Выпрямительно-инверторный преобразователь

Полезная модель относится к силовым полупроводниковым выпрямительно-инверторным преобразователям для питания тяговых электродвигателей магистральных электровозов переменного тока.
Известен полупроводниковый преобразователь [1], содержащий корпус с перфорацией в его стенках, установленные в нем вдоль направления воздушного потока групповые охладители с ребрами охлаждения, соединенные с токоведущими шинами, полупроводниковые элементы с индивидуальными охладителями и ребрами охлаждения, размещенные на каждом из групповых охладителей и образующие анодную и катодную группы встречно-параллельно включенных электрических мостов, и предохранители, которые включают токоведущие шины и полупроводниковые элементы, размещенные на групповых охладителях и образующие анодную и катодную группы встречно-параллельных включенных электрических мостов, и предохранители, расположены между групповыми охладителями, а торцевые концы ребер охлаждения групповых и индивидуальных охладителей расположены в плоскостях, параллельных соответствующим стенкам с перфорацией.
Известен выпрямительно-инверторный преобразователь [2], содержащий корпус с центральным каналом воздушного охлаждения и соединительные шины переменного тока, а на них смонтированы группы силовых полупроводниковых модулей с полупроводниковым прибором, например, тиристором, который в каждом силовом модуле закреплен между катодным и анодным индивидуальными охладителями, установленными на изоляционной монтажной панели для скрепления силовых полупроводниковых модулей между собой, причем с анодными и катодными индивидуальными охладителями соответствующих групп силовых полупроводниковых модулей соединены соответствующие анодные и катодные выходные шины постоянного тока, а к соединительным шинам переменного тока крепят входные шины для подключения переменного тока, устройство снабжено установленным изолированно на входном конце каждой соединительной силовой шины переменного тока микропроцессорным блоком защиты преобразователя от токов перегрузки, каждый из которых размещен в креслообразном 0 корпусе, в спинке которого выполнена центральная прорезь для возможности установки силовой шины, по периметру прорези внутри спинки выполнена канавка с размещенным в ней бесконтактным электромагнитным датчиком импульсных токов в виде пояса Роговского, имеющего два изолированных вывода, а в сиденье упомянутого корпуса выполнена прямоугольная полость с размещенной в ней платой, содержащей управляющую блок-схему с контактами, соединенными с двумя выводами упомянутого бесконтактного электромагнитного датчика и с кабелем для подключения к внешним устройствам, при этом с внешней стороны сиденья корпуса установлены металлические стойки для крепления корпуса на изоляционной монтажной панели силового модуля, а спинка и сиденье креслообразного корпуса соединены упрочняющими боковыми косынками.
Известен выпрямительно-инверторный преобразователь [3] содержащий корпус, блок силовой, выполненный из тиристорных блоков, канал воздушного охлаждения, образованный тиристорными блоками, резисторы, резисторно-емкостные цепи, датчики состояния тиристорных блоков, импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками, токопроводящие шины переменного и постоянного тока, клеммные блоки, блок силовой выполнен из восьми равнозначных плеч однофазного выпрямителя, расположенных по четыре плеча относительно оси симметрии по высоте корпуса, при этом каждое плечо однофазного выпрямителя выполнено из п последовательно включенных тиристорных блоков и m параллельно включенных тиристорных блоков, причем четыре плеча однофазного выпрямителя, образующие катодную группу однофазного моста, расположены на одной стороне корпуса преобразователя, а другие четыре плеча, образующие анодную группу, на противоположной стороне корпуса преобразователя, при этом токопроводящие шины переменного и постоянного тока расположены с возможностью диагонального включения тиристорных блоков каждого из восьми плеч, выходные токопроводящие шины постоянного тока расположены в центре каждой стороны корпуса преобразователя в нижней его части, а входные токопроводящие шины переменного тока расположены по нижним и верхним углам корпуса преобразователя, соединенные между собой в каждом углу корпуса преобразователя, на внутренних торцевых стенах корпуса преобразователя расположены и закреплены выравнивающие резисторы, защитные резисторно-емкостные цепи, датчики состояния тиристорных блоков и импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками.
В преобразователе блок питания может быть установлен на торцевой стороне корпуса преобразователя или в воздушном канале.
В верхнюю часть воздушного канала преобразователя дополнительно могут быть установлены два дефлектора.
Одновременно, в преобразователе могут быть дополнительно установлены блок питания и в верхнюю часть воздушного канала два дефлектора, при этом блок питания может быть установлен на торцевой стороне корпуса преобразователя или в воздушном канале.
