Тяговый выпрямитель с непосредственным охлаждением

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к силовым полупроводниковым преобразователям для тепловозов с питанием трехфазным переменным током по двум каналам от генератора. Заявляемое устройство предназначено для преобразования трехфазного переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, применяемое для питания тяговых электродвигателей.
При разработке конструкции заявляемого преобразователя решалась задача, состоящая в необходимости создания оригинального преобразователя, позволяющего обеспечить питание тяговых двигателей тепловозов, без использования дополнительных систем охлаждения, при обеспечении удобного доступа для технического обслуживания основных функциональных блоков, возможности проведения агрегатного ремонта, а также необходимость соответствия жестким ограничениям по массе и габаритам.
Известна выпрямительная установка [1], содержащая каркас с двухстороннем обслуживанием, выпрямительный блок, представляющий собой два параллельно соединенных трехфазных моста, расположенных по разным сторонам каркаса и получающих питание от отдельных «звезд» статорной обмотки тягового генератора. Каждое плечо моста состоит из последовательно и параллельно включенных диодных блоков, представляющие собой вентиль штыревого типа, ввернутый в охладитель. Электрический монтаж вентилей выполнен шинами, закрепленными внутри каркаса вертикально при помощи изоляционных стоек, при этом подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса. Выпрямительная установка имеет три отдельных вертикальных канала охлаждения, образованных конструкцией, диодных блоков, изоляционными стенками и панелями. На каркасе снизу и сверху имеются фланцы для присоединения патрубков системы охлаждения.
Недостатками устройства являются низкая термоциклоустойчивость и относительно низкая нагрузочная способность в заданных габаритных размерах, вследствие, использования вентилей штыревой конструкции, необходимость специальной системы охлаждения.
Известен силовой полупроводниковый преобразователь [2] содержащий каркас из профильной и листовой стали, выпрямительный силовой блок, выполненный из двух, расположенных на противоположных сторонах каркаса, двух независимых трехфазных мостовых выпрямителей, с параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, представляющие собой диод таблеточного типа, который при помощи траверс и болтов прижат с обеих сторон алюминиевыми охладителями, установленными на стеклотекстолитовой панели и образующие центральный вертикальный канал воздушного охлаждения, токопроводящие шины переменного и постоянного тока. Подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса.
Недостатком, которого является необходимость специальной системы охлаждения, содержащей вентиляторы охлаждения.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является силовой полупроводниковый преобразователь [3], который содержит каркас, выпрямительный силовой блок, выполненный из двух, расположенных оппозитно на противоположных сторонах каркаса, трехфазных мостовых выпрямителей, с n параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, скрепленных с помощью изоляторов и стеклотекстолитовых пластин, в совокупности образуя один общий вертикальный канал воздушного охлаждения и подключенных внутренними шинами переменного и постоянного тока, входные датчики тока, закрепленные с помощью стеклотекстолитовых пластин на боковой стороне каркаса, используемые для контроля тока по входным шинам проходящими через датчики.
Недостатки этой известной конструкции обусловлены тем, что при эксплуатации данной конструкции необходимо специальная система подачи охлаждающего воздуха в канал выпрямителя, содержащая габаритные и дорогостоящие элементы, такие как вентиляторы.
Заявляемый силовой полупроводниковый преобразователь выполнен в виде шкафа и устанавливается внутри тепловоза, сверху на силовой генератор.
При проектировании заявленного устройства ставились следующие задачи:
- разработка конструкции с оптимальной компактностью и простотой конструкции с жесткими ограничениями по массе и габаритам, соответствующим месту размещения на тяговом генераторе тепловоза;
- расположение блоков устройства с обеспечением удобства их обслуживания;
- конструктивной обеспеченностью возможности проведения ремонта устройства за счет модульности блоков;
- повышения эффективности за счет охлаждения всех блоков устройства воздухом нагнетаемым генератором;
- повышением надежности конструкции с обеспечением высокой степени безаварийности при эксплуатации за счет отсутствия дополнительных вспомогательных устройств подачи охлаждающего воздуха.
