ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к силовым полупроводниковым преобразователям электрической энергии, преобразующим переменный ток в постоянный. Заявляемый выпрямительно-инверторный преобразователь предназначен для питания двух тяговых электродвигателей постоянного тока, установленных на одной ходовой тележке магистральных электровозов переменного тока.
Известен выпрямительно-инверторный преобразователь (RU 105546, дата приоритета 04.03.2011), 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.
Недостатками известного выпрямительно-инверторного преобразователя являются высокая выделяемая мощность потерь в силовых полупроводниковых приборах и элементах выравнивания потенциалов между последовательно соединенными тиристорами, что приводит к снижению КПД, а также необходимость подбора силовых полупроводниковых приборов в группы для последовательного и параллельного соединения, что затрудняет ремонтопригодность и приводит к увеличению эксплуатационных расходов, в частности материалоемкости и трудоемкости изготовления.
Технической проблемой является создание выпрямительно-инверторного преобразователя с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками, конструкция которого исключает указанные недостатки.
Технические результаты предлагаемой полезной модели заключаются в повышении КПД, уменьшении материалоемкости, снижении трудоемкости изготовления выпрямительно-инверторного преобразователя, а также улучшении ремонтопригодности.
Технические результаты обеспечиваются тем, что выпрямительно-инверторный преобразователь содержит корпус, воздушный канал, соединительные токопроводящие шины, силовые входные и выходные выводы, клеммный блок, защитные RC-цепи, блоки формирователей импульсов. При этом внутри воздушного канала размещены восемь групп силовых элементов, которые состоят из N параллельно включенных цепей (n - натуральное число, 2≤N≤4). Каждая из цепей включает в себя тиристорный блок, реактор и быстродействующий предохранитель.
На внутренней боковой стороне корпуса расположены и закреплены блок питания и блок диагностики.
Корпус выпрямительно-инверторного преобразователя может быть выполнен в виде сварного корпуса из профильной и листовой стали.
Воздушный канал для охлаждающего воздуха располагается вертикально в центральной части корпуса выпрямительно-инверторного преобразователя. Внутри воздушного канала, кроме восьми групп из N параллельно включенных цепей (n - натуральное число, 2≤N≤4), располагаются также токопроводящие шины, соединяющие цепи таким образом, что с одной стороны корпуса образуется катодная группа, а с другой стороны корпуса - анодная группа преобразователя.
Клеммный блок предназначен для подключения к микропроцессорной системе управления движением электровоза и расположен в верхней части корпуса.
Защитные RC-цепи установлены на боковых наружных стенках корпуса выпрямительно-инверторного преобразователя.
Блоки формирователей импульсов, а также силовые входные и выходные выводы расположены на передней и задней панелях корпуса.
Выпрямительно-инверторный преобразователь может включать в себя от 4 до 8 блоков формирователей импульсов.
Конструкция выпрямительно-инверторного преобразователя позволяет осуществлять его ремонт без демонтажа из электровоза, а блоки размещены в корпусе с учетом удобства обслуживания и монтажа при эксплуатации.
Заявителю не известно конструктивное исполнение выпрямительно-инверторного преобразователя, представляющего совокупность всех признаков, характеризующих указанную полезную модель, что говорит о новизне заявляемого объекта.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку предназначено для использования как во вновь изготавливаемых, так и проходящих капитальный ремонт электровозах.
Полезная модель поясняется фигурами:
Фигура 1. Выпрямительно-инверторный преобразователь. Вид спереди;
Фигура 2. Выпрямительно-инверторный преобразователь.
Вид сбоку; Фигура 3. Выпрямительно-инверторный преобразователь. Вид сверху.
На фигурах изображены:
1 - корпус;
2 - воздушный канал;
3 - токопроводящие шины;
4 - тиристорный блок;
5 - реактор;
6 - быстродействующий предохранитель;
7 - силовые входные выводы;
8 - силовые выходные выводы;
9 - блоки формирователей импульсов;
10 - клеммный блок;
11 - защитные RC цепи;
12 - блоки питания и диагностики.
Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит сварной корпус 1, выполненный из профильной и листовой стали. В центральной части корпуса 1 проходит вертикальный воздушный канал 2 для охлаждающего воздуха. Внутри воздушного канала 2 размещены восемь групп силовых элементов (на фигурах не указаны) и токопроводящие шины 3. Причем четыре группы силовых элементов установлены с передней стороны корпуса, а другие четыре - с задней.
Каждая группа силовых элементов состоит из четырех параллельно включенных цепей (на фигурах не указаны), содержащих тиристорный блок 4, реактор 5 и быстродействующий предохранитель 6.
Параллельное соединение тиристорных блоков 4 совместно с реакторами 5 исключает необходимость подбора силовых полупроводниковых элементов в цепи по параметрам, а также снижает мощность потерь тиристорных блоков 4.
Быстродействующие предохранители 6 в составе цепей защищают выпрямительно-инверторный преобразователь и обеспечивают его работоспособность при выходе из строя одного из тиристорных блоков 4.
Тиристорный блок 4 представляет собой таблеточный тиристор, установленный на двусторонний радиатор, имеющий элементы крепления и токоотводящие выводы.
Токопроводящие шины 3, соединяют цепи таким образом, что с одной стороны корпуса образуется катодная группа, а с другой стороны корпуса - анодная группа преобразователя.
Силовые входные выводы 7 предназначены для подключения к источнику входного переменного тока, а выходные выводы 8 предназначены для подключения сглаживающих реакторов и тяговых электродвигателей.
На передней и задней панелях корпуса 1 выпрямительно-инверторного преобразователя располагаются восемь блоков формирователей импульсов 9. В верхней части корпуса 1 расположен клеммный блок 10 для подключения к микропроцессорной системе управления движением электровоза. На боковых наружных стенках корпуса установлены защитные RC-цепи 11, а на боковых внутренних стенках корпуса закреплены блок питания и блок диагностики 12.
Функционирование предлагаемого технического решения происходит следующим образом. Преобразователь монтируют в высоковольтной камере электровоза, входные силовые выводы 7 соединяют с вторичными обмотками тягового трансформатора электровоза, выходные силовые выводы 8 соединяют с тяговыми двигателями и сглаживающими реакторами ходовой тележки электровоза, а к клеммному блоку 10 подключают провода, идущие от микропроцессорной системы управления движением электровоза. После подключения к контактной сети и появления напряжения на выводах вторичной обмотки преобразовательного трансформатора электровоза, по команде машиниста на входы блоков формирователя импульсов 9 поступают сигналы управления от микропроцессорной системы управления движением электровоза. После усиления по мощности, сигналы поступают на тиристорные блоки 4, которые переходят в проводящее состояние. В результате на выходных выводах 8 появляется напряжение, величина которого задается системой управления движением электровоза. Контроль исправности быстродействующих предохранителей 6 осуществляется блоком диагностики. При пробое быстродействующего предохранителя 6 блок диагностики передает сигнал с номером перегоревшего предохранителя 6 в микропроцессорную систему управления движением электровоза.
Таким образом, повышение КПД, уменьшение материалоемкости, снижение трудоемкости изготовления преобразователя и улучшение ремонтопригодности достигаются за счет того, что выпрямительно-инверторный преобразователь содержит корпус, соединительные токопроводящие шины, силовые входные и выходные выводы, клеммный блок, защитные RC-цепи, блоки формирователей импульсов и воздушный канал, внутри которого размещены восемь групп силовых элементов, состоящих из N параллельно включенных цепей (n - натуральное число, 2≤N≤4), каждая из которых включает в себя тиристорный блок.