МНОГОУРОВНЕВЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты относится к области электротехники и может быть использован для управления пуском и регулированием скорости высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей.
Известен транзисторный преобразователь частоты для управления пуском и регулированием скорости высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей («Преобразователи частоты производства ОАО Электровыпрямитель», В.Чибиркин и др. журнал «Силовая Электроника», №1, 2005 г.). Данный преобразователь частоты содержит тиристоры выпрямителя и транзисторы инвертора с последовательным соединением высоковольтных тиристоров и транзисторов, а так же токоограничиваюший защитный дроссель на входе преобразователя и LC-фильтр на его выходе.
Недостаток аналога большие массогабаритные показатели, обусловленные дополнительными элементами (конденсаторами, резисторами, варисторами), предназначенными для выравнивания напряжений на последовательно соединенных транзисторах в статических и динамических режимах, объемные заряды которых имеют значительный разброс и не учитываются в поставочных образцах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, принятому за прототип, является многоуровневый транзисторный преобразователь частоты (каталог «Высоковольтный преобразователь частоты серии ВПЧА компании «Л-Старт», 2009 г.), расположенный в шкафу, корпус которого разделен изоляционной перегородкой на отсеки содержащий выдвижные блоки с конструктивными элементами тиристорных выпрямителей, транзисторных инверторов и конденсаторами емкостных фильтров, блоки управления тиристорными выпрямителями и транзисторными инверторами, направляющие, блок управления многоуровневым транзисторным преобразователем частоты.
Для регулирования скорости высоковольтных асинхронных электродвигателей многоуровневый транзисторный преобразователь частоты выполнен с последовательным соединением выдвижных силовых блоков на транзисторах 17 класса, каждая из которых представляет собой однофазный низковольтный преобразователь частоты, рассчитанный на напряжение питания 660 В переменного тока. Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для электродвигателя на напряжение 6 кВ имеет в фазе пять последовательно включенных низковольтных выдвижных силовых блоков с линейным напряжением питания переменного тока 660 В, а всего для управления двигателем используется 15 выдвижных силовых блоков. Для электродвигателя на 10 кВ устанавливается в фазе по 9 шт. низковольтных выдвижных силовых блоков, а во всем преобразователе 27 выдвижных силовых блоков. На одном выдвижном силовом блоке располагаются конструктивные элементы одного низковольтного однофазного преобразователя частоты. Большое количество однотипных блоков увеличивает габаритные размеры многоуровневого транзисторного преобразователя частоты. Потери активной мощности в тиристорах и транзисторах преобразователя частоты с большим количеством низковольтных силовых блоков также возрастают, так как ток фазы протекает по большему их количеству.
Недостатками прототипа являются повышенные габаритные размеры многоуровневого транзисторного преобразователя частоты и потери активной мощности в силовых тиристорах и транзисторах ввиду большого их количества, а также усложнение конструкции шкафа из-за необходимости изоляции низковольтных выдвижных силовых блоков, находящихся под потенциалом высокого напряжения двигателя, от заземленного корпуса шкафа. Изоляция низковольтных выдвижных силовых блоков преобразователя частоты относительно «земли» должна выдерживать согласно п.1.8.26 «Правил устройства электроустановок» для преобразователей частоты с выходным напряжением 6 кВ испытательное напряжение 22,5 кВ, а для 10 кВ - испытательное напряжение 33,8 кВ, т.е. во много раз больше номинального напряжения выдвижного силового блока. Для обеспечения достаточной электрической прочности высоковольтной изоляции пол в шкафу и несущие конструкции шкафа прототипа выполняются из изоляционного материала, что усложняет его изготовление и увеличивает стоимость.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в упрощении конструкции многоуровневого транзисторного преобразователя частоты и снижении его массы и габаритов.
