал нагрітого повітря закритий знизу, з боків і з тильного боку суцільними стінками, а між сусідніми горизонтальними рядами охолоджувачів, розташованих на різній висоті, встановлені похилі розподільні переділи. У верхній частині канал нагрітого повітря забезпечений витяжною камерою. При відомих перевагах конструкція за патентом України № 53181 не забезпечує найбільше значення припустимого струму навантаження напівпровідникових приладів, що використовуються, при інших рівних умовах у зв'язку з тим, що повітряні потоки нагрітого повітря після виходу з охолоджувачів направлені під кутом до загального потоку охолоджуючого повітря. В результаті чого при зміщенні вказаних повітряних потоків утворюється турбулентність загального потоку охолоджуючого повітря, яка підвищує аеродинамічний опір загального каналу нагрітого повітря. Це приводить до зменшення швидкості охолоджуючого повітря як в загальному каналі нагрітого повітря, так і повітря, що проходить через охолоджувачі. В результаті знижується ефективність системи охолодження напівпровідникових приладів та відповідно зменшується припустиме навантаження цих приладів. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення величини припустимого струмового навантаження напівпровідникових приладів, що використовуються в перетворювачах з природним повітряним охолодженням. Поставлена задача вирішується тим, що в напівпровідниковому перетворювачі з паралельним природним повітряним охолодженням, що містить силові напівпровідникові прилади з охолоджувачами, розташованими у вигляді вертикальних і горизонтальних рядів, що рознесені за висотою, мають закритий знизу, з боків і з тильного боку загальний канал відводу нагрітого повітря, в верхній частині якого наявна витяжна камера, сусідні за висотою горизонтальні ряди охолоджувачів з напівпровідниковими приладами розташовані таким чином, що кожен нижній горизонтальний ряд охолоджувачів по відношенню до сусіднього верхнього горизонтального ряду охолоджувачів зрушений в бік загального повітряного каналу на глибину не більше горизонтальної довжини оребреної частини охолоджувача і кожен горизонтальний ряд охолоджувачів забезпечений суцільними вертикальними переділами, що примикають до вертикальних ребер охолоджувачів кожного горизонтального ряду, які утворюють для кожного горизонтального ряду охолоджувачів свій загальний вертикальний канал відводу нагрітого повітря. Зсув горизонтальних рядів охолоджувачів з напівпровідниковими приладами за глибиною та установка суцільних вертикальних переділів, що примикають до вертикальних ребер охолоджувачів, забезпечує в загальному каналі нагрітого повітря односпрямований паралельний рух повітряних потоків від різних горизонтальних рядів охолоджувачів, що різко знижує турбулентність повітряного потоку і приводить до зменшення аеродинамічного опору загального повітряного потоку. В результаті збільшується швидкість і витрата охолоджуючого 1 UA 99179 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 повітря, що проходить крізь охолоджувачі, що приводить до підвищення допустимого значення струму напівпровідникових приладів, що використовуються. Корисна модель може бути реалізована в напівпровідникових приладах штирової чи таблеткової конструкції. При цьому як в горизонтальних рядах, так і в вертикальних рядах може використовуватися різна кількість напівпровідникових приладів з охолоджувачами. Приклад реалізації корисної моделі, що патентується, пояснюється наступними кресленнями: Фіг. 1. Напівпровідниковий перетворювач з штировими напівпровідниковими приладами, вигляд з фасадного боку; Фіг. 2. Напівпровідниковий перетворювач з штировими напівпровідниковими приладами, вигляд збоку за розрізом А-А; Фіг. 3. Напівпровідниковий перетворювач з штировими напівпровідниковими приладами, вигляд за переділом Б-Б; Фіг. 4. Напівпровідниковий перетворювач з штировими напівпровідниковими приладами, вигляд за переділом В-В; Фіг. 5. Напівпровідниковий перетворювач на таблеткових напівпровідникових приладах, вигляд з фасадного боку; Фіг. 6. Напівпровідниковий перетворювач на таблеткових напівпровідникових приладах, вигляд збоку за розрізом Г-Г; Фіг. 7. Напівпровідниковий перетворювач на таблеткових напівпровідникових приладах, вигляд за розрізом Д-Д. Стрілками показаний напрям руху повітряного охолоджуючого потоку. Напівпровідниковий перетворювач з природним повітряним охолодженням згідно з корисною моделлю, що заявляється, містить напівпровідникові прилади 1 з індивідуальними охолоджувачами 2, які встановлені у вигляді кількох горизонтальних рядів, що розділені похилими направляючими переділами 3, які закривають доступ холодного повітря в канал нагрітого повітря, обминаючи ребра охолоджувачів, і вертикальними переділами 4, що утворюють для кожного горизонтального ряду охолоджувачів свій власний вертикальний канал 5 для відводу нагрітого повітря. Сусідні горизонтальні ряди охолоджувачів з напівпровідниковими приладами встановлені один над одним зі зміщенням в горизонтальній площині так, що кожен нижній горизонтальний ряд зрушений в тильний бік на глибину L1, що не перевищує горизонтальної довжини L2 оребреної частини охолоджувачів. Ступінчате розташування горизонтальних рядів охолоджувачів утворює ступінчатий загальний канал нагрітого повітря 6, що розширюється догори, який закритий з боків стінками 7, а знизу і з тильного боку задньою стінкою 8, прилеглою до ребер охолоджувачів нижнього горизонтального ряду. Над верхнім горизонтальним рядом охолоджувачів встановлена витяжна камера 9 з фронтальною стінкою 10, яка є продовженням стінок загального відвідного каналу нагрітого повітря. В нижній частині перетворювача є основа 11, на якій закріплені всі тримальні елементи конструкції. Всі струмоведучі частини перетворювача, які знаходяться під електричним