Сильноточное выпрямительное устройство

Союз Соеетскнк Социапистнчесиих Респубпки(31) 12295/76 (ЗЗ) Швейцария осударственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(53) УД публиковаио 1107.79.Бюллетень2 621. 38 088,8) сании 15,07.7 ата овублннован Иностранцыханнес Кноблох и Эрнст Брунне (Швейцария) 72) Авторы изобретения Иностранная ФирмаХ.А. Шлаттер АГ (Швейцария) аявитель(54) СИЛЬНОТОЧНОЕ ВЫПРЯЪИТЕЛЬИОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к сипьноточным выпрямительным устройствам, содержащим таблеточные полупроводниковые приборы, которые своими контактнымл поверхностями зажаты между 5 охлаждающими контактными телами, В таких сильноточных выпрямлтельных устройствах используются полупроводниковые выпрямительные элементы с очень большими допустимыми номиналь-, 10 ными токами и сравнительно низкими рабочими напрчжениями. Именно большие номинальные токи и сопутствующие им побочные явления, предъявляют определенные требования к конструк циям таких устройств.Полупроводниковый выпрямитель элемент зажат между контактными телами, которые, во-первых, должны гарантировать безукоризненный электричес кий контакт с низким переходным сопротивлением к выпрямительному элементу, переходное сопротивление которого должно воспринимать ток порядка нескольких килоампер. Во-вторых, кон- о 5 актные тела для обеспечения постоянного контакта должны принимать и переносить прижимные усилия, которые. могут претерпевать небольшие изменения вследствие неизбежных тепловых З) расширений и допусков при изготовлении различных элементов конструкции, а также магнитных сил между ними, В третьих, контактные тела должны отводить неизбежные тепловые потери, возникающие при нагрузке, Кроме того вся конструкция выпрямителя должна быть компактной, чтобы сохранить путь тока. и, тем самым, импеданс небольшими. Но с другой стороны, изза очень большой силы тока все проводящие соединения должны иметь значительно увеличенные поперечные сечения и естественно выполняются, как правило, массивными.Известно выпрямительное устройство в котором, по крайней мере, один полупроводниковый элемент зажат между двумя контактными телами, являющимися радиаторами и токоподг дами 1, В таких устройствах прижимное давление обеспечивается посредством двух стоек и давящей на один из радиаторов дополнительной деталью, Давление осуществляется спомощью пружин.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является сильноточное выпрямительное устройство содержащее, по крайнеймере, один полупроводниковый элемент",зажатый между снабженными каналамиохлаждения контактными тела(и, одноиз которых подвижно, с внешнейстороны снабжено прижимным механизмом,содержащим пружину, и через деформирующийся проводник электрически соединено с токопроводящей деталью 121.,В известных выпрямительных Устройствах деформирующийся контактный,проводник состоит из соединительнойпланки, выполненной из медного листатолщиной в несколько миллиметров, которая одним концом плоско привинчена.к торцу соответствующего контдктноготела, выведена от него в сторону, адругим концом плоско свинчена непосредственно с выполненным в ниде соединительной детали концом вторичнойобмотки трансформатора. Давление наконтактное тело осуществляется припомощи пакета тарельчагых пружин, дейОст ву 10111 их непОсредственно 1". а КОнт акт-ное тело в осевом направлении приблизительно в его середине. В конце соединительной планки выполнена вьтелкадля прохокдения проушин тарельчатыхпружин, Свободный отрезок соедин;лтельной планки между ее привинчнныщя 1(он -цами может прогибаться для ксмпенсации неизбежных производственныхДопусков, а также дв 1 лжений, обусловленных тепловым расширением при рабаТЕ, НО П"И ПОВЫШЕН 1 ЫХ ПЛОЩдД 51 Х ПОПЕРечного сечения соединительной планки, диктуемых номинальным током,необходима достаточная сила., тобь 1ее сгибать. Эта сила. вызывает нежелательную асимметоию в натяжении, Исходящем от тарельчатых поужи и действующем на контактное тело, в Результате чегО контактнОе ддвление на выпрямительный элемент и, следователь сно, переходное сопротивление Распределяется неравномерно по контактнойповерхности. Большая гибкось соединительной планки может быть реализована только при отказе от компд.ктнойконструкции и,. следовательнО, приудлинении путей тока. Таким образом в известных кон(трукциях большое взаи:.1 ное влияние токоГГ подвода тепгоотвода и ус 11 лие при жи иаЦелью изобретени 51 является Уст 1 да - нейие взаимного влияния токоповода. теплоотвода и прижимного усилия.Цель достигается тем, что подвижное контактное тело Расположено с радиальным зазором в цилиндрическом пространстве Образовднном тОкО.РОзо" дящей деталью, окружено по периметру Деформлрующимся проводником. пезекрывающнм радиальный зазор, а в еикней части подвижного контактного те ла вьполнен кольцдврй 1 дндл терр 1 - тично соединенный с каналами охлажцения вь 1(1 ол 11 ен 11 ы"и в токопроэодя(цей( детали. Прижимной механизм выполнен в виде тарельчатой пружины и шаровой опоры, установочный винт которой размещен в неподвижной крышке, закрепленной на токопровдящей детали,Дефорирующийся проводник выполнен в виде пластинчатого кольца, концы.пластин которого прилегают по периметру подвижного контактного тела ивнутренней стенки токопроводящей детали по линии, параллельной действиюпружины.Деформирующийся проводник,образованный слоем легкоплавкой эвтектики, расположен в ограниченномпрокладками, кольцевом зазоре междуподвижным контактным телом и внутренней стенкой токопроводящей детали.Канал охлаждения выполненный попериметру подвижного контактного тела, расположен на его конце, прилегающем к полупроводниковому элементу.Канал охлаждения в подвижном контактном теле выполнен в виде кольцевой канавки, уплотненной с обеихсторон прокладками.Ба фиг. 1 поедставлена электрическая схема предлагаемого устройства.; на Фиг. 2 - предлагаемое устройство,вид сбоку;на Фиг, 3 - то же,вид сверху;на фиг 4 - то же, разрез,11-А на фиг. 3 в увеличенном масштабе;на фиг. 5 - дефор 1.ирующий контактный проводник, выполненный в видепластинчатого кольца ь увеличенноммасштабе;на фиг. б - то же, другойвариант в виде слоя легкоплавкой эвтектики.Три однофазных трансфориатора 1 -3 с магнитно-разделенными контурамисвоими первичными обмотками 4-6, соединенными в звезду, подключены к тремфазам В, Я, Т трехфд.зной систеы. Вто 1 ричные обмотки 7, 8 и 9 трех однофазных трансформаторов имеют по отводу от средних точек 10, 11 и 12,соединенных друг с другом и подключенных к шине 13, образующей иинусовой полюс или массу выпрямителя.КОнцы вторичных Обмоток 7-9 черезвыпрямительные устройства 14 (радипростоты, изображены как ДИОДЫ) ПОдключены к шине 15, образующей плюсовой полюс выпрямителя. Взятое врамку на фиг, 1 штриховой линией В,изобрдкено на фиг, 2 и 3 а нафиг. 4 показана часть взятая в рамку на фиг,1 пунктирной линией С,Всевыпрямительные Устройства 14 принципиально одинаковы, причем в каждомвыпряИительном устройстве предусиотрено по одному или несколько параллельно включенных полупроводниковыхвьпрямительных элементов.Нд. Фиг, 2, 3 и 4 показаны шины13, 15, которые через изолирующуюПРокладку 1.б мощными болтами 17 игайками 18 соединены между собойжестким Т-Образнььм Профилем. При10 этом болты 17, как видно на фиг.4, 1посредством изолирующих втулок 19 и изолирующих подкладных шайб 20 электрически изолированы от шины 15, в то время, как шина 13 лежащая на потенциале корпуса, не изолирована от болтов 17 и гаек 18. Кроме того, болты 17 служат также (на чертеже не показано) для присоединения Фланцами шины 13 непосредственно к отводам от средних точек, выведенных в виде подсоединительных пластин вторичных обмоток 7, 8 и 9. К обеим сторонам шины 15 через промежуточный слой изолирующих пластин 21 и 22 прикреплены по три колодкообразных массивных соединительных детали 23 и 24, Это закрепление для каждой соединительной детали осуществляется крышками 25, которые, со свей стороны, при помощи четырех болтов 26, изолированных от относящихся к ним крышек и блоков с помощью изолирующих подкладных шайб 27 и изолирующих втулок 28 и проходящих через промежуточные пластины 21, 22 насквозь, привинчены к Фланцам шины 15, Каждая прямоугольная крышка 25 изолирующей прокладкой 29 электрически изолирована от относящейся к ней соединительной детали и заделана в цилиндрическую камеру 30, образованную относящейся к ней соединительной деталью и проходящую через изолирующие промежуточные пластины 21, 22. Каждая соединительная деталь в представленном примере исполнения имеет три идентично изготовленных камеры 30, из кото рых на фиг. 4 представлена талька одна. Соединительные детали 23 и 24 со своими (фиг, 4 внизу боковыми поверхностями, компланарными с плоскими сторонами шины 13,служат кон тактным блоком к концам вторичных обмоток 7-9 трансформаторов 1-3, изготовленных в виде соединительных пластин (на чертеже не показано).Для свинчивания соединительных деталей 23, 24 с относящимся к нимсоединительными пластинаьи вторичной обмотки служат болты 31, проходящие через блоки и снабженные гайками. 50Каждая из камер 30 служит дляразмещения полупроводникового выпрямительного элемента 14, например, в его стандартной форме, а именно в форме шайбы или диска, плоскости которого являются контактными плоскостями. Плоский торец выпрямительного элемента 14 плотно наложен на плоскую боковую поверхность шины 15, которая служит в этом случае базовой поверхностью для всех выпрямительных элементов, расположенных на этой стороне шины 15. То же самое относится ко всем девяти выпрямительным элементам, помещенным в соединительные детали 24, На другую плоскую 65 поверхность выпрямительного элемента 14 наложена торцовая поверхность выполненного в виде поршня контактного тела 32, которое с радиальным зазором расположено в камере 30. На противоположной относительно выпрямительногс элемента стороне контактного тела 32, сформирована централь" ная пружинная камера 33 и коаксиальное направляющее отверстие 34 для нее. В пружинной камере 33 расположен пакет тарелъчатых пружин 35, ко" торые одним концом опираются на дно пружинной камеры 33 и другим концомна головку перемещаемого в направляющем отверстии 34 направляющего болта 36. В головную часть 37 конического отверстия 38 помещен шарик 39, который в свою очередь, в отверстии 40 подпирается концом установочного винта 41, который ввинчен в резьбозое отверстие 42, образованное в середине крышки 25. Контактное тело 32 по мере ввинчивания установочного винта 41, нажимает на выпрямительный элемент 14, и благодаря зазору между его объемом и внутренней стенкой камеры 30 оно способно к перекосу, чтобы выравнять ошибки в соосиости плоских сторон выпрямителъных элементов 14 и также их допуски на толщину. Благодаря этому выполняется требование необходимой, механически равномерно действующ"й на выпрями- тельный элеменг 14 прижимной силы.Для обеспечения способного к большсй нагрузке электрического контакта между контактным телом 32 и соединительной деталью 23 по периметру контактного тела 32 выполнена неглубокая, открытая наружу. канавка 43, в которую вложено пластинчатое контакное кольцо 44, перекрывающее зазор между контактным телом 32 и внутренней стенкой камеры 30.Контактное кольцо 44 может быть согнуто из контактной ленты 45 часть которой изображена на фиг. 5. Такая пластинчатая контактная лента 45 состоит из листовой ленты 46, из которой посредством ряда 1-образных прорезей вырезаны пластины 47, поперечные к направлению ленты 46 и которые подвернуты на угол примерно от 40 до 45 к плоскости ленты 46, Но концы пластин 47 посредством действующих как крутильные пружины стенок остаются соединенными с боковыми кромками 48, 49 ленты. Контакт;ная лента 45 может быть изготовлена из электрически хорошо проводящего материала с пружинными свойствами, например из бериллиевой бронзы а посеребренной илн позолоченной поверхностью. Б встроенном положении пластины 47 ленты 45, свернутой в кольцо 44, пружиняще закручены назад и зацепляются поэтому как с дном канавки 43 и благодаря этому, 674696также, с контактным телом 32,так ис внутренней стенкой камеры 30 и,следовательно, с соединительной деталью 23, Так как пластины 47 касаются камеры 30 по образующеи:, гарантируется осевая подвижность контактного тела 32 в камере 30. Однако силы трения, действующие в осевом направлении, распределяютсяравномерно вокруг оси контактноготела 32 и поэтому не получаетсяасимметрии в прижимной силе, Таким 10контактным проводником обеспеченохорошее электрическое соединение,и,переходное сопротивление минимально, ток протекает через каждую отдельную пластину, активное передаточное поперечное сечение которойпрактически соответствует произведению длины пластины на толщину лентЫ, Кроме того, контактное кольцоакже по свей радиалй тлщинсжимаема, так как пластины 47 пружиняще поворачиваются назад в плоскости ленты,При выголнении контактного деформирующегося проводника в виде плас 25тинчатого кольца может в некоторыхслучаях происходить фрикционноесоединение.Этого можно избежать, если электрическое соединение между деталью23 и контактным телам 32 образованотак, как схематически изображено нафиг, 6, В этом случае кольцевое прс- юстранство 50 между объемом контактного тела 32 и внутренней стенкойкамеры 30 по оси ограничено двумя 35прокладками 51, перекрывающими зазор между контактным телом 3 ивиутренней стенкой камеры 30, Этакольцевое пространство заполнено слоем легкоплавкой эвтектики 52 из систЕм металлов:В 1, Бп, ГЬ, Сс 1, ь 1 с), 3 п,.Оа. Такая эвтектика является жидкойпри невысоких температурах Т 15 С,то есть почти при комнатной температуре,В жидком состоянии такая эвтектика дает очень низкое переходное сопротивление и не создает вообще никакого фрикцнаннаго соединения. Такой жидкий кантактн:.и проводник особенно пригоден,. потому чта 50объем,кольцевого простоанства 50 постоянен, независима от О еваго и радиальнОго положений контактного тела32 в камере 30,Таким Обзазом, выполняется также55второе требование: хорошее электрическое контактирование между контактным телом 32, и соединительной деталью23 без существенного нанесения вредасредствам, создающим прижимную силу.Для Отведения потерь тепла какв шине 13 так и в шине 15, образованы каналь;: ахчаждэния 53 и 34, которые подключены к охладнтельному контуру (подробно не показан). В соеди65нятельных деталях 23, 24, как виднс из фиг, 4, через ниппельное отверстие 55, также подключенное к охладительному контуру (не показан), выполнены каналы охлаждения 56, 57, которые через радиальные отверстия 58, 59 сообщаются с камерой 30 и, следовательно, с открытой наружу канавкой 60, образованной в объеме контактного тела 32. Канавка 60 при помощи зазора между контактным телом 32 и внутренней стенкой камеры 30 герметизируется перекрывающей прбкладкой 61. Канавка расположена вблизи контактной поверхности, обращенной к выпрямительному элементу 14. Таким образом, тепло от выпрямительного элемента отводится через контактное тело в канавку 60, прежде чем оно может повлиять на месса контактов контактного кольца 14,и наоборот,поступающее на эти места контактов тепло,в известной мере не отведенное посредством охладителя в каналах 57, отводится ахладителем в канавке 60, прежде чем она сможет существенно повлиять на температуру поверхностей, прилегающих к выпрямительному элементу. Благодаря этому выполняется третье требование; отвод тепловых потерь.Беобхадима отметить, что Отвод тепла и прохождение тока от контактного тела 32 в радиальном направлении осуществляется в различных плоскостях, в то время как прижимная сила действует только по оси, причем средства для отвода тепла и для переноса тока, а также прижимная сила к контактному телу 32 и соответственно от него, практически не влияют друг на друга.Формула и э о брет ени я1. Сильноточнае выпрямительное устрсйства, содержащее по крайней мере, один полупроводниковый элемент, зажатый между снабженными каналами охлаждения контактными тела- ми,. одно из которых подвижно, с внешней стороны снабжено прижимным механизмом, содержащим пружину, и через деформирующийся проводник электрически соединено с токопроводящей деталью, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью устранения взаимного влияния такоподвода, теплоотвода и прижимного усилия, подвижное контактное тело расположено с радиальным зазором в цилиндрическом пространстве, образованном токо- проводящей деталью, окружено по периметру деформирующимся проводником, перекрывающим радиальный зазор, а в нижней части лодзи:-.Наго контакт- нога тела выпс".нен кольцевой канал охлыкдения, герметично соединенный с каналами Охла дения, выполненными в токоправодящей детали.9 67462. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что прижимной механизм выполнен в виде тарельчатой пружины и шаровой опоры, установо"- ный винт которой размещен в неподвиж.- ной крышке, закрепленной на токо- проводящей детали. 53. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что деформирующийся проводник выполнен в виде пластинчатого кольца, концы пластин которого прилегают по периметру под О вижного контактного тела и внутренней стенки токопроводящей детали по линии параллельной действию пружины.4. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что деформирующийся проводник, образованный слоем легкоплавкой эвтектики, расположен в ограниченном прокладками кольцевом зазоре между подвижным 96 10контактным телом и внутренней стг якой токопроводяшей летали.5. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каналохлаждения, выполненный по перимет-.ру подвижного контактного тела, расположен на его конце, прилегающемк полупроводниковому элементу,б, Устройство по пп. 1-5, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что каналохлаждения в подвижном контактномтеле выполнен в виде кольцевой канавки, уплотненной с обеих сторочпРокладками.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1; Патент ФРГ Р 1914790,кл. 21 у 11/02, 1970.2, ЯсЬ 1 а 1 ек Вц 11 е 11 п, фирмыН.А. ЯсЬ 1 аТек А.С., Швейца 1 ич У 18,1975, с. 3-12.иценко каз 3935/61 ПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектн лиа Тираж 922 ИИПИ Государственного по делам изобретений 5, Москва, Ж, Раушс