КОНСТРУКЦИЯ СИЛОВОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО БЛОКА

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой технике и может быть использована при создании новых приборов силовой полупроводниковой электроники.
Известна конструкция полупроводникового трехфазного диодного выпрямительного блока, содержащая металлические пластины, диоды, запрессованных в отверстия в пластинах с обеспечением теплового и электрического контакта, токоподводящие шины (патент № GB 2026772 от 04 мая 1979 года).
Недостатком конструкции по патенту № GB 2026772 является:
а в каждой фазе использовано по одному диоду, что не позволяет
использовать выпрямитель на токи, значение которых превышает
нагрузочную способность одного диода.
Известна конструкция полупроводникового диодного выпрямительного блока, содержащая металлические пластины с установленными на них параллельно соединенными диодами таблеточной конструкции, металлические перемычки, которыми параллельно соединены диоды, токоподводящие шины, стяжные устройства, изоляторы, пружины, предназначенные для создания прижимного электрического контакта между узлами выпрямителя { патент № US 4554 574 от 19 ноября 1985 года).i
Недостатком конструкции по патенту № US 4554 574 является:
а на одной пластине размещена одна группа параллельно соединенных диодов, что приводит к необходимости иметь в выпрямителе большое количество металлических пластин. Так как, например, в трехфазном
выпрямителе с мостовой электрифской схемой таких пластин должно быть 6 шт.
Известна конструкция полупроводникового диодного выпрямительного блока, содержащая металлические пластины, на каждой пластине установлены две группы параллельно соединенных диодов таблеточной конструкции, металлические перемычки, с помощью которых обеспечено параллельное соединение диодов в группе, стяжные устройства, изоляторы, пружины.
предназначенные для создания прижимного электрического контакта между
узлами выпрямителя, токоподводящие шины (патент № US 4994890 от 19 февраля 1991 года ).
Недостатком конструкции полупроводникового диодного выпрямительного блока по патенту № US 4994890 является:
а токоподводящие шины могут вращаться вокруг своей оси и передавать механическое усилие на параллельно соединенные диоды, что может привести к ухудшению электрических и тепловых характеристик блока.
Общим недостатком конструкций по патенУам № US 4994890, № US 4554 574 и № GB 2026772 является то, что в качестве охладителей использованы металлические пластины, которые из-за ограниченной поверхности теплоотвода не обеспечивают требуемого отвода тепла от полупроводниковых приборов.
Признаки аналогов по патентам № GB 2026772, № US 4554 574, № US 4994890, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются следующими, наличие:
а охладителя,
а стяжных устройств,
а изоляторов, изготовленных из электрически изоляционного материала.
Причины, препятствующие получению требуемых технических решений в
аналогах, являются следующими :
а в качестве охладителей использованы металлические пластины, которые из-за ограниченной поверхности теплоотвода не обеспечивают требуемого отвода тепла от полупроводниковых приборов,
а токоподводящие шины могут вращаться вокруг своей оси и передавать механическое усилие на параллельно соединенные полупроводниковые приборы, что может привести к ухудшению электрических и тепловых характеристик блока.
Известна конструкция полупроводникового трехфазного диодного
выпрямительного блока, содержащая оребренные охладители, диоды
установленные на охладителях с обеспечением теплового и электрического
контакта, металлические перемычки, служащие для соединения диодов между
собой и с электрической схемой (патент  № Us 4007402 от 08 февраля 1977
Недостатками конструкции по патенту № Us 4007402 являются:
о охладители выпрямителя размещены в одной плоскости, что
приводит к большим габаритам вь1прямителя, а в каждой фазе использовано по одному диоду, что не позволяет
использовать выпрямитель на токи, значение которых превышает
(
1
За прототип принята конструкция полупроводникового блока по патенту № Us 5821674 от 13 октября 1998 года, содержащая оребренные охладители, расположенные один над другим, полупроводниковые приборы, установленные
между охладителями, металлические перемычки, служащие для соединения диодов между собой и с электрической схемой.
Причины, препятствующие получению требуемых технических решений в прототипе по патенту № Us 5821674, являются следующими:
а в каждой фазе использовано по одному диоду, что не позволяет использовать выпрямитель на токи, значение которых превышает нагрузочную способность одного диода,
а полупроводниковые приборы установлены непосредственно на металлических перемычках, поэтому при присоединении полупроводникового блока к электрической схеме механические усилия передаются на полупроводниковые приборы, что может привести к ухудшению электрических и тепловых характеристик блока. а Задача, на которую направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы устранить указанные недостатки и создать полупроводниковый блок, имеющий:
а улучшенные эксплуатационные характеристики, а интенсивный отвод тела от полупроводниковых приборов.