потенціалом, ізольовані від тримальної конструкції. Напівпровідникові прилади знаходяться в електричному та тепловому контакті з охолоджувачами і утворюють електричну схему перетворювача. На фіг. 1-4 показаний приклад конструкції системи охолодження перетворювача з штировими напівпровідниковими приладами, які мають однобічне охолодження за допомогою одного індивідуального охолоджувача. На фіг. 5-7 показаний приклад конструкції системи охолодження перетворювача з таблетковими напівпровідниковими приладами, які мають двобічне охолодження за допомогою двох індивідуальних охолоджувачів, що затиснуті між собою ізольованими стяжними шпильками 12 за допомогою притискного пристрою 13. В разі необхідності забезпечення однакового теплового режиму та величин припустимого струму напівпровідникових приладів, що використовуються, встановлених в різних за висотою горизонтальних рядах, може здійснюватися за рахунок зміни величини зсуву сусідніх горизонтальних рядів на глибину не більше горизонтальної довжини оребреної частини охолоджувача. Напівпровідникові перетворювачі, що зображені на фіг. 1-4 та 5-7, в частині системи охолодження,ідентичні і працюють наступним чином. Напрямок руху охолоджуючих повітряних потоків на фіг. 2 та фіг. 6 показаний стрілками. При цьому в кожен охолоджувач зовні знизу підходить холодне повітря, яке під впливом тяги в загальному повітряному каналі переміщується вгору уздовж вертикальних ребер охолоджувачів, відбираючи при цьому тепло, яке виділяється в напівпровідникових приладах. Нагріте повітря після проходження охолоджувачів кожного горизонтального ряду, обмежене вертикальними переділами, направляється вертикально вгору, де з'єднується із загальним вертикально спрямованим 2 UA 99179 U 5 10 15 20 25 потоком нагрітого повітря. При цьому в загальному каналі відводу нагрітого повітря в місцях з'єднання повітряних потоків від різних горизонтальних рядів охолоджувачів не створюються турбулентні завихрення, бо вказані вертикальні повітряні потоки мають однаковий напрям. Відсутність турбулентних завихрень в загальному каналі відводу нагрітого повітря знижує його аеродинамічний опір та приводить до збільшення швидкості та витрати охолоджуючого повітря, яке проходить між ребрами охолоджувачів. В результаті збільшується ефективність охолодження напівпровідникових приладів, що приводить до збільшення припустимого значення струму навантаження цих приладів. Крім того, в загальному повітряному каналі нагрітого повітря має місце процес інжекції повітряних потоків від різних горизонтальних рядів охолоджувачів. Процес інжекції зумовлений тим, що повітряні потоки від нижче розташованих рядів охолоджувачів мають декілька більшу тягу і відповідно більшу швидкість повітря в своєму повітряному каналі у порівнянні з швидкістю нагрітого повітря у вище розташованих повітряних каналах. При цьому повітряний потік, що має більшу швидкість, передає частину своєї енергії руху повітряному потоку, що має меншу швидкість, тим самим вирівнюючи швидкості повітряних потоків від горизонтальних рядів охолоджувачів, розташованих на різній висоті. В результаті інжекції повітряних потоків від різних горизонтальних рядів охолоджувачів вирівнюються теплові режими напівпровідникових приладів, встановлених на різній висоті, що також підвищує величину припустимого струму навантаження цих приладів в умовах природного повітряного охолодження. Корисна модель може використовуватися також при установці у верхній частині перетворювача малопотужного електровентилятора. Використання конструкції, що заявляється, дозволяє збільшити припустиме значення струму навантаження напівпровідникових приладів на 10-12 %. Корисна модель легко реалізується у виробництві, бо при цьому використовуються матеріали та комплектуючі вироби, що випускаються промисловістю, і відомі технологічні процеси. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 1. Силовий напівпровідниковий перетворювач переважно з природним паралельним повітряним охолодженням, що містить силові напівпровідникові прилади з індивідуальними чи груповими охолоджувачами, розташованими у вигляді горизонтальних рядів, що рознесені по висоті, який має закритий знизу, з боків та з тильного боку загальний повітряний канал для відводу нагрітого охолоджуючого повітря, у верхній частині якого є витяжна камера, а між сусідніми горизонтальними рядами охолоджувачів, що розташовані на різній висоті, встановлені направляючі переділи, який відрізняється тим, що кожен нижній горизонтальний ряд охолоджувачів з напівпровідниковими приладами по відношенню до сусіднього розташованого вище горизонтального ряду охолоджувачів зрушений у бік загального повітряного каналу на глибину не більше горизонтальної довжини оребреної частини охолоджувачів і забезпечений суцільними вертикальними переділами, які примикають до вертикальних оребрених поверхонь кожного горизонтального ряду охолоджувачів з тильного боку, утворюючи розділений цими переділами загальний ступінчатий канал відводу нагрітого охолоджуючого повітря, що розширюється догори. 2. Силовий напівпровідниковий перетворювач переважно з природним паралельним повітряним охолодженням за п. 1, який відрізняється тим, що вертикальні переділи, що утворюють загальні канали нагрітого повітря, для кожного горизонтального ряду охолоджувачів мають різну висоту, але не меншу за висоту оребреної частини охолоджувачів. 3. Силовий напівпровідниковий перетворювач переважно з природним паралельним повітряним охолодженням за п. 1, який відрізняється тим, що сусідні по висоті горизонтальні ряди охолоджувачів з напівпровідниковими приладами один відносно іншого зрушені на різну глибину, але не більше довжини оребреної частини охолоджувачів. 3 UA 99179 U 4 UA 99179 U 5 UA 99179 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6