В преобразователе для управления системой компенсации реактивной мощности введены тиристорные ключи, которые могут быть установлены в воздушном канале преобразователя.
В верхней части корпуса преобразователя установлены клеммные блоки для подключения блока питания, системы управления транспортного средства и разъем для подключения блока диагностики плеч силового блока.
Одним из основных недостатков известных конструкций силового полупроводникового выпрямительно-инверторного преобразователя для транспортного средства является конструктивная сложность за счет введения в него дополнительных конструктивных и технологически сложных элементов, что приводит к снижению КПД и эксплуатационной надежности, а также к усложнению технологии электромонтажа и сборочных работ, что, соответственно, затрудняет ремонтопригодность и приводит к увеличению эксплуатационных расходов.
К недостаткам известных конструкций преобразователей следует отнести также конструктивную компоновку и расположение элементов в их корпусах, которое не обеспечивает эффективного охлаждения и теплового режима работы элементов, что влияет на работу преобразователя и ухудшает в целом его выходные параметры.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции полупроводникового выпрямительно-инверторного преобразователя, который исключает указанные недостатки и обеспечивает повышение КПД и эксплуатационную надежность, а также снижает материалоемкость и трудоемкость изготовления, улучшает ремонтопригодность и тепловой режим работы тиристоров в тиристорных блоках.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в улучшении технических и эксплуатационных характеристик, а именно повышение КПД, эксплуатационной надежности, уменьшение материалоемкости, удобства монтажа, снижение в целом трудоемкости изготовления преобразователя, улучшении ремонтопригодности и теплового режима работы тиристоров в тиристорных блоках, уменьшение расхода охлаждающего воздуха.
Технический результат достигается тем, что в выпрямительно-инверторном преобразователе, содержащем корпус, блок силовой, выполненный из тиристорных блоков, канал воздушного охлаждения, образованный тиристорными блоками, резисторы, резисторно-емкостные цепи, защитные резистивные проводники, датчики состояния тиристорных блоков, импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками, токопроводящие шины переменного и постоянного тока, клеммные блоки, блок силовой выполнен из восьми равнозначных плеч однофазного выпрямителя, расположенных по четыре плеча относительно оси симметрии по высоте корпуса, при этом каждое плечо однофазного выпрямителя выполнено из п последовательно включенных тиристорных блоков и m параллельно включенных тиристорных блоков, количество которых увеличено исключением из блока силового блока питания и тиристорных ключей системы компенсации реактивной мощности, между параллельно включенными тиристорными блоками расположены защитные резистивные проводники, причем четыре плеча однофазного выпрямителя, образующие катодную группу однофазного моста, расположены на одной стороне корпуса преобразователя, а другие четыре плеча, образующие анодную группу, на противоположной стороне корпуса преобразователя, при этом токопроводящие шины переменного и постоянного тока расположены с возможностью диагонального включения тиристорных блоков каждого из восьми плеч, выходные токопроводящие шины постоянного тока расположены в центре каждой стороны корпуса преобразователя в нижней его части, а входные токопроводящие шины переменного тока расположены по нижним и верхним углам корпуса преобразователя, соединенные между собой в каждом углу корпуса преобразователя, на внутренних торцевых стенах корпуса преобразователя расположены и закреплены выравнивающие резисторы, защитные резисторно-емкостные цепи, датчики состояния тиристорных блоков и импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками, в верхней и нижней части воздушного канала преобразователя дополнительно могут быть установлены дефлекторы, верхней части корпуса преобразователя установлены клеммные блоки для подключения блока питания, системы управления транспортного средства и разъем для подключения блока диагностики плеч силового блока.
Заявителю не известно конструктивное исполнение выпрямительно-инверторного преобразователя, представляющего совокупность всех признаков, характеризующих указанную полезную модель, что говорит о новизне заявляемого объекта.
Предложенная конструкция предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором представлен предлагаемый выпрямительно-инверторный преобразователь, где на Фиг. 1 изображена блок-схема расположения конструктивных элементов в выпрямительно-инверторном преобразователе.
Размещение конструктивных элементов, входящих в состав выпрямительно-инверторного преобразователя, выполнено с учетом удобства монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также теплового режима элементов.
