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 платформа 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 «-», соединяющей отрицательный выход полууправляемого трехфазного выпрямителя с отрицательными входами трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов, а шина «+» подключена к положительному выходу полууправляемого трехфазного выпрямителя и к положительным входам трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов, при этом 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.1a).
Недостатком преобразователя является то, что выходные клеммы конденсаторов банка конденсаторов подключены сверху к DC-шине, что затрудняет доступ к элементам преобразователя, установленных на охладителе.
Преобразователь инверторной платформа 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 двумя 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 «-», соединяющей отрицательный выход полууправляемого трехфазного выпрямителя с отрицательными входами трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов, а шина «+» подключена к положительному выходу полууправляемого трехфазного выпрямителя и к положительным входам трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов, при этом 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.2а).
Недостатками известного преобразователя являются то, что выходные клеммы конденсаторов банка конденсаторов подключены сверху к DC-шине, что затрудняет доступ к элементам преобразователя, установленных на охладителе, а также обдув банка конденсаторов вентиляторами, которые являются дополнительными потребителями электроэнергии.
Техническим результатом полезной модели является оптимальная установка банка конденсаторов, при которой достигается свободный доступ к элементам преобразователя, установленных на охладителе и включение линейного дросселя между полууправляемым трехфазным выпрямителем и трехфазным автономным мостовым инвертором, что позволяет отказаться от использования дополнительных вентиляторов охлаждения банка конденсаторов, так как линейный дроссель снижает пульсации тока через конденсаторы.
Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь частоты, содержащий корпус, на передней панели которого установлены два вентилятора, охладитель на котором установлены три диодно-тиристорных модуля, соединенных по схеме полууправляемого трехфазного выпрямителя, датчик напряжения, датчик постоянного тока, три транзисторных модуля, соединенных по схеме трехфазного автономного мостового инвертора напряжения, датчик температуры, датчики выходных фазных токов, банк конденсаторов, содержащий шесть электролитических конденсаторов, включенных последовательно-параллельно посредством вспомогательной шины с изолятором, плату управления с драйверами, установленную на экранной панели над элементами охладителя, перемычку, подключенную к средним выводам диодно-тиристорных модулей, DC-шину, которая выполнена из шины «+», изолирующей шины, шины «-», при этом шина «-»подключена к отрицательному выходу полууправляемого трехфазного выпрямителя и к отрицательным входам трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов, а шина «+» подключена к положительным входам трехфазного автономного мостового инвертора напряжения и банка конденсаторов, при этом конденсаторы банка конденсаторов подключены к DC-шине снизу и установлены на крепежной панели, к нижней стороне которой прикреплен линейный дроссель, подключенный одним выводом к положительному выходу полууправляемого трехфазного выпрямителя (к перемычке), а другим к положительным входам трехфазного автономного инвертора напряжения и банка конденсаторов (к шине «+»).
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 и экранная панель).
На фиг.3 представлена схема электрическая силовой части преобразователя частоты.
Преобразователь частоты содержит (фиг.1, 2, 3) корпус 1, на передней панели которого установлены два вентилятора 2, охладитель 3 на котором установлены три диодно-тиристорных модуля 4, соединенных по схеме полууправляемого трехфазного выпрямителя 5, датчик напряжения 6, датчик постоянного тока 7, три транзисторных модуля 8, соединенных по схеме трехфазного автономного инвертора напряжения 9, датчик температуры 10, три датчика выходных фазных токов 11, банк конденсаторов 12, содержащий шесть электролитических конденсаторов 13, включенных последовательно-параллельно посредством вспомогательной шины с изолятором 14, плату управления с драйверами 15, установленную на экранной панели 16 над элементами охладителя 1, перемычку 17, подключенную к средним выводам диодно-тиристорных модулей 4, DC-шину 18, которая выполнена из шины «+» 19, изолирующей шины 20, шины «-» 21, при этом шина «-» 21 подключена к отрицательному выходу полууправляемого трехфазного выпрямителя 5 и к отрицательным входам трехфазного автономного мостового инвертора напряжения 9 и банка конденсаторов 12, а шина «+» 19 подключена к положительным входам трехфазного автономного мостового инвертора напряжения 9 и банка конденсаторов 12, конденсаторы 13 банка конденсаторов 12 подключены к DC-шине 18 снизу и установлены на крепежной панели 22, к нижней стороне которой прикреплен линейный дроссель 23, подключенный одним выводом к положительному выходу полууправляемого трехфазного выпрямителя 5 (к перемычке 17), а другим к положительным входам трехфазного автономного инвертора напряжения 9 и банка конденсаторов 12 (к шине «+» 19). Диодно-тиристорные модули 4 и транзисторные модули 8 имеют стандартную структуру. Каждый из трех диодно-тиристорных модулей 4 состоит из последовательно соединенных диода и тиристора, а каждый из трех транзисторных модулей 8 состоит из двух последовательно соединенных IGBT транзисторов, шунтированных обратными диодами. Конденсаторы 13 банка конденсаторов 12 подключаются к шине «+» 19 и к шине «-» 21 DC- шины 18 в соответствии с их полярностью. Отверстия на шине «+» 19, на шине «-» 21 и изолирующей шине 20 позволяют осуществлять монтаж элементов преобразователя без нарушения симметрии этих шин и исключить короткое замыкание между ними.
Преобразователь частоты работает следующим образом.
Входное трехфазное переменное напряжение (фазы А, В, С) преобразуется тремя диодно-тиристорными модулями 4 полууправляемого трехфазного выпрямителя 5 в постоянное пульсирующее напряжение, которое сглаживается конденсаторами 13 банка конденсаторов 12. Линейный дроссель 23 ограничивает скорость нарастания выпрямленного тока и тем самым снижает пульсации тока через конденсаторы 13 блока конденсаторов 12, что позволяет избежать их перегрева. При этом отпадает необходимость в использовании дополнительных вентиляторов для обдува банка конденсаторов 12. Транзисторные модули 8 трехфазного автономного инвертора напряжения 9, преобразуют постоянное напряжение в выходное трехфазное переменное напряжение (фазы U,V,W), изменяющееся по частоте и по амплитуде. Управляет диодно-тиристорными модулями 4 и транзисторными модулями 8 плата управления с драйверами 15 соответственно по релейному закону и по закону векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Получая информацию от датчиков напряжения 6, постоянного тока 7, температуры 10, выходных фазных токов 11, плата управления с драйверами 15 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 15 установлена на экранной панели 16, которая защищает ее от электромагнитных помех, возникающих при переключениях диодно-тиристорных модулей 4 и транзисторных модулей 8. Вентиляторы 2 нагнетают воздух в корпус 1, который охлаждает охладитель 3 и дополнительно линейный дроссель 23.
Предложенная конструкция преобразователя частоты (Фиг.1, 2), когда конденсаторы 13 банка конденсаторов 12 подключены к DC-шина 18 снизу, позволяет осуществлять свободный доступ к элементам (4, 6, 7, 8, 10, 11), установленных на охладителе 3. Для этого необходимо снять плату управления с драйверами 15, экранную панель 16 и DC-шину 18. Это позволяет значительно облегчить процесс обслуживания и ремонта преобразователя частоты.
Предлагаемая полезная модель преобразователя частоты реализована в вспомогательных преобразователях частоты опытных магистральных тепловозов 2ТЭ25К, 2ТЭ25А и показала свою надежность и эффективность.