СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к конструкциям вспомогательных преобразователей частоты собственных нужд локомотивов.
Известна инверторная платформа SEMIKUBE конфигурации B6CI в состав которой входят преобразователи с различными вариантами конструктивного исполнения.
Один из преобразователей инверторной платформы SEMIKUBE содержит корпус, охладитель на котором установлены диодно-тиристорные модули, соединенные по схеме полууправляемого трехфазного выпрямителя, датчик напряжения, датчик постоянного тока, транзисторные модули, соединенные по схеме трехфазного автономного инвертора напряжения, датчик температуры, датчики выходных фазных токов, банк конденсаторов, содержащий шесть электролитических конденсаторов, включенных последовательно-параллельно посредством вспомогательной шины с изолятором, DC-шину, которая выполнена из шины «+», изолирующей шины и шины «-», при этом шина «+» и шина «-» соответственно соединяют положительный и отрицательный выходы полууправляемого трехфазного выпрямителя с положительными и отрицательными входами трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов и подключены снизу через переходные шины к диодно-тиристорным и транзисторным модулям, а конденсаторы банка конденсаторов выходными клеммами подключаются сверху к DC-шине и крепяться к верхней стенке корпуса, где размещается плата драйверов управления (Андрей Колпаков «Инверторная платформа SEMIKUBE», «Семикрон», №10, рис.1а, 4).
Недостатком известного преобразователя является то, что диодно-тиристорные и транзисторные модули подключаются к DC-шине снизу через переходные шины, а выходные клеммы конденсаторов банка конденсаторов подключены сверху к DC-шине, что затрудняет при обслуживании и ремонте доступ к элементам преобразователя, установленных на охладителе. Кроме этого использование дополнительных переходных шин увеличивает паразитную индуктивность DC-шины, что ведет к перенапряжениям на транзисторных модулях.
Другой преобразователь инверторной платформы SEMIKUBE, принятый за прототип, содержит корпус, охладитель с встроенным вентилятором охлаждения, на котором установлены диодно-тиристорные модули, соединенные по схеме полууправляемого трехфазного выпрямителя, датчик напряжения, датчик постоянного тока, транзисторные модули, соединенные по схеме трехфазного автономного инвертора напряжения, датчик температуры, датчики выходных фазных токов, охлаждаемый дополнительными вентиляторами банк конденсаторов, содержащий шесть электролитических конденсаторов, включенных последовательно-параллельно посредством вспомогательной шины с изолятором, DC-шину, которая выполнена из шины «+», изолирующей шины и шины «-», при этом шина «+» и шина «-» соответственно соединяют положительный и отрицательный выходы полууправляемого трехфазного выпрямителя с положительными и отрицательными входами трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов и подключены снизу через переходные шины к диодно-тиристорным и транзисторным модулям, а конденсаторы банка конденсаторов выходными клеммами подключаются сверху к DC-шине и крепятся к верхней стенке корпуса, где размещается плата драйверов управления (Андрей Колпаков «Инверторная платформа SEMIKUBE», «Семикрон», №10, рис.2а, 4).
Недостатками известного преобразователя являются то, что диодно-тиристорные и транзисторные модули подключаются к DC-шине снизу через переходные шины, а выходные клеммы конденсаторов банка конденсаторов подключены сверху к DC-шине, что затрудняет при обслуживании и ремонте доступ к элементам преобразователя, установленных на охладителе, а также обдув банка конденсаторов вентиляторами, которые являются дополнительными потребителями электроэнергии. Кроме этого использование переходных шин увеличивает паразитную индуктивность DC-шины, что ведет к перенапряжениям на транзисторных модулях.
Техническим результатом полезной модели является подключение DC-шины к диодно-тиристорным и транзисторным модулям без использования переходных шин, ведущее к снижению ее паразитной индуктивности, оптимальная установка банка конденсаторов, при которой достигается при обслуживании и ремонте, свободный доступ к элементам преобразователя, установленных на охладителе и охлаждение конденсаторов без использования дополнительных вентиляторов.
Указанный технический результат достигается тем, что статический преобразователь частоты, содержащий корпус, на передней панели которого с внешней стороны установлен вентилятор, охладитель, на котором установлены три диодно-тиристорных модуля, соединенных по схеме полууправляемого трехфазного выпрямителя, датчик напряжения, три транзисторных модуля, соединенных по схеме трехфазного автономного мостового инвертора напряжения, датчик температуры, банк конденсаторов, содержащий двенадцать электролитических конденсаторов, включенных последовательно-параллельно посредством вспомогательной шины с изолятором, плату управления с драйверами, установленную на экранной панели над элементами охладителя, три датчика выходных фазных токов, установленных на изолирующей панели над банком конденсаторов, DC-шину, которая выполнена из шины «+», изолирующей шины, шины «-», при этом положительный и отрицательный выходы полууправляемого трехфазного выпрямителя соединены шиной «+» и шиной «-» соответственно с положительными и отрицательными входами трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов, отличающийся тем, что к DC-шине снизу непосредственно подключены диодно-тиристорные модули, транзисторные модули и конденсаторы банка конденсаторов, которые установлены на крепежной панели таким образом, что обдуваются воздушным потоком, проходящим через охладитель.