Сущность заявляемой модели выражается в том, что конструкция силового полупроводникового блока состоит из:
а полупроводниковых приборов, одним из электродов которых является
I
I
Q ТОКОПОДВОДЯЩИХ шин, предназначенных для присоединения
полупроводникового блока к электрической схеме, а не менее двух оребренных охладителей, каждый из которых имеет
плоскую область, а тарельчатых пружин, обеспечивающих прижимной электрический контакт,
а изоляторов,
о стяжных устройств.
Полупроводниковые приборы запрессованы в отверстиях, изготовленных в плоской области оребренного охладителя. Корпусы приборов находятся в тепловом и электрическом контакте с охладителем, а их выводы направлены в сторону, противоположную ребрам охладителя. Полупроводниковые приборы разделены на группы, в каждой группе выводы приборов соединены между собой металлической перемычкой.
Охладители с установленными в мих полупроводниковыми приборами соединены посредством стяжных устройств, при этом ребра охладителей ориентированы в противоположные стороны. Токоподводящие шины, расположены между плоскими областями охладителей.
В охладителях и металлических перемычках не менее, чем в двух точках изготовлены соосные отверстия, куда вставлены направляющие штифты, на которых размещены изоляторы, тарельчатые пружины и токоподводящие шины, при этом изоляторы и тарельчатые пружины находятся между плоской областью охладителя и металлическими перемычками, а токоподводящие шины установлены на металлических перемычках.
Плоская область хотя бы одного из охладителей выступает за его ребра по длине. Между металлическими перемычками и токоподводящими шинами помещены пластины из электрически изоляционного материала.
На участке токоподводящей шины, выступающем за пределы охладителя, согнуто колено с вложенной в его изгиб прямоугольной гайкой, которое размещено в пазе электрического изолятора, надетого на токоподводящую шину, выступ изолятора помещен между плоскими областями охладителей.
В предложенной конструкции силового полупроводникового блока механические воздействия, прилагаемые к токоподводящей шине, не передаются на полупроводниковые приборы, поскольку : а между токоподводящей шиной и металлическими перемычками
осуществлен прижимной электрический контакт, а направляющие штифты, вставленные в охладители, не дают
токоподводящей шине перемещаться относительно них, а изолятор, надетый на токоподводящую шину ограничивает ее перемещение относительно охладителей.
Кроме того, снижено сопротивление прижимного электрического контакта между токоподводящей шиной и металлическими перемычками и повышена его надежность, поскольку прижим  каждой токоподводящей шины к металлическим перемычкам осуществлен не менее чем в двух точках.
Выступающая за ребра плоская область охладителя предназначена для монтажа на ней деталей воздуховода при использовании полупроводникового блока с воздушным принудительным охлаждением.
Расположение пластин из электрически изоляционного материала между металлическими перемычками и токоподводящими шинами позволяет изготовить полупроводниковый блок, содержащий электрически изолированные группы, состоящие из параллельно соединенных полупроводниковых приборов. Общ нали Отл ми признаками заявляемого и известного технических решений являются ие: а сребренного охладителя, а полупроводниковых приборов, а металлических перемычек, а токоподводящих шин, а электрических изоляторов. чительными признаками являются: а наличие соосных отверстий в металлических перемычках, токоподводящей шине и охладителях, в которых размещены направляющие штифты, а размещение на направляющих штифтах между плоской частью охладителей и металлическими перемычками изоляторов, тарельчатых пружин, а плоская область охладителя выступает за его ребра по длине, а между металлическими перемычками и токоподводящими шинами помещены пластины из элеюрически изоляционного материала, а наличие согнутого колена на токоподводящей шине с вложенной в его изгиб прямоугольной гайкой, а наличие электрического изолятора, укрепленного на токоподводящей шине, в прямоугольном пазе которого размещено согнутое колено с вложенной в его изгиб прямоугольной гайкой, выступ изолятора расположен между плоскими поверхностями стянутых охладителей.
Авторы сч1/гтают, что заявляемое техническое решение соответствует критерию « существенного отличия , так как технические решения, имеющие лризнаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от протошла, им неизвестны.
На фиг. 1 лредставлен общий вид одной и консфукций силового лолулроводникового блока в аксонометрии. На фиг 2 лредставлен общий вид полупроводникового прибора в аксонометрии. На фиг 3 представлен конструкция оребренного охладителя с полупроводниковыми приборами в аксонометрии. На фиг 4 представлен разрез общего вида полупроводникового блока в аксонометрии. На фиг 5 приведена элекфическая схема блока. На фиг 6 представлен общий вид конструкции силового полупроводникового блока, содержащий элекфически изолированные фуппы полупроводниковых приборов. На фиг 7 приведена конструкция U - образного колена с вложенной в него прямоугольной гайкой. На фиг8 изображен общий вид полупроводникового блока с U - образным коленом на токоподводящей шине.
