Конструкции электронных аппаратов объединяют в себе силовые цепи, а также управляющие и контрольно-измерительные цепи.
Силовые цепи кроме электрически соединенных между собой полупроводниковых приборов включают в себя элементы защиты от перенапряжений (резисторы, конденсаторы, нелинейные ограничители напряжения), трансформаторы, защитные аппараты, кабели, проходные изоляторы,, сборные шины и контактные зажимы. К силовой части относятся также элементы системы охлаждения: охладители, вентиляторы, насосы, фильтры, теплообменники, воздуховоды. Все элементы силовой части размещаются в шкафах, баках или на несущих каркасах.
Рис. 10. Временные диаграммы работы формирователя управляющих импульсов
Управляющие и контрольно-измерительные цепи содержат различные датчики (температуры, давления), трансформаторы, разъемы, устройства сигнализации, реле, слаботочные интегральные полупроводниковые дискретные или аналоговые элементы, микропроцессоры, пассивные элементы, измерительные приборы. В большинстве случаев элементы этих цепей располагаются на печатных платах в кассетах или унифицированных блоках непосредственно в силовой части аппарата или в отдельных шкафах. В основном конструкции управляющих и контрольно-измерительных цепей аналогичны конструкциям других электронных устройств, которые подробно рассматриваются во многих публикациях.
Конкретное конструктивное исполнение силовой части аппарата определяется такими параметрами, как номинальный ток, номинальное напряжение, предельная коммутационная способность, условия эксплуатации, степень защиты, доступность отдельных узлов для обслуживания, ремонта или ревизии, требования к габаритам. Параметры по току и напряжению, а также условия эксплуатации и степень защиты влияют на количество используемых СПП и, следовательно, на выделение тепла и выбор системы охлаждения. Чем больше СПП и выше степень защиты, тем больше тепловыделение и хуже условия охлаждения. Очевидно, что для обеспечения нормальной работы аппарата необходимо применять систему охлаждения, которая обеспечивает более интенсивный теплоотвод при минимальных изменениях габаритных размеров.
Для СЭА средней и большой мощности чаше всего используется конструкция типа шкафа, разработанная для полупроводниковых преобразователей. Шкафы изготавливаются из листового металла с помощью сварки или резьбовых креплений. Размеры и форма шкафов стандартизированы. Ряд рекомендуемых размеров предусматривает изменение ширины шкафа от 400 до 1400 мм, глубины от 600 до 1200 мм и высоты от 800 до 2200 мм. В зависимости от исполнения полупроводниковых блоков СЭА и требований к их обслуживанию шкафы выполняются только с одной передней дверью (одностороннее обслуживание) или с двумя дверьми — спереди и сзади при двустороннем обслуживании.
Рис. 11. Общий вид тиристорного шкафа: 1 — корпус шкафа; 2 — охладители; 3 — тиристоры
На рис. 11 показан шкаф с вертикальным расположением последовательно соединенных тиристоров и естественным охлаждением. Из него видно, что большая часть объема шкафа занята охладителями, которые при естественной конвенции должны иметь большие размеры. Охлаждающий воздух в этом блоке плохо используется из-за наличия относительно больших зазоров между охладителями. Нагрузочная способность СПП в этом случае минимальная.
Более интенсивный теплоотвод обеспечивается при использовании принудительного охлаждения СПП. Компоновка шкафа при этом существенно изменяется по сравнению с компоновкой при естественном теплообмене. Весь тиристорный блок в этом случае расчленяется на отдельные блок-модули, являющиеся законченными унифицированными функциональными узлами (рис. 12).
Рис. 12. Тиристорный блок-модуль
В каждом блок-модуле тиристоры с охладителями меньших размеров с помощью изоляционных деталей 1 прикреплены к листовому металлическому кожуху 2, который совместно с электроизоляционной панелью 3 образует вентиляционный канал. На установленных в блоке кронштейнах 4 раз-мещены защитные RC-цепи и элементы цепи управления. При установке блок-модулей в шкаф можно, изменяя их количество и способы соединения между собой, реализовать различные варианты силовых схем. Конструктивно блок-модули могут выполняться как с силовыми втычными разъемами, так и с предназначенными для разъемного болтового сочленения. При последовательном размещении блок-модулей по высоте их вентиляционные каналы образуют вентиляционный колодец, через который с помощью вентилятора продувается охлаждающий воздух.
С увеличением рассеиваемой мощности в одном тиристоре силового блока до одного киловатта и более и одновременном увеличении общего количества тиристоров воздушное охлаждение становится малоэффективным. Поэтому необходим переход на жидкостное или испарительное охлаждение. В качестве хладагентов чаще всего используется вода или трансформаторное масло. Жидкости имеют гораздо большие теплоемкость и теплопроводность, чем воздух. Поэтому они могут отвести большую мощность потерь, а при одинаковой мощности потерь расход жидкости для охлаждения существенно меньше, чем расход воздуха. Принципы использования жидкостного и испарительного охлаждения и конструктивные решения, используемые в СЭА, аналогичны применяемым в преобразовательной технике и подробно рассмотрены.