Указанный технический результат достигается тем, что в многоуровневом транзисторном преобразователе частоты расположенным в шкафу, корпус которого разделен изоляционной перегородкой на отсеки содержащий блок управления многоуровневым транзисторным преобразователем частоты, выдвижные блоки с конструктивными элементами тиристорных выпрямителей и транзисторных инверторов и конденсаторами емкостных фильтров, блоками управления тиристорными выпрямителями и транзисторными инверторами, направляющие, выдвижные блоки выполнены высоковольтными, на каждом из выдвижных блоков расположены конструктивные элементы двух тиристорных выпрямителей и двух транзисторных инверторов с соответствующими блоками управления тиристорными выпрямителями и транзисторными инверторами. Каждый выдвижной блок выполнен в виде каркаса на подвижной платформе. Конструктивные элементы транзисторных инверторов расположены на соответствующих сторонах введенных изоляционных панелей. Каждый выдвижной блок содержит конструктивные элементы дросселей формирователей траектории открывания транзисторов, разрядные резисторы, развязывающие диоды, конденсаторы формирователей траектории открывания транзисторов инверторов, причем дроссели формирователей траектории открывания транзисторов размещены рядом с конденсаторами емкостных фильтров. Блоки управления тиристорными выпрямителями и транзисторными инверторами расположены на торцевой стороне каркаса каждого выдвижного блока и выполнены заэкранированными. Блок управления многоуровневым транзисторным преобразователем частоты расположен на одной из дверей шкафа и выполнен заэкранированным. Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты содержит L, С, R фильтр выходного напряжения, состоящий из дросселей, резисторов и конденсаторов, размещенных в отсеке шкафа над выдвижными блоками. Выдвижные блоки содержат входные и выходные зажимы переменного тока, выведенные наверх для соединения шинами с соответствующими клеммными зажимами шкафа. Направляющие установлены в основании шкафа.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что выдвижные блоки выполнены высоковольтными и на каждом из них расположены конструктивные элементы двух тиристорных выпрямителей и двух транзисторных инверторов с соответствующими блоками управления тиристорными выпрямителями и транзисторными инверторами.
Каждый выдвижной блок выполнен в виде каркаса на подвижной платформе заземленной и не изолированной от пола шкафа. Конструктивные элементы транзисторных инверторов расположены на соответствующих сторонах изоляционных панелей, закрепленных на подвижной платформе. Благодаря выполнению выдвижных блоков высоковольтными с транзисторами и тиристорами на 6500 В в многоуровневых транзисторных преобразователях частоты на 6 кВ сокращается общее число выдвижных блоков, например, с 15 шт. до 6 шт. Оригинальное размещение конструктивных элементов многоуровневого транзисторного преобразователя частоты, расположение транзисторов и тиристоров в непосредственной близости друг от друга позволяют упростить конструкцию и снизить массу и габаритные размеры выдвижного блока и шкафа в целом.
На фиг.1 - вид спереди шкафа, без стенок, на фиг.2 - вид А, на фиг.3 - общий вид шкафа.
На фиг.1, 2, 3 приняты обозначения:
1 - шкаф;
2 - изоляционная перегородка;
3, 4 - отсеки шкафа;
5 - выдвижные блоки;
6 - конструктивные элементы тиристоров выпрямителей;
7 - конструктивные элементы транзисторов инверторов;
8 - конденсаторы емкостных фильтров;
9 - блоки управления тиристорами выпрямителя и транзисторами инвертора;
10 - направляющие;
11 - блок управления многоуровневым транзисторным преобразователем частоты;
12 - каркас выдвижного блока;
13 - подвижная платформа;
14, 15 - изоляционные панели;
16 - дроссель формирователя траектории открывания транзисторов инверторов;
17 - разрядный резистор формирователя траектории открывания транзисторов инверторов;
18 - развязывающий диод формирователя траектории открывания транзисторов инверторов;
19 - конденсатор формирователя траектории открывания транзисторов инверторов;
20, 21 - защитные экраны;
22 - дверь шкафа;
23 - дроссель L, С, R выходного фильтра;
24 - резисторы L, С, R выходного фильтра;
25 - конденсаторы L, С, R выходного фильтра;
26 - входные и выходные зажимы выдвижных блоков;
27 - соединительные шины;
28 - клеммные зажимы шкафа.
Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты расположен в шкафу 1, корпус которого разделен изоляционной перегородкой 2 на отсеки 3, 4. В шкафу содержатся выдвижные блоки 5 с конструктивными элементами тиристорных выпрямителей 6, транзисторных инверторов 7 и конденсаторами емкостных фильтров 8, блоки управления тиристорными выпрямителями и транзисторными инверторами 9, направляющие 10, блок управления многоуровневым транзисторным преобразователем частоты 11. На каждом из выдвижных блоков расположены конструктивные элементы двух тиристорных выпрямителей 6, двух транзисторных инверторов 7. Выдвижные блоки выполнены высоковольтными за счет высоковольтных тиристорных выпрямителей 6 и транзисторных инверторов 7. Выдвижные блоки 5 выполнены в виде каркасов 12 расположенных на подвижных платформах 13. В одной части каркаса 12 расположены конструктивные элементы тиристорных выпрямителей 6 и транзисторных инверторов 7, а в другой - конденсаторы емкостных фильтров 8. Конструктивные элементы транзисторных инверторов 7 расположены на соответствующих сторонах изоляционных панелей 14, 15, размещенных, по крайней мере, тыльными сторонами друг к другу. Выдвижные блоки содержат конструктивные элементы формирователя траектории инверторов: дроссели 16, разрядные резисторы 17, развязывающие диоды 18, конденсаторы формирователей траектории открывания транзисторов инверторов 19, дроссели 16 размещены рядом с конденсаторами емкостных фильтров 8. Блоки управления тиристорными выпрямителями и транзисторными инверторами 9 расположены на торцевой стороне каркаса 12 выдвижного блока 5 и выполненные заэкранированными (закрытыми экранами 20). Блок управления многоуровневым транзисторным преобразователем частоты 11 расположен на одной из дверей 22 шкафа 1 и также выполнен заэкраированным экраном 21. Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты содержит также L, С, R фильтр выходного напряжения, конструктивные элементы которого дроссели 23, резисторы 24 и конденсаторы 25 размещены над выдвижными блоками 5 в отсеке 3. Входные и выходные зажимы переменного тока выдвижных блоков 26 выведены наверх и предназначены для соединения шинами 27 с соответствующими клеммными зажимами шкафа 28. Направляющие 10 для выдвижных блоков установлены в основании шкафа 1.
Сборка многоуровневого транзисторного преобразователя частоты выполняется в следующей последовательности:
1. Выполняется сборка и монтаж блоков управления тиристорами выпрямителя и транзисторами инвертора 9, и блока управления многоуровневым транзисторным преобразователем частоты 11 выполняемых с защитными экранами 20, 21, выдвижных блоков 5 и двери шкафа 22, а также установка и монтаж комплектующих, размещаемых на изоляционных панелях 14, 15.
2. Изоляционные панели 14, 15, конденсаторы емкостных фильтров 8, дроссели формирователей траектории открывания транзисторов инвертора 16, блоки управления тиристорами выпрямителя и транзисторами инвертора 9 устанавливаются на каркасы выдвижных блоков 12, размещенных на подвижной платформе 13.
3. Выполняется монтаж между элементами внутри выдвижных блоков 5.
4. Устанавливаются стационарно стоящие элементы внутри шкафа 1 (дроссели 22, резисторы 23, конденсаторы 24, клеммные зажимы 27 и пр.) и выполняется монтаж между ними.
5. Выдвижные блоки 5 закрепленные на подвижных платформах 13 размещаются внутри шкафа 1 и устанавливаются шины 26 между выходными зажимами выдвижных блоков 25 и соответствующими клеммными зажимами шкафа 27.
Заявляемая полезная модель предполагается к использованию в транзисторных частотно-регулируемых пусковых устройствах УБПВД-АЧ для управления высоковольтными асинхронными двигателями мощностью 1000-5000 кВт. При этом выдвижные блоки многоуровневого преобразователя частоты выполняются на напряжение питания 1900 В при применении транзисторов по напряжению 65 класса (6500 В).