На фиг.1 представлена схема расположения узлов в корпусе - вид сбоку со снятой боковой стенкой.
На фиг.2 - то же - вид сверху (не показаны плата управления с драйверами, установленная на экранной панели и изолирующая панель с датчиками выходных фазных токов).
На фиг.3 представлена схема электрическая силовой части статического преобразователя частоты.
Статический преобразователь частоты содержит (фиг.1, 2, 3) корпус 1, на передней панели которого с внешней стороны установлен вентилятор 2, охладитель 3, на котором установлены три диодно-тиристорных модуля 4, соединенных по схеме полууправляемого трехфазного выпрямителя 5, датчик напряжения 6, три транзисторных модуля 7, соединенных по схеме трехфазного автономного мостового инвертора напряжения 8, датчик температуры 9, банк конденсаторов 10, содержащий двенадцать электролитических конденсаторов 11, включенных последовательно-параллельно посредством вспомогательной шины с изолятором 12, плату управления с драйверами 13, установленную на экранной панели 14 над элементами охладителя 3, три датчика выходных фазных токов 15, установленных на изолирующей панели 16 над банком конденсаторов 10, DC-шину 17, которая выполнена из шины «+» 18, изолирующей шины 19, шины «-» 20, при этом положительный и отрицательный выходы полууправляемого трехфазного выпрямителя 5 соединены шиной «+» 18 и шиной «-» 20 соответственно с положительными и отрицательными входами трехфазного автономного мостового инвертора напряжения 8 и банка конденсаторов 10. К DC-шине 17 снизу непосредственно без переходных шин подключены диодно-тиристорные модули 4, транзисторные модули 7 и конденсаторы 11 банка конденсаторов 10, которые установлены на крепежной панели 21 таким образом, что обдуваются воздушным потоком, проходящим через охладитель 3. Диодно-тиристорные модули 4 и транзисторные модули 7 имеют стандартную структуру. Каждый из трех диодно-тиристорных модулей 4 состоит из последовательно соединенных диода и тиристора, а каждый из трех транзисторных модулей 7 состоит из двух последовательно соединенных IGBT транзисторов, шунтированных обратными диодами. Конденсаторы 11 банка конденсаторов 10 подключаются к шине «+» 18 и к шине «-» 20 DC шины 17 в соответствии с их полярностью. Отверстия на шине «+» 18, на шине «-» 20 и изолирующей шине 19 позволяют осуществлять монтаж элементов преобразователя без нарушения симметрии этих шин и исключить короткое замыкание между ними.
Статический преобразователь частоты работает следующим образом. Входное трехфазное переменное напряжение (А, В, С) преобразуется тремя диодно-тиристорными модулями 4 полууправляемого трехфазного выпрямителя 5 в постоянное пульсирующее напряжение, которое сглаживается конденсаторами 11 банка конденсаторов 10, при этом происходит их нагрев. Обдув конденсаторов 11 воздушным потоком, проходящим через охладитель 3, позволяет избежать их перегрева. При этом отпадает необходимость в использовании дополнительных вентиляторов для обдува банка конденсаторов 10. Транзисторные модули 7 трехфазного автономного инвертора напряжения 8, преобразуют постоянное напряжение в выходное трехфазное переменное напряжение (U, V, W), изменяющееся по частоте и по амплитуде. Управляет диодно-тиристорными модулями 4 и транзисторными модулями 7 плата управления с драйверами 13 соответственно по релейному закону и по закону векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Получая информацию от датчиков напряжения 6, температуры 9, выходных фазных токов 15, плата управления с драйверами 13 обеспечивает следующие виды программных и аппаратных защит:
- от перегрузки по току и короткого замыкания выходных фаз;
- от перенапряжений в звене постоянного тока;
- от перегрева транзисторных модулей 8;
- от перекоса фаз выходного напряжения.
Плата управления с драйверами 13 установлена на экранной панели 14, которая защищает ее от электромагнитных помех, возникающих при переключениях транзисторных модулей 7.
Вентилятор 2 нагнетает в корпус 1 воздух, который охлаждает охладитель 3 и дополнительно конденсаторы 11 банка конденсаторов 10.
Предложенная конструкция статического преобразователя частоты (Фиг.1, 2), когда диодно-тиристорные модули 4, транзисторные модули 7 и конденсаторы 11 банка конденсаторов 10 подключены к DC-шине 17 снизу без переходных шин, позволяет осуществлять свободный доступ к элементам (4, 6, 7, 9), установленных на охладителе 3. Для этого необходимо снять плату управления с драйверами 13, экранную панель 14, изолирующую панель 16 с датчиками выходных фазных токов 15 и DC-шину 17. Это позволяет значительно облегчить процесс обслуживания и ремонта статического преобразователя частоты. Непосредственное подключение DC-шины 17 к диодно-тиристорным модулям 4 и к транзисторным модулям 7 без переходных шин упрощает конструкцию DC-шины 17 и снижает ее паразитную индуктивность. Низкая индуктивность DC-шины 17 исключает перенапряжения на транзисторных модулях 7.
Предлагаемая полезная модель статического преобразователя частоты реализована в вспомогательных преобразователях частоты опытного магистрального газотурбовоза ГТ1 001 и показала свою надежность и эффективность.