Полупроводниковый блок, изображенный на фиг 1, состоит из оребренных охладителей 1 и 2, токоподводящих шин 3, 4, 5, уголков 6,7, укрепленных на выступающих плоских областях охладителей 9 и 10. К уголкам крепятся электрические шины для присоединения полупроводникового блока к электрической схеме устройства, в котором он применен. Кроме того, на них монтируются стенки воздуховодов 11 и 12. Одно из возможных направлений подвода воздушного потока показано стрелками на фиг.1. Охладители соединены между собой посредством стяжных устройств 8. Ребра охладителей направлены в противоположные стороны.
В охладителях 1 и 2 изготовлены по восемнадцать отверстий 16, в которые запрессованы полупроводниковые приборы 13 ( фиг2 и фигЗ ). Отверстия расположены на ребрах охладителей. Каждый охладитель блока является электрическим проводником, соединяющим между собой корпусы 14
полупроводниковых приборов, и теплопроводом, рассеивающим тепло, выделяемое полупроводниковыми приборами. Полупроводниковые приборы, запрессованные в охладитель, разделены на три группы, каждая из которых содержит 6 шт. параллельно соединенных приборов, группы расположены в I, II и III рядах. Параллельное соединение полупроводниковых приборов группы достигается различными способами, например, пайкой выводов 15 с металлическими перемычками 19 через отверстия 21 ( на фиг. 3 в I ряде металлическая перемычка не показана.). В охладителе 1 установлены полупроводниковые приборы с катодным электродом на корпусе 14 ( фиг.2 а). В металлических перемычках 19 изготовлено по 2 отверстия 20 соосных с отверстиями 18 в охладителе 1. Между металлическими перемычками 19 и плоской частью охладителя помещены изоляторы 22, шайбы 23 и тарельчатые пружины 24. Аналогичную конструкцию имеет охладитель 2 с установленными в нем приборами с анодным электродолЛ на корпусе14 ( фиг.2 Ь).
В одном из охладителей блока, например, 1 в отверстия в металлических перемычках, изоляторах, шайбах, тарельчатых пружинах и охладителе вставлены направляющие штифты 26, изготовленные из электрически изоляционного материала (фиг.4), на которых надеты токоподводящие шины 3, 4, 5 с отверстиями 25 и собранный охладитель 2 , после этого охладители соединены между собой посредством стяжных устройств 8.
Между каждой токоподводящей шиной и металлическими перемычками осуществлен прижимной электрический контакт в двух точках. Направляющие штифты ( по два штифта на каждую токоподводящую шину ), вставленные в отверстия охладителей, препятствуют токоподводящим шинам перемещаться относительно охладителей.
Электрическая схема блока приведена на фиг. 5. На ней пунктирными линиями 27 и 28 обозначены катодная и анодная секции блока, каждая из которых смонтирована в охладителе 1 и 2, соответственно. Охладители 1 и 2 выполняют роль проводников 35...38 -и 39...42, проводниками 43...45 являются металлические перемычки 19, проводниками 46...48 являются аналогичные металлические перемычки охладителя 2, одна из которых показана в ряде III фиг 4. Проводниками 49 и 50, 51 и 52 , 53 и 54 являются токоподводящие шины 3,4,5 ( фиг. 1).
На фиг 6 изображена конструкция полупроводникового блока, состоящего из двух электрически изолированных групп полупроводниковых приборов, что достигается с помощью изоляционных пластин 60 и 61. Изоляционная пластина 60 расположена между металлической перемычкой 59 и токоподводящей шиной 57. К этой шине прижимается металлическая перемычка второго охладителя ( на фиг.2 он не показан). Изоляционная пластина 61 располагается на токоподводящей шине 58, которая находиться в прижимном электрическом контакте с металлической перемычкой 59. Электрическая схема блока изображены в верхней части фиг.6.
На фиг.7 изображено U - образным коленом с вложенной прямоугольной гайкой, на фиг. 8 - общий вид полупроводникового блока U - образными коленами на токоподводящих шинах 62, 63, 64.
На участке токоподводящей шины 65 ( фиг. 7), выступающем за пределы охладителей, изготовлено U -образное колено 66 с отверстиями 67, 68. В изоляторе 69 имеется прямоугольный паз 70 с выступом 71 и отверстием 72. Токоподводящая шина вставляется в отверстие 72 изолятора со стороны прямоугольного паза, при этом U- образное колено с вложенной в него прямоугольной гайкой 73 помещается в прямоугольном пазе 70. Изолятор 71 расположен между плоскими областями охладителей 1 и 2 ( фиг. 8). На фиг .
изображен один изолятор 69 и две гайки 73.
Предлагаемая конструкция силового полупроводникового блока имеет следующие преимущества перед прототипом:
а улучшены эксплуатационные характеристики полупроводникового блока,
а значительно упрощена конструкция силового полупроводникового блока, содержащего параллельно соединенные полупроводниковые приборы,
а обеспечен интенсивный отвод тела от полупроводниковых приборов при малых габаритах блока,
а исключены механические воздействия на полупроводниковые приборы.
11