СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ГАЗОТУРБОВОЗА

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к силовым полупроводниковым преобразователям для газотурбовоза с питанием трехфазным переменным током по двум каналам от генератора. Заявляемое устройство предназначено для преобразования трехфазного переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, применяемое для питания тяговых электродвигателей.
В настоящее время известны различные конструкции полупроводниковых преобразовательных устройств.
Известна выпрямительная установка [1], содержащий каркас с двухстороннем обслуживанием, выпрямительный блок, представляющий собой два параллельно соединенных трехфазных моста, распложенных по разным сторонам каркаса и получающих питание от отдельных «звезд» статорной обмотки тягового генератора. Каждое плечо моста состоит из последовательно и параллельно включенных диодных блоков, представляющие собой вентиль штыревого типа, ввернутый в охладитель. Электрический монтаж вентилей выполнен шинами, закрепленными внутри каркаса вертикально при помощи изоляционных стоек, при этом подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса. Выпрямительная установка имеет три отдельных вертикальных каналов охлаждения, образованных конструкцией, диодных блоков, изоляционными стенками и панелями. На каркасе снизу и сверху имеются фланцы для присоединения патрубков системы охлаждения.
Недостатками устройства являются низкая термоциклоустойчивость и относительно низкая нагрузочная способность в заданных габаритных размерах, вследствии, использования вентилей штыревой конструкции.
Известен силовой полупроводниковый преобразователь [2], конструктивно выполненный в виде двух шкафов, остовом которых служит сварной каркас из профильной и листовой стали, с двухстороннем обслуживанием, содержащий выпрямительный блок, представляющий собой два трехфазных моста. Каждое плечо моста состоит из последовательно и параллельно включенных диодных блоков, представляющие собой диод таблеточного типа, который при помощи траверс и болтов прижат с одной стороны к алюминиевым охладителям, установленными на стеклотекстолитовой панели и образующие центральный вертикальный канал воздушного охлаждения. Подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса.
Недостатком такого преобразователя является отсутствие диагонального расположения шин, что не позволяет применять большее количество включенных в параллель вентилей для получения требуемой мощности без использования дополнительных устройств из-за возникновения эффекта неравномерного распределения тока по параллельно включенным вентилям, а также как у выше упомянутого устройства является низкая термоциклоустойчивость и относительно низкая нагрузочная способность в заданных габаритных размерах, в следствии, использование вентилей таблеточной конструкции при одностороннем охлаждении.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является силовой полупроводниковый преобразователь [3], содержащий каркас из профильной и листовой стали, выпрямительный силовой блок, выполненный из двух, расположенных на противоположных сторонах каркаса, двух независимых трехфазных мостовых выпрямителей, с параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, представляющие собой диод таблеточного типа, который при помощи траверс и болтов прижат с обеих сторон алюминиевыми охладителями, установленными на стеклотекстолитовой панели и образующие центральный вертикальный канал воздушного охлаждения, токопроводящие шины переменного и постоянного тока. Подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса.
Недостатки этой известной конструкции обусловлены тем, что:
- при использовании в известном газотурбовозе потребуется дополнительные устройства для подключения к внешним цепям генератора и тяговых двигателей;
- при существующей конструкции невозможно обеспечить достаточной мощностью питