Módulo convertidor de corriente con barras colectoras de corriente refrigeradas.

Módulo convertidor de corriente con al menos un módulo de semiconductores de potencia (2,

4), que estáconectado mecánicamente de forma conductora de calor con un cuerpo de refrigeración por líquido (6) y que estáconectado de forma conductora de electricidad por medio de un encarrilado laminado (8), que presenta al menosdos barras colectoras aisladas una de la otra, con conexiones del módulo convertidor de corriente, caracterizadoporque este encarrilado laminado (8) está conectado por aplicación de fuerza y/o en unión positiva con otro cuerpode refrigeración de líquido (10), en el que entre una barra colectora superior del encarrilado laminado (8) y el otrocuerpo de refrigeración por líquido (10) está dispuesta una capa conductora de calor y aislante de electricidad (36).

Módulo convertidor de corriente con barras colectoras de corriente refrigeradas La invención se refiere a un módulo convertidor de corriente de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Los módulos convertidores de corriente del tipo indicado al principio, en particular para potencias más elevadas, se pueden adquirir en el comercio. En tales módulos convertidores de corriente, sus módulos de semiconductores de potencia, en particular módulos de semiconductores de potencia desconectables, están encarrilados con conexiones del módulo convertidor de corriente de baja inductividad. Esto se consigue porque las barras colectoras de corriente utilizadas están realizadas planas y están apiladas unas sobre las otras para formar una pila de barras colectoras de corriente. Respectivamente, entre dos barras colectoras de corriente planas está dispuesta una capa aislante realizada superficialmente. Estas capas aislantes sobresales de las barras colectoras de corriente planas, para que se puedan mantener valores límites para trayectorias de aire y distancias de descarga entre polos opuestos. De esta manera, un encarrilado de baja inductividad de este tipo presenta al menos dos barras colectoras de corriente y al menos una capa aislante. Para configurar de la manera más compacta posible el encarrilado de los módulos de semiconductores de potencia utilizados del módulo convertidor de corriente, este paquete de barras colectoras de corriente está laminado. A través del material de laminación utilizado, este encarrilado laminado presenta un límite de temperatura de, por ejemplo, 105ºC.

Puesto que en los módulos de semiconductores de potencia que se pueden adquirir en el comercio, en particular módulos de semiconductores de potencia desconectables, por ejemplo Tansistores Bipolares de Puertas Aisladas (IGBT) , se incrementa constantemente la capacidad de soporte de corriente, de manera correspondiente se incrementa la densidad de la corriente en las barras colectoras de corriente de un encarrilado laminado de un módulo convertidor de corriente. Esto tiene como consecuencia un aumento cuadrático de las pérdidas en el encarrilado laminado, de manera que se incrementa de la misma manera la temperatura de este encarrilado laminado. La temperatura límite de un encarrilado laminado se determina a través de los materiales empleados de las capas aislantes y del material de laminación. Con preferencia, en los módulos convertidores de corriente se emplean actualmente encarrilados laminados con una lámina aislante. Aquí el material de laminación del encarrilado laminado establece un límite de temperatura. Para aplicaciones de convertidores de corriente, esto significa un límite de potencia, que no está condicionado ya por los módulos de semiconductores de potencia empleados, sino por la temperatura límite máxima del material de laminación correspondiente del encarrilado.

Soluciones evidentes de este problema son, por una parte, elevar la sección transversal de cada barra colectora de corriente del encarrillado laminado y, por otra parte, refrigerar el encarrilado laminado, por ejemplo a través de convección propia. A través de la elevación de las secciones transversales de las barras colectoras de corriente el encarrilado laminado, un encarrilado de este tipo no sólo es más costoso, sino que presenta también un peso más alto. Para refrigerar el encarrilado laminado a través de convección propia, éste debe disponerse en un aparato convertidor de corriente de tal manera que una corriente de aire de refrigeración puede circular sobre el encarrilado laminado.

Se conoce a partir del documento WO 2005/109505 A1 un circuito de semiconductores de potencia, cuyo encarrilado es refrigerado. En este circuito de semiconductores de potencia, al menos un módulo está soldado en el lado exterior sobre una barra colectora de corriente en forma de placa que sirve como placa positiva o placa negativa. Los carriles positivos o bien negativos están dispuestos normalmente como placa más alta y como placa más baja, respectivamente, de un paquete de encarrillado de placas. Este carril de cubierta, sobre el que está aplicado el módulo, es refrigerado directamente por una instalación de refrigeración, estando configurada esta instalación de refrigeración como refrigeración por aire o refrigeración por líquido. Esta instalación de refrigeración está dispuesta a modo de sándwich entre el carril de cubierta y debajo de la capa intermedia de un aislamiento de otra barra colectora en forma de placa que se encuentra en un plano paralelo. Además, debajo de la capa intermedia de otra capa aislante está prevista una barra colectora inferior. Estas barras colectoras de corriente forman junto con la instalación de refrigeración una disposición muy compacta. Los elementos de este paquete de encarrilado están conectados entre sí a través de laminación. Puesto que en este circuito de semiconductores de potencia se trata de un vibrador, debajo de este paquete de encarrilado están dispuestos dos condensadores de circuito intermedio, que están conectados a través de uniones atornilladas con la barra colectora superior y con la barra colectora inferior, respectivamente.

