МОДУЛЯРНЫЙ ВАРИАНТ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО МОЩНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Область техники
Технический вариант касается конструкторского произведения модулярного проекта двухступенчатого мощного преобразователя, основанного на двухступенчатой конверсии мощности, причем требуемая мощность производится с помощью стандартизованных мощных модулей.
Уровень техники
Недостатком существующих вариантов является то, что для каждой из аппликаций было необходимо воспользоваться новым проектом преобразователя - не было возможным оборудование собрать из стандартных секций. Это наносило высокие расходы по разработке при каждом требовании на изменение уровня мощности. Преобразователи были больших размеров, тяжелые и очень трудно выполнялись сервисные работы, поскольку манипуляция с ними была неудобной и для разных операций были необходимы разные запчасти. В случае, когда конверсия мощности была произведена только на одной степени, она доставляла высокие требования к регуляции и необходимость бесхозяйственного преувеличения элементов. Некоторые старшие варианты с двухступенчатой конверсией не были оснащены гальваническим разделением промежуточной цепи от входного высокого напряжения, ввиду чего выходные преобразователи необходимо было проектировать для полного входного напряжения и не были достаточно безопасными. У ВВ-аппликаций было необходимым конвертировать высокое напряжение компонентами с высоким запирающим напряжением, которое не было возможно выключать на достаточно высоких частотах, вследствие чего для отделения напряжения применялись крупные и объемистые трансформаторы. Качество и скорость регуляции были ограничены и высокий шум преобразователя был последствием позиции рабочей частоты в диапазоне, чувствительном для слуховых ощущений.
Раскрытие полезной модели
Вышеуказанные недостатки по существу устранены конструкторским решением согласно образцу, в состав которого входит входной ВВ-преобразователь образованный минимально из одного ВВ-модуля оснащенного входом напряжения и через промежуточную цепь постоянного тока объединенного минимально с одним выходным преобразователем с выходом. Выход может быть с переменным напряжением и/или с постоянным напряжением. Вход напряжения оснащен предварительной зарядкой и через съемник входного тока и входную доссель подключен минимально с одним входным модулем ВВ-преобразователя. Модулью управляется контурами управления ВВ-преобразователя, обеспечивающими регулировку исходя из сигналов от съемника входного напряжения и тока и от съемника напряжения промежуточной цепи. Выходной преобразователь может состоять из 3-фазного преобразователя с постоянной частотой, и/или из 3-фазного преобразователя с переменной частотой, и/или из однофазного инвертора, и/или из преобразователя постоянного тока, и/или из зарядного устройства батареи и повышающим преобразователем.
У преобразователей для ж/д входная сторона обычно питается от высокого напряжения, происходящего от контактной сети или от тягового трансформатора. Конверсия мощности осуществляется на двух степенях.
Первая степень
ВВ-преобразователь, превращающий высокое напряжение на стабилизированное постоянное напряжение промежуточной цепи с величиной напряжения подходящей для дальнейшей переработки. Первая степень обеспечивает, для безопасности, гальваническое разделение постоянного выхода от ВВ-стороны.
ВВ-преобразователь состоит из нескольких одинаковых модулей. Их число зависит от мощности каждого модуля, требований к общей мощности и от величины входного напряжения. Выходы ВВ-модулей параллельно подсчитаны в общую однонаправленную шину промежуточной цепи. ВВ-модули на входе подключены последовательно, последовательно-параллельно или параллельно. Последовательное подключение позволяет разграничить входное напряжение между модули, что предоставляет возможность применить в модулях полупроводниковые элементы с низшим запирающим напряжением. Высшая рабочая частота преобразователя, которую указанные элементы предоставляют, позволяет понизить шумливость, габариты и вес магнитных цепей и повысить качество регулировки. Дальнейшее улучшение можно достичь аппликацией взаимно смещенных по фазе управляющих сигналов в отдельные ВВ-модули, что
приносит уникальное улучшение свойств оборудования, напр. понижение пульсации тока, понижение входного тока, понижение усилия напряжения и тока элементов, понижение уровня электро-магнитных помех.
Вторая степень
Вторая степень состоит из одного или нескольких выходных модулей, преобразующих стабилизированное постоянное напряжение промежуточной цепи на требуемое выходное напряжение постоянного или переменного тока.
Выгодой модулярной конструкции является облегчение ухода, ремонта и установки, благодаря низкому весу и легкозаменяемости отдельных модулей. Похожая механическая конструкция входных и выходных модулей позволяет применить сходную раму, укрепление и способ охлаждения. Модули могут быть унифицированные, напр. для инвертора с постоянной частотой и для инвертора с переменной частотой можно воспользоваться одинаковыми модулями. Модулярное исполнение предоставляет быструю и оперативную конфигурацию стандартных мощных блоков, соответствующих требованиям к выходу.
Краткое описание чертежей
Модулярное исполнение двухступенчатого мощного преобразователя более подробно пояснено на чертеже в приложении, на котором на рис. №1 схематически изображена двухступенчатая конверсия мощности и на рис. №2 его модулярное исполнение.
Осуществление полезной модели
В модулярное исполнение двухступенчатого мощного преобразователя по рисункам №№1 и 2 входит ВВ-преобразователь 20 образованный минимально из одного входного ВВ-модуля 21, 22, 23, 24, 25, 26, оснащенного входом напряжения 10 и через промежуточную цепь постоянного тока 30 оборудованного съемником напряжения 31 и объединенного минимально с одним выходным преобразователем 40 с выходом 50. Выход 50 может быть с переменным напряжением 51, 52, 53 и/или с постоянным напряжением 54, 55. Вход напряжения 10 оснащен предварительной зарядкой 12 и через съемник входного тока 13 и входную доссель 14 подключен минимально с одним входным
ВВ-преобразователем 20 и через съемник входного напряжения 15, через управляющий контур ВВ-преобразователя 200 со съемником напряжения промежуточной цепи 32. Выходной преобразователь 40 может состоять из 3-фазного преобразователя с постоянной частотой 41, и/или из 3-фазного преобразователя с переменной частотой 42, и/или из однофазного инвертора 43, и/или из преобразователя постоянного тока 44, и/или из зарядного устройства батареи 45 и повышающим преобразователем 46.
Через вход напряжения 10 подается напряжение, напр. 3000 В.
Входное напряжение 10 после перехода предохранителем FU1 считывается преобразователем, измеряющим входное напряжение 10. Цепи управления ВВ-преобразователя 200 после оценки величины напряжения включат предварительную зарядку 12 - контактор КМ1, который через сопротивление предварительной зарядки R1 предварительно зарядит конденсаторы фильтра, распределенные во входных модулях, составляющих первую степень конверсии мощности - ВВ-преобразователь 20. Предварительная зарядка через сопротивление ограничит толчок тока при включении высокого напряжения. После предварительной зарядки конденсаторов на требуемую величину напряжения включится главный контактор КМ2 и высокое напряжение следует прямо на ВВ-преобразователь. Входная дроссель 14 L1 последовательно с модулями отфильтровывает напряжение и ограничивает перенапряжения от электросети. Стандартные ВВ-модули 21, 22, 23, 24, 25, 26, в количестве необходимом для получения запирающего напряжения, на входе подключены последовательно. Число модулей зависит также от общей требуемой мощности и при низшем входном напряжении 10 для того могут быть включены и последовательно-параллельно или параллельно. Выходы ВВ-модулей 21, 22, 23, 24, 25, 26 включены всегда параллельно в общую шину и составляют промежуточную цепь постоянного тока.
Промежуточная цепь, для безопасности, отделена от ВВ-стороны трансформаторами, установленными в ВВ-модулях 21, 22, 23, 24, 25, 26. Напряжение промежуточной цепи постоянного тока 30 снимает съемник напряжения 31 промежуточной цепи и управляющие контуры ВВ-преобразователя 20 обеспечивают его регулировку и стабилизацию. Входной ток ВВ-преобразователя 20 и выходной ток ВВ-преобразователя 20 снимаются съемниками тока 13 и информация о их величине также приведена в контуры управления ВВ-преобразователя 200. Цепи управления ВВ-преобразователем 200 управляют работой целого ВВ-преобразователя 20 и, кроме регулировки, обеспечивают также его защиту при превышении предельной величины напряжения или тока. ВВ-преобразователь 20 самая сложная часть целого, поскольку он должен соответствовать также требованиям по безопасности, должен иметь высокую
изоляцию и соблюдать безопасное расстояние. Кроме того, преобразователь должен справляться с работой в широком допуске входного питающего напряжения и в диапазоне нагрузки от 0 до 100%.
От напряжения промежуточной цепи питаются выходные модули 41, 42, 43, 44, 45, 46, выходного преобразователя 40, составляющие вторую степень конверсии мощности. В/у модули выполнены разными преобразователями и на выходе могут вырабатывать или постоянное, или переменное (однофазное и многофазное) напряжение. Ввиду того что напряжение промежуточной цепи стабилизированное ВВ-преобразователем 20 и также гальванически разделено от стороны высокого напряжения, конструкция выходных преобразователей 40 менее сложная. Число и вид выходных модулей выходного преобразователя 40 зависит от требований к преобразователю.
Систему составной конструкции можно собрать. К распоряжению стандартные модули, напр. 3-фазный инвертор с постоянной частотой 41, 3-фазный преобразователь с переменной частотой 42, однофазный инвертор 43, однофазный преобразователь 44, зарядное устройство батареи 45, источник питания (DC/DC преобразователь). При необходимости можно дополнить повышающий преобразователь 46, вырабатывающий напряжение промежуточной цепи из батарейного напряжения при отсутствии высокого напряжения на входе преобразователя и требуется работа некоторого из выходов.
Применение в промышленности
Модулярное исполнение двухступенчатого мощного преобразователя предназначено для применения в электротехнической промышленности, ж/д и троллейном транспорте и там, где требуется конверсия мощностей.