Выпрямительно-инверторный преобразователь (Фиг. 1) содержит корпус 1, блок силовой 2, выполненный из тиристорных блоков 3, канал воздушного охлаждения 4, выравнивающие резисторы 5, защитные резисторно-емкостные цепи 6, датчики 7 состояния тиристорных блоков 3, импульсно-фазовые блоки 8 управления тиристорными блоками 3, токопроводящие шины переменного 9 и постоянного 10 тока, разъемы 11, клеммные блоки 12, защитные резистивные проводники 13. Канал воздушного охлаждения 4 образован тиристорными блоками 3.
Блок силовой 2 выполнен из восьми равнозначных плеч 14 однофазного выпрямителя, расположенных по четыре плеча относительно оси симметрии по высоте корпуса 1.
При этом каждое плечо 14 однофазного выпрямителя выполнено из п последовательно включенных тиристорных блоков и m параллельно включенных тиристорных блоков.
Причем четыре плеча однофазного выпрямителя, образующие катодную группу однофазного моста, расположены на одной стороне корпуса 1 преобразователя, а другие четыре плеча, образующие анодную группу, - на противоположной стороне корпуса 1 преобразователя.
Токопроводящие шины переменного 9 и постоянного 10 тока расположены с возможностью диагонального включения тиристорных блоков 3 каждого из восьми плеч 14.
Выходные токопроводящие шины 10 постоянного тока расположены в центре каждой стороны корпуса 1 преобразователя в нижней его части.
Входные токопроводящие шины 9 переменного тока расположены по нижним и верхним углам корпуса 1 преобразователя, соединенные между собой в каждом углу корпуса 1 преобразователя.
На внутренних торцевых стенах корпуса 1 преобразователя расположены и закреплены выравнивающие резисторы 5, защитные резисторно-емкостные цепи 6, защитные резистивные проводники 13 обеспечивают подключение параллельно включенных тиристорных блоков 3 к выравнивающим резисторам 5 и защитным резисторно-емкостным цепям 6, датчики 7 состояния тиристорных блоков 3 и импульсно-фазовые блоки 8 управления тиристорными блоками 3.
Для удобства эксплуатации в верхней части корпуса 1 преобразователя установлены клеммные блоки 12 для подключения блока питания, системы управления транспортного средства и разъем 11 для подключения блока диагностики плеч силового блока.
В верхней и нижней части воздушного канала 4 преобразователя дополнительно установлены дефлекторы 15, которые выравнивают скорость воздушного потока в горизонтальном сечении воздушного канала 4, тем самым обеспечивают равномерное охлаждение всех тиристорных блоков 3 преобразователя.
Корпус 1 выполнен из профильной и листовой стали. Расположение плеч и маркировка тиристоров указывается на табличках 16, которые установлена с двух сторон преобразователя. Охлаждение тиристорных блоков - воздушное принудительное. Направление движения воздуха вертикальное, сверху вниз.
Принцип работы заявляемого выпрямительно-инверторного преобразователя заключается в следующем: преобразователь монтируют в высоковольтной камере электровоза, шины переменного тока соединяют со вторичными обмотками тягового трансформатора электровоза, шины постоянного тока соединяют с тяговыми двигателями электровоза, подключают блок питания, блок диагностики и импульсно-фазовые блоки. При поступлении сигналов управления из системы управления движением электровоза на входные клеммы импульсно-фазовых блоков тиристорные плечи переходят в открытое состояние, на шинах постоянного тока появляется напряжение, величина которого задается системой управления движения электровоза, контроль исправности блоков тиристоров осуществляется датчиками состояния блоков тиристоров и блоком диагностики, расположенным вне высоковольтной камеры.
Предлагаемое конструктивное исполнение выпрямительно-инверторного преобразователя соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку, его реализация возможна на базе известного оборудования, материалов и технологий, существующих в электротехнической промышленности.
Все предложенные конструктивные изменения предлагаемого выпрямительно-инверторного преобразователя позволили улучшить технические и эксплуатационные характеристики, повысить КПД, эксплуатационную надежность, уменьшить материалоемкость, снизить трудоемкость, повысить технологичность и удобства монтажа, улучшить ремонтопригодность и тепловой режим работы тиристоров в тиристорных блоках, уменьшить расход охлаждающего воздуха.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство №999184 «Полупроводниковый реверсивный преобразователь с системой воздушного естественного охлаждения», опубл. 23.02.1983 г.
2. Патент РФ №54473 «Силовой полупроводниковый выпрямительно-инверторный преобразователь для транспортного средства», опубл. 27.06.2006 г.
3. Патент РФ №105546 «Выпрямительно-инверторный преобразователь», опубл. 04.03.2011 г.