Se conoce a partir del documento DE 10 2007 003 875 A1 se conoce un módulo convertidor de corriente con al menos dos módulos de semiconductores de potencia, que están conectados mecánicamente de forma conductora de calor con un cuerpo de refrigeración y están conectados eléctricamente entre sí por medio de un encarrilado laminado. Al menos una barra colectora de este encarrilado laminado está enlazada térmicamente con el cuerpo de refrigeración por medio de al menos un elemento de apoyo aislante eléctrico y conductor térmico. A través de estos elementos de apoyo, al menos una barra colectora del encarrilado laminado está conectada térmicamente en el cuerpo de refrigeración. La altura del calor a disipar determina el número de los elementos de apoyo conductores térmicos. Por medio de estos elementos de apoyo se apoya el encarrilado laminado de la misma manera en las zonas marginales. Por medio de estos elementos de apoyo conductores térmicos se limita la cantidad del calor que debe disiparse por el encarrilado laminado.

La invención tiene ahora el cometido de indicar un módulo convertidor de corriente, cuyo encarrilado laminado se puede refrigerar con medios sencillos, de manera que este módulo convertidor de corriente no tiene que desconcentrarse de nuevo o reconstruirse de nuevo.

Este cometido se soluciona de acuerdo con la invención con los rasgos característicos de la reivindicación 1.

Puesto que otro cuerpo de refrigeración por líquido está conectado de forma conductora de calor, pero aislante de electricidad por aplicación de fuerza y/o en unión positiva con el encarrilado laminado de un módulo convertidor de corriente, este encarrilado laminado se puede refrigerar en una superficie grande. Si la superficie básica del otro cuerpo de refrigeración por líquido no es suficiente, entonces se puede elevar adicionalmente el caudal de flujo. La calidad de la conexión térmica del encarrilado laminado y del otro cuerpo de refrigeración por líquido, depende de la presión de apriete, con la que este otro cuerpo de refrigeración por líquido es presionado sobre el encarrilado laminado. A tal fin, el módulo convertidor de corriente de acuerdo con la invención presenta al menos un elemento de fijación.

En una forma de realización ventajosa del módulo convertidor de corriente de acuerdo con la invención, el otro cuerpo de refrigeración por líquido y el cuerpo de refrigeración por líquido del módulo convertidor de corriente están en comunicación entre sí por líquido. Es decir, que el otro cuerpo de refrigeración por líquido es alimentado desde el circuito de líquido del módulo convertidor de corriente, que se designa también como circuito primario. Esto tiene la ventaja de que el módulo convertidor de corriente permanece inalterado de sus conexiones.

Otras formas de realización ventajosas del módulo convertidor de corriente de acuerdo con la invención se pueden deducir a partir de las reivindicaciones dependientes 4 a 9.

Para la explicación adicional de la invención se hace referencia al dibujo, en el que se ilustra de forma esquemática una forma de realización.

La figura 1 muestra una forma de realización ventajosa de un módulo convertidor de corriente de acuerdo con la invención.

La figura 2 es una primera forma de realización de un elemento de fijación del módulo convertidor de corriente según la figura 1.

La figura 3 muestra una parte de una segunda forma de realización de un elemento de fijación del módulo convertidor de corriente de acuerdo con... [Seguir leyendo]

1. Módulo convertidor de corriente con al menos un módulo de semiconductores de potencia (2, 4) , que está conectado mecánicamente de forma conductora de calor con un cuerpo de refrigeración por líquido (6) y que está conectado de forma conductora de electricidad por medio de un encarrilado laminado (8) , que presenta al menos dos barras colectoras aisladas una de la otra, con conexiones del módulo convertidor de corriente, caracterizado porque este encarrilado laminado (8) está conectado por aplicación de fuerza y/o en unión positiva con otro cuerpo de refrigeración de líquido (10) , en el que entre una barra colectora superior del encarrilado laminado (8) y el otro cuerpo de refrigeración por líquido (10) está dispuesta una capa conductora de calor y aislante de electricidad (36) .

2. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque para una conexión por

aplicación de fuerza y/o en unión positiva entre el encarrilado laminado (8) y el otro cuerpo de refrigeración por líquido (10) está previsto al menos un elemento de fijación.

3. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el otro cuerpo de refrigeración por líquido (10) está conectado en comunicación de líquido con el cuerpo de refrigeración por líquido (6) .

4. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el otro cuerpo de refrigeración por líquido (10) cubre en cuanto a la superficie el menos una parte preponderante de una superficie del encarrilado (8) .

5. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque como elemento de fijación está prevista una lámina de resorte con dos tornillos de fijación (14, 16) .

6. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque como elemento de fijación está previsto una abrazadera (12) con dos tornillos de fijación (14, 16) .

7. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la abrazadera (12) de unió positiva está provista en la zona del otro cuerpo de refrigeración por líquido (10) con una parte elástica (44) .

8. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la 25 capa aislante (36) está realizada con materiales de interfaz conductores de calor.

9. Módulo convertidor de corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la capa aislante (36) está realizada con materiales de interfaz conductores de calor y aislantes de electricidad.