Предлагается тяговый выпрямитель с непосредственным охлаждением с питанием трехфазным переменным током по двум каналам от генератора, содержащий два выпрямительных силовых блока, выполненных из двух, расположенных оппозитно на противоположных сторонах каркаса, трехфазных мостовых выпрямителей, с n параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, подключенных внутренними токоведущими шинами, и установленных на плитах охладителей скрепленных с помощью изоляторов и стеклотекстолитовых пластин, в совокупности образуя один общий горизонтальный канал воздушного охлаждения, закрепленный в силовой каркас, к боковой части которого установлен кожух, образуя с каналом охлаждения выпрямителя и генератором общую систему охлаждения, внутри кожуха с помощью изоляторов размещены силовые шины для электрического подключения, а к нижней части каркаса установлена подставка для крепления устройства к генератору. Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что охлаждение выпрямителя происходит за счет воздуха нагнетаемого генератором для собственных нужд, тем самым устраняется необходимость в дополнительных вентиляторах охлаждения.
Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется в железнодорожном транспорте, в частности на маневровых тепловозах.
Предложенная конструкция предлагаемой полезной модели иллюстрируется рисунком, на котором представлен предлагаемый силовой полупроводниковый выпрямитель, где на Фиг. 1 изображена блок-схема расположения конструктивных элементов в преобразователе.
Компоновка конструктивных элементов, входящих в состав силового полупроводникового преобразователя, выполнена с учетом удобства монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также теплового режима. Силовой полупроводниковый преобразователь (Фиг. 1) содержит каркас 1 выполненный из листовой стали, силовой выпрямительный блок, выполненный из диодов 2, расположенных на плите охлаждения, закрепленная на защищенной изоляционной пластине с вырезами под диоды 3, образующей канал воздушного охлаждения, токопроводящие шины переменного тока 4, и постоянного тока 5, боковой кожух 6, образуя с каналом воздушного охлаждения выпрямителя и генератором общую систему охлаждения, и подставку 7. Охлаждение диодных блоков - воздушное принудительное, направление движение воздуха горизонтальное.
Принцип работы заявленного силового полупроводникового преобразователя заключается в преобразовании трехфазного переменного напряжения частотой 30-120 Гц в постоянное напряжение для питания тяговых двигателей тепловоза, в свою очередь преобразователь монтируется на тяговом генераторе при помощи подставки, а боковой кожух закрепляется над входом воздушной системы охлаждения генератора, шины переменного тока соединяются с генератором тепловоза, шины постоянного тока соединяют с тяговыми двигателями тепловоза. Во время эксплуатации, вращающийся генератор создает поток охлаждающего воздуха в своем канале охлаждения и тем самым, в связанном с ним канале выпрямителя обеспечивая его охлаждение.
Все предложенные конструктивные изменения позволили осуществить возможность использования охлаждающего воздуха тягового генератора для охлаждения тягового выпрямителя и улучшить технические и эксплуатационные характеристики, повысить КПД, эксплуатационную надежность, повысить технологичность, удобство монтажа и обслуживания, улучшить ремонтопригодность предлагаемого тягового выпрямителя с непосредственным охлаждением.
Источники литературы:
1. Пассажирский тепловоз ТЭП70 / В.Г. Быков, В.И. Морошкин, Г.Е. Серделевич, Ю.В. Хлебников, В.М. Ширяев. М.: Транспорт, 1976. С. 185-188
2. Преобразователь В-ТППД-11к-500-М-У2
Технические условия ТУ 16-2008 ИЕАЛ.435514.027 ТУ
3. Патент №162 203 Силовой полупроводниковый преобразователь для газотурбовоза / Курганов А.А., Низяева С.В., Пьянзина И.А., Тишкин А.А., опубликовано: 27.05.2016 Бюл. №15