ES2290622T3 - Modulo de conmutacion de potencia y ondulador equipado con este modulo. - Google Patents
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Abstract
Módulo de conmutación de potencia que comporta: - al menos un conmutador de potencia (110 a 113) encima de al menos otro conmutador de potencia (20 a 23), cada conmutador de potencia comporta dos paredes respectivamente superior e inferior, estas dos paredes son aptas a ser enfriadas cada una por conducción térmica con un fluido de enfriamiento, - dos soportes (90) y (120) sobre los cuales se fijan respectivamente las paredes inferiores y superiores (50) de los conmutadores de arriba y de abajo, - canales cerrados inferiores (96) y superiores (116) dispuestos respectivamente en los soportes (90) y (120) configurados para hacer circular un fluido de enfriamiento a lo largo respectivamente de las paredes inferiores y superiores (50) de los conmutadores de arriba y de abajo, caracterizado en que comporta una cuña (130) alojada entre el o los conmutadores (110 a 113) de arriba o entre el o los conmutadores (20 a 23) de debajo de manera a mantener entre ellos una distancia predeterminada en la cual están dispuestos, un vaciado inferior (133) a lo largo y por encima de la pared superior (60) del o de cada conmutador de debajo así como un vaciado superior (134) a lo largo y por debajo de la pared inferior (60) del o de cada conmutador de encima para enfriar estas paredes (60) haciendo circular un fluido de enfriamiento en cada vaciado inferior (133) y superior (134).
Description
Módulo de conmutación de potencia y ondulador
equipado con este módulo.
La invención trata de un módulo de conmutación
de potencia y un ondulador polifásico equipado de este módulo.
Más precisamente, el invento concierne un módulo
de conmutación de potencia que contiene:
- -
- al menos un conmutador de potencia encima de al menos otro conmutador de potencia, el o cada conmutador de arriba contiene una pared superior, y el o cada conmutador de abajo comporta una pared inferior, estas paredes inferior y superior son aptas para ser enfriadas por conducción térmica con un fluido de enfriamiento.
- -
- Canales cerrados inferiores y superiores configurados para hacer circular el fluido de refrigeración a lo largo respectivamente de las paredes inferior y superior de los conmutadores de encima y de abajo.
Tales módulos de potencia están por ejemplo
utilizados en los onduladores de potencia trifásica alimentando
motores de máquinas eléctricas, así como que los motores de
tracción de un tren.
Clásicamente, tales onduladores de potencia
comportan dos interruptores por fase.
Las corrientes a conmutar siendo relativamente
importantes, es decir por ejemplo, del orden de algunos millares de
amperios, cada interruptor está en realidad formado por varios
conmutadores de potencia, ellos mismos formados cada uno de una
multitud de interruptores elementales, así como, por ejemplo,
transistores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Del
hecho de la presencia de esta multitud de transistores, estos
interruptores de potencia son por una parte, voluminosos y, de otra
parte, deben ser enfriados para evitar un calentamiento
excesivo.
Para este resultado, es conocido que se forma un
módulo de conmutación en el cual los dos interruptores de una misma
fase están dispuestos uno encima del otro, de manera a reducir la
saturación de este módulo. En este modo de realización conocida, un
circuito de enfriamiento está dispuesto únicamente sobre las
superficies exteriores de cada interruptor del módulo, de tal
manera que evacua el calor generado por los transistores. Bien que
este módulo, que comporta dos interruptores uno encima del otro, sea
menor impedimento que aquellos utilizados hasta ahora, su
saturación queda, de todas formas, importante.
Así, la invención busca reducir aún más la
saturación de un módulo de conmutación de potencia que comporta al
menos dos interruptores de potencia uno encima del otro.
Es además conocido del documento de la patente
FR 2 169 093 A1 un arreglo modular de los componentes
semiconductores de potencia, en el cual elementos semiconductores
están dispuestos en cajas en forma de disco. Un líquido de
enfriamiento puede circular en el espacio que contiene elementos
elásticos entre dos cajas superpuestas. Este líquido permite el
enfriamiento de la pared inferior de la caja de encima y de la
pared superior de la caja de abajo. Además, las paredes externas de
este arreglo modular son también enfriadas por un líquido de
enfriamiento que circula a largo del módulo. Es por lo tanto,
conocido el hecho de enfriar un módulo de conmutación de potencia
por una doble circulación de líquido de enfriamiento por una parte
a lo largo de las paredes externas del módulo y por otra parte al
interior mismo del módulo. Sin embargo, en el arreglo modular
descrito en este documento de patente, los medios elásticos en el
espacio entre dos cajas superpuestas molestan la saturación del
líquido de enfriamiento a lo largo de las caras de las cajas
internas al módulo, y el cambio térmico es por lo tanto de una
eficacia limitada. La saturación de este módulo se queda así
importante con relación a la cantidad de corriente que puede
conmutar el módulo. Una relativamente grande cantidad de líquido de
enfriamiento es necesaria para disipar el calor por las caras
interiores de los componentes.
Las enseñanzas de este documento no permiten por
lo tanto, a partir de un módulo de conmutación conocida en el cual
un circuito de enfriamiento está dispuesto únicamente sobre las
superficies exteriores de cada uno de los interruptores del módulo,
de modificarse un tal módulo para reducir aún más la saturación
como se busca en la inven-
ción.
ción.
La invención tiene por tanto por objeto un
módulo de conmutación de potencia que contiene:
- -
- al menos un conmutador de potencia encima de al menos otro conmutador de potencia, cada conmutador de potencia contiene dos paredes respectivamente superior e inferior, estas dos paredes son aptos para ser enfriados cada una por conducción térmica con un fluido de enfriamiento.
- -
- Dos soportes sobre los cuales son fijados respectivamente a las paredes inferiores y superiores de los conmutadores de arriba y de abajo.
- -
- Los canales cerrados inferiores y superiores dispuestos respectivamente en los soportes y configurados para hacer circular un fluido de enfriamiento a lo largo respectivamente de las paredes inferiores y superiores de los conmutadores de arriba y de abajo, caracterizados en que comporta una cuña alojada entre el o los conmutadores de encima y el o los conmutadores de debajo de manera a mantener entre ellos una distancia predeterminada en la cual están dispuestas, un vaciado inferior a lo largo y por encima de la pared superior del o de cada conmutador de debajo así como un vaciado superior a lo largo y por debajo de la pared inferior del o de cada conmutador de encima para enfriar estas paredes haciendo circular un fluido de enfriamiento en cada vaciado inferior y superior.
En este módulo aquí arriba mencionado, los
conmutadores de potencia son enfriados cada uno por encima y por
debajo. Entonces, el calor creado por las perdidas por conmutación
de los transistores es evacuado por medio de dos paredes. El fluido
de enfriamiento circula sin obstáculo en cada uno de los vaciados
inferior y superior, y el enfriamiento de los transistores es por
lo tanto de mejores prestaciones que lo realizado en el estado de
la técnica. Además, la cantidad de corriente que puede conmutar un
transistor está principalmente limitada por su capacidad de disipar
el calor. En particular, cuando un transistor es enfriado, ha sido
constatado que es posible hacer conmutar a este transistor
corrientes hasta cinco veces superiores al valor nominal prevista
para este transistor. Así, a características eléctricas iguales, el
interruptor de potencia que está formado por los conmutadores de
potencia utilizados en este módulo anteriormente mencionado,
presenta menos transistores que un interruptor de potencia en el
estado de la técnica enfriado únicamente por una sola pared. Puesto
que el número de transistores en cada conmutador de un interruptor
de potencia es reducido, la saturación de cada interruptor es
igualmente reducido. Se constata que esta disminución del tamaño de
cada interruptor equilibraba ampliamente el aumento del tamaño del
módulo de conmutación debido a la presencia de paredes
suplementarias y de un segundo circuito de circulación de fluido de
enfriamiento. En consecuencia, un módulo de conmutación según el
invento equipado de dos circuitos de enfriamiento presenta
finalmente una saturación inferior al de un módulo de conmutación
conocido que no tiene más que un solo circuito de enfriamiento.
Según otras características del módulo de
conmutación conforme a la invención, este se caracteriza por:
- -
- los vaciados inferior y superior que poseen dos extremidades conectadas entre ellas para formar un solo circuito de circulación de fluido de enfriamiento;
- -
- el o cada conmutador comporta un solo radiador térmico conectado a una de estas paredes inferior o superior, este radiador esta equipado de alabes en contacto directo con el líquido de enfriamiento que circula en los canales o los vaciados;
- -
- Sólo la pared superior del o de cada conmutador de encima comporta un radiador, y sólo la pared inferior del o de cada conmutador de debajo comporta un radiador;
- -
- Los alabes de los radiadores son paralelos a la dirección principal de circulación del fluido de enfriamiento;
- -
- Los canales inferior y superior están conectados el uno al otro para formar un solo segundo circuito de fluido de enfriamiento a lo largo de la pared superior del o de cada conmutador de encima y a lo largo de la pared inferior del o de cada conmutador de debajo;
- -
- El o cada circuito de circulación del fluido de enfriamiento esta acordada a una misma bomba apta para hacer circular el fluido de enfriamiento en el o cada circuito de circulación;
- -
- Al menos las extremidades de un vaciado y de un canal están conectadas a una embocadura común de entrada o de salida del fluido de enfriamiento;
- -
- La cuña es de forma sensiblemente paralelepípeda y comporta un alojamiento para cada uno de los conmutadores
- -
- La forma de la cuña está adaptada para sellar herméticamente la superficie abierta de los canales inferiores y superiores;
- -
- Cada conmutador comporta varios transistores, y pistas eléctricas sobre las cuales el emisor y/o la rejilla de cada transistor está soldada, estas pistas están realizadas sobre una superficie interior de la pared enfriada por el fluido de enfriamiento que circula en los vaciados;
- -
- Cada conmutador comporta además de las pistas eléctricas sobre las cuales el colector de cada transistor está soldado, estas pistas están realizadas sobre una superficie interior de la pared enfriada por el fluido de enfriamiento que circula en el canal;
- -
- Los transistores están conectados (empalmados) eléctricamente a las pistas eléctricas por medio de cilindros de soldadura fundidos.
La invención tiene igualmente por objeto un
ondulador polifásico en el cual cada fase comporta dos
interruptores formados cada uno de al menos un conmutador,
caracterizado porque los dos interruptores de una misma fase están
realizados con la ayuda de un solo módulo de conmutación de
potencia conforme a un módulo según el invento.
\newpage
El invento será mejor comprendido tras la
lectura de la descripción que sigue dada únicamente a título de
ejemplo y hecha refiriéndose a los dibujos sobre los cuales:
- la figura 1 es un esquema eléctrico de un
ondulador de potencia que comporta varios interruptores,
- la figura 2 es un esquema eléctrico parcial de
uno de los - interruptores del ondulador de la figura 1,
- la figura 3 es un vista abierta de un
conmutador utilizado para realizar uno de los interruptores del
ondulador de la figura 1,
- las figuras 4 y 5 son respectivamente vistas
de corte según la línea IV de la figura 5 y según la línea V de la
figura 4 de un interruptor del ondulador de la figura 1, y
- las figuras 6 y 7 son respectivamente vistas
en corte según la línea IV de la figura 7 y según la línea Vil de
la figura 6 de un módulo de conmutación conforme al invento.
La figura 1 representa un ondulador trifásico de
potencia 2 destinada a alimentar una máquina eléctrica giratoria 4,
tal que un motor, bajo el mando de un calculador electrónico 6.
El motor 4 es, por ejemplo, uno de los motores
de tracción de un tren.
El calculador 6 y los procedimientos de mando de
un ondulador trifásico son conocidos. No serán por lo tanto
descritos en detalle aquí.
El esquema eléctrico del ondulador 2 es clásico.
Se compone de tres fases eléctricas idénticas, 10, 12 y 14 formadas
cada una por dos interruptores de potencia idénticos 16 y 18. Cada
interruptor de potencia está aquí destinado a conmutar corrientes
de varios millares de amperios y apta para resistir diferencias de
potencial de varios millares de voltios.
Para este resultado, cada interruptor está
formado a partir de varios conmutadores conectados en paralelo.
La figura 2 representa, por ejemplo, un
interruptor formado por 4 conmutadores idénticos 20 a 23. Sólo el
conmutador 20 está representado en detalle.
Aquí, como ejemplo, cada conmutador se compone
de 4 transistores IGBT 26 a 29, conectados en paralelo y de dos
diodos 32, 33, conectados en posición anti-paralela
a los bornes de estos transistores.
Cada transistor es, por ejemplo, capaz de
soportar una tensión de 3000 voltios y una corriente nominal máxima
de 150 amperios. El hecho de estar conectados en paralelo los
transistores permite por lo tanto realizar un conmutador capaz de
conmutar una corriente mucho más importante que la soportada por
cada uno de los transistores que lo constituyen.
La rejilla de cada uno de los transistores 26 a
29 está conectada por medio de una resistencia respectiva 36 a 39 a
un electrodo de mando de rejilla no representada.
La figura 3 representa una vista en perspectiva
la representación gráfica de la estructura de un conmutador 20. El
conmutador comporta un substrato o pared inferior 50, formada de un
material eléctrico aislante y térmicamente conductor, tal que un
material eléctrico. El substrato 50 es sensiblemente rectangular y
dispuesto en horizontal.
Sobre una superficie interior del substrato 50
girado hacia arriba, están grabadas pistas eléctricas 52 enlazando
los colectores de los transistores 26 a 29 a electrodos de colector
54. Estos electrodos de colector 54 están soldados a las pistas 52
y sobresalen hacia el exterior sobre el pequeño lado trasero del
substrato 50.
Cada transistor comporta dos caras planas
opuestas. Aquí, sobre la figura 3, la cara inferior de cada
transistor porta los electrodos de colector del transistor,
mientras que la cara superior porta los electrodos de rejilla y de
emisor de este mismo transistor.
El colector de cada uno de los transistores 26 a
29 y el cátodo de los diodos 32 y 33 están empalmados por soldadura
a las pistas 52. La soldadura permite, además de la conexión
eléctrica de asegurar la conexión térmica del colector de los
transistores al substrato 50. Para asegurar una buena transferencia
de calor entre el colector de cada transistor y el substrato 50, la
superficie de soldadura se elige lo más grande posible.
El conmutador 20 comporta igualmente un
substrato o pared superior rectangular 60, formada por un material
eléctricamente aislante y térmicamente conductor. Sobre la cara
interior de este substrato 60 girada hacia el substrato 50, están
igualmente grabadas pistas eléctricas 62, 64. La pista 62 es para
conectar las rejillas de los transistores 26 a 29 a un electrodo de
rejilla 66 por medio de resistencias 36 a 39. La pista 64 es para
conectar los emisores de los transistores 26 a 29 a los electrodos
de emisor 68.
Aquí, los electrodos de rejillas y de emisores
66, 68 están fijados sobre el substrato 50.
Finalmente, el conmutador 20 comporta igualmente
un sensor de temperatura 70 y un radiador 72.
El sensor de temperatura 70 está fijado sobre la
superficie interior del substrato 50.
El radiador 72 es un radiador de cobre que
comporta una multitud de alabes 74 paralelas las unas a las otras.
El espacio entre dos alabes consecutivos 74 forma un pequeño canal
al final de la sección transversal sensiblemente rectangular, que
tienen, por ejemplo, una profundidad de 3 milímetros y un ancho de
1 milímetro. El radiador 72 está fijo por soldadura sobre la
superficie exterior del substrato 50, de tal manera que los alabes
74 estén paralelos al pequeño costado del substrato 50.
El substrato 60 está fijado paralelamente al
substrato 50 y por encima de éste con la ayuda de un procedimiento
de soldadura por cilindros de soldadura, conocido por el término de
Procedimiento de Soldadura "Bumps". Para esto,
cilindros de soldadura 80 están dispuestos sobre las diferentes
superficies para conectar eléctricamente y térmicamente a las
pistas 62 y 64 del substrato 60. Aquí, estos cilindros 80 están
dispuestos en particular sobre la superficie de ánodo de diodos 32
y 33, y sobre las superficies de los emisores y de las rejillas de
los transistores 26 a 29. Otros cilindros 80 están igualmente
colocados de tal modo que conecta los electrodos de rejilla 66 y
del emisor 68 a las pistas 62 y 64.
Durante el ensamblaje del substrato 60 sobre el
substrato 50, estos cilindros 80 están fundidos de manera a
conectar eléctricamente, térmicamente y mecánicamente el substrato
60 al substrato 50. Además, gracias a la utilización de estos
cilindros 80, la superficie de contacto entre las pistas 62, 64 y
las superficies correspondientes de los emisores y de las rejillas
de los transistores es importante y permite igualmente asegurar una
buena transferencia de calor entre estas superficies soldadas.
Sólo un radiador 72 está fijado del lado del
colector de los transistores pues ha sido constatado que la
cantidad de calor susceptible de ser evacuada por el substrato al
cual están soldados los colectores es netamente superior a la
susceptible de ser evacuado por el substrato al cual están
conectados los emisores y las rejillas.
Una vez que el substrato 60 ha sido soldado al
substrato 50, el espacio entre estos dos substratos es llenado con
la ayuda de un gel dieléctrico de manera a aislar los componentes
eléctricos del ambiente exterior.
Las figuras 4 y 5 representan esquemáticamente
la estructura del interruptor 18. Este comporta un soporte inferior
90 de un material eléctricamente aislante tal que un plástico
dispuesto en horizontal.
Este soporte 90 está, por ejemplo, formado por
una plataforma paralelepípeda horizontal 92 soportado por cuatro
pies de ángulos verticales 94.
Sobre la superficie superior de la esta
plataforma 92, está arreglado un canal abierto 96 de sección
rectangular y se extiende paralelamente al lado más grande de la
plataforma 92. Este canal 96 está destinado a recibir el líquido de
enfriamiento así como los radiadores 72 de los conmutadores. Para
esto, el ancho y la profundidad del canal están adaptados al ancho
y a la altura del radiador 72. En particular, la profundidad es
elegida de manera que la extremidad libre inferior de cada alabe 74
esté en contacto con el fondo del canal 96 de manera a definir
entre cada alabe 74 un mini- canal de circulación del líquido de
enfriamiento. Tal configuración mejora la eficacia de los alabes
74.
Los cuatro conmutadores 20 a 23 que forman el
interruptor 18 están encajados en el soporte 90. Aquí, los
conmutadores 20 a 23 están dispuestos de manera que los alabes 74
de los radiadores sean paralelos al lado más grande del soporte 90.
Esta configuración permite facilitar el transcurso del líquido de
enfriamiento en el canal 96. Aquí, los substratos 50 de los
conmutadores 20 a 23 están por lo tanto alineados los unos detrás
de los otros en un mismo plano paralelo a la superficie superior de
la plataforma 92. La superficie inferior de los substratos 50 está,
por ejemplo, fijada por encolado estanco a los bordes del canal
96.
Las figuras 6 y 7 representan esquemáticamente
la estructura de un módulo de conmutación 100 ensamblado. Este
módulo de conmutación 100 reúne, por ejemplo, los interruptores 16
y 18 colocados en espejo uno encima del otro.
La estructura del interruptor 16 es, por
ejemplo, idéntica a la del interruptor 18 descrita a la vista de
las figuras 4 y 5. En particular, el interruptor 16 comporta cuatro
conmutadores 110 y 113 respectivamente idénticos a los conmutadores
20 a 23 fijados sobre un soporte 120, idéntico al soporte 90. Aquí
las mismas referencias que aquellas utilizadas para describir el
conmutador 20 son utilizadas para designar los elementos idénticos
de los conmutadores 110 a 113. El canal abierto en el cual están
alojados los conmutadores 110 a 113 lleva aquí la referencia
116.
En posición ensamblada, los substratos 60, están
de cara respectivamente a los conmutadores 110 a 113.
La cuña 130, en forma de paralelepípedo
horizontal, está alojada entre los substratos 60, respectivamente
de los interruptores 16 y 18 de manera a mantener los conmutadores
110 a 113 a una distancia predeterminada de los conmutadores 20 a
23.
\newpage
Esta cuña 130 comporta un alojamiento para cada
uno de los conmutadores 20 a 23 y 110 a 113. Además, la forma de
esta cuña 130 está adaptada para sellar herméticamente la
superficie abierta de los canales 116 y 96.
En el interior de esta cuña 130 está dispuesto
un solo primer circuito 132 de circulación de un líquido de
enfriamiento destinado a enfriar todos los transistores del módulo
100 por medio de los substratos 60. La extremidad izquierda de
estos vaciados semicirculares 133 y 134 está abierta, mientras que
las extremidades derechas de estos mismos vaciados están
fluidamente enlazadas por medio de un primer vaciados semicircular
136. De preferencia, el espesor de los vaciados 133 y 134 es
inferior o igual a un milímetro de manera a maximizar la eficacia
de la transferencia de calor en comparación al volumen de líquido
de enfriamiento puesto en marcha.
La cuña 130 comporta igualmente en su extremidad
derecha un segundo vaciado semicircular 138 enlazando líquidamente
las extremidades de la derecha de los canales 96 y 116. Así, se
crea un segundo circuito 140 de circulación del líquido de
enfriamiento propio a enfriar todos los transistores del módulo 100
por medio de los substratos 50.
Los circuitos 132 y 140 presentan cada uno una
sección longitudinal en forma de "U".
La extremidad derecha de la cuña 130 que
contiene los vaciados 136 y 138 sea construida con/en la cuña 130 o
forma un solo bloque con la cuña 130 sea, por ejemplo, construida
con/en uno de los soportes 90 o 120 o forma un solo bloque con uno
de los soportes 90 o 120.
En el interior del módulo 100, el primer y
segundo circuitos 132 y 140 están conectados con líquido por medio
de un enlace 141 en forma de "Y" a la salida de una misma
bomba 142.
De igual manera, las extremidades de la
izquierda del canal 116 y del vaciado 134 están conectados con
líquido por un enlace 144 en forma de "Y" a la entrada de esta
misma bomba 142. Así, una sola bomba permite hacer circular el
líquido de enfriamiento en los dos circuitos 132 y 140.
Aquí, la salida de la bomba 142 es para
propulsar el líquido de enfriamiento en el interior de los
circuitos 132 y 140, y la entrada de la bomba 142 es apta para
aspirar el líquido de enfriamiento presente en los circuitos 132 y
140.
El sentido de circulación de este líquido está
representado por las dos flechas en la figura 7.
El funcionamiento de los interruptores, cada
transistor produce calor a causa de las perdidas por conmutación
pero también a causa de la conducción de electricidad. La parte más
importante del calor producido es transferida por medio del
colector y del substrato 50 al radiador 72. La presencia de
pequeños canales finos formados por los espacios entre los alabes
74 del radiador 72 permite aumentar la superficie de contacto con
el líquido de enfriamiento que circula en los circuitos 140. La
transferencia de calor entre el radiador 72 y el líquido de
enfriamiento se hace por lo tanto de manera más eficaz.
La otra parte del calor producido por los
transistores es transferida por medio de los substratos 60,
directamente al líquido de enfriamiento que circula en el circuito
132.
Así, puesto que los transistores son enfriados
por medio de sus caras inferior y superior, el calentamiento de
cada transistor es considerablemente limitado. Por lo tanto, es
posible utilizar estos transistores para conmutar corrientes más
superiores al valor nominal de la corriente para la cual están
previstos. Es posible entonces gracias a la presencia de dos
circuitos de enfriamiento, respectivamente en las cara inferior y
superior de los transistores ya sea fabricar un módulo 100 de
conmutación, capaz de conmutar corrientes de valores superiores con
el mismo número de transistores ya sea reducir el número de
transistores y por lo tanto el tamaño del módulo 100 para conmutar
una corriente idéntica.
Aquí, el líquido de enfriamiento utilizado es,
por ejemplo, agua. Sin embargo, en una variante, otros líquidos de
enfriamiento pueden ser utilizados. Igualmente es posible
reemplazar el líquido de enfriamiento por un gas, tal un gas
inerte.
En una variante, también es posible convertir en
completamente independientes los circuitos 132 y 140, es decir, que
no tengan contactos por fluidos 141 y 144 en las extremidades de la
izquierda de los canales 96 y 116 y respectivamente de los vaciados
133 y 134. Aunque tal realización no presenta a priori
ventajas particulares, es sin embargo considerable hacer circular
gracias a la bomba 142 un líquido de enfriamiento en el circuito
140, y hacer circular gracias a otra bomba un gas inerte de
enfriamiento en el circuito 132.
Aquí, el módulo 100 descrito comporta un solo
primer circuito 132 de enfriamiento de los substratos 60 y un solo
segundo circuito de enfriamiento de los substratos 50 alimentados a
partir de la misma bomba. Sin embargo, en una variante, el módulo
de potencia comporta varios primeros circuitos de enfriamiento de
los substratos 60 y varios segundos circuitos de enfriamiento de
los substrato 50. Para esto, por ejemplo, los canales 96 y 116 y
los vaciados 133 y 134 abren en cada una sus extremidades derecha e
izquierda. Las extremidades abiertas de la izquierda están
conectadas de manera similar a lo descrito en el caso de la figura
7 a una primera bomba, mientras que las extremidades abiertas de la
derecha están conectadas de manera análoga a una segunda bomba. En
esta variante, los canales 96 y 116 forman dos primeros circuitos
independientes el uno del otro, de circulación de un fluido
destinado a enfriar los substratos 50, respectivamente de los
interruptores 16 y 18, Los vaciados 133 y 134 forman dos segundos
circuitos independientes de circulación de un fluido destinado a
enfriar los substratos 60, respectivamente de los interruptores 16
y 18.
El módulo 100 ha sido descrito en el caso
particular en el que los transistores son transistores IGBT. Sin
embargo, en una variante, los transistores son, por ejemplo,
transistores bipolares o transistores MOSFET o incluso reemplazados
por otros componentes electrónicos que sea necesario enfriar de
manera eficaz.
Los interruptores han sido descritos aquí en el
caso particular en el que comportan cuatro conmutadores. Sin
embargo, en una variante, un interruptor de potencia puede ser
formado por más de cuatro conmutadores o por menos de cuatro
conmutadores, así por ejemplo, por un solo conmutador.
Claims (17)
1. Módulo de conmutación de potencia que
comporta:
- -
- al menos un conmutador de potencia (110 a 113) encima de al menos otro conmutador de potencia (20 a 23), cada conmutador de potencia comporta dos paredes respectivamente superior e inferior, estas dos paredes son aptas a ser enfriadas cada una por conducción térmica con un fluido de enfriamiento,
- -
- dos soportes (90) y (120) sobre los cuales se fijan respectivamente las paredes inferiores y superiores (50) de los conmutadores de arriba y de abajo,
- -
- canales cerrados inferiores (96) y superiores (116) dispuestos respectivamente en los soportes (90) y (120) configurados para hacer circular un fluido de enfriamiento a lo largo respectivamente de las paredes inferiores y superiores (50) de los conmutadores de arriba y de abajo,
caracterizado en que
comporta una cuña (130) alojada entre el o los conmutadores (110 a
113) de arriba o entre el o los conmutadores (20 a 23) de debajo de
manera a mantener entre ellos una distancia predeterminada en la
cual están
dispuestos,
un vaciado inferior (133) a lo
largo y por encima de la pared superior (60) del o de cada
conmutador de debajo así como un vaciado superior (134) a lo largo
y por debajo de la pared inferior (60) del o de cada conmutador de
encima para enfriar estas paredes (60) haciendo circular un fluido
de enfriamiento en cada vaciado inferior (133) y superior
(134).
2. Módulo según la reivindicación 1, en la cual
los susodichos vaciados inferior (133) y superior (134) poseen dos
extremidades conectadas entre ellas para formar un solo circuito
(132) de circulación de fluido de enfriamiento.
3. Módulo según la reivindicación 1 y 2, en el
cual el o cada conmutador (20 a 23, 110 a 113) comporta un solo
radiador (72) térmicamente conectado a una de estas paredes
inferior o superior, este radiador está equipado de alabes (74) en
contacto directo con el líquido de enfriamiento que circula en los
canales (96 y 116) los vaciados (133 y 134).
4. Módulo según la reivindicación 3, en el cual
solo la pared superior (50) del o de cada conmutador (110 a 113) de
encima comporta un radiador (72), y sólo la pared inferior del o de
cada conmutador (20 a 23) de abajo comportan un radiador (72).
5. Módulo según la reivindicación 3 o 4, en el
cual los alabes (74) de los radiadores están paralelos a la
dirección principal de circulación del fluido de enfriamiento.
6. Módulo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual los canales inferiores
(96) y superiores (116) están conectados el uno al otro para formar
un solo circuito (140) de circulación de fluido de enfriamiento a
lo largo de la pared superior (50) del o de cada conmutador de
arriba y a lo largo de la pared inferior (50) del o de cada
conmutador de debajo.
7. Módulo según la reivindicación 2 o 6, en el
cual el o cada circuito (132, 140) de circulación de fluido de
enfriamiento está conectado a una misma bomba (142) apta para hacer
circular el fluido de enfriamiento en el circuito de circulación o
en cada uno de los circuitos de circulación.
8. Módulo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que al menos las extremidades
de un vaciado y de un canal están conectadas a una embocadura común
(141, 144) de entrada o de salida de un mismo fluido de
enfriamiento.
9. Módulo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual el fluido de enfriamiento
es un líquido, como el agua.
10. Módulo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual cada conmutador
comporta:
- -
- varios transistores (26 a 29), y
- -
- pistas eléctricas (62, 64) sobre las cuales el emisor y/o la rejilla de cada transistor está soldada, esas pistas están realizadas sobre una superficie interior de la pared (60) enfriada por el fluido de enfriamiento que circula en el vaciado (133, 134).
11. Módulo según la reivindicación 10, en el
cual cada conmutador comporta además de pistas eléctricas (52) sobre
las cuales el colector de cada transistor (26 a 29) está soldado,
estas pistas están realizadas sobre una superficie interior de la
pared enfriada por el fluido de enfriamiento que circula en un canal
(96, 116).
\newpage
12. Módulo según la reivindicación 10 u 11, en
el cual los transistores están conectados eléctricamente a las
pistas eléctricas por medio de cilindros (80) de soldadura
fundidos.
13. Módulo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el cual la dicha cuña (130) es de
forma sensiblemente paralelepípeda y posee un compartimiento para
cada conmutador (110 a 113) y (20 a 23).
14. Módulo según la reivindicación 13, en el
cual la forma de la dicha cuña (130) está adaptada para sellar
herméticamente la superficie abierta de los canales inferiores (96)
y superiores (116).
15. Módulo según la reivindicación 2 y la
reivindicación 13 o 14, en el cual el mencionado circuito solo (132)
de circulación del fluido de enfriamiento está dispuesto en el
interior de la dicha cuña (130), yen el cual los dichos vaciados
inferior (133) y superior (134) tienen una sección transversal
rectangular y se extienden en el interior de la cuña paralelamente a
su propio lado.
16. Módulo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual el espesor de los vaciados
inferior (133) y superior (134) es inferior o igual a un
milímetro.
17. Ondulador polifásico en el que cada fase
comporta dos interruptores (16, 18) formados cada uno de al menos un
conmutador (20 a 23, 110 a 113), caracterizado porque los dos
interruptores (16, 18) de una misma fase son realizados con la ayuda
de un solo módulo de conmutación de potencia conforme a cualquiera
de las reivindicaciones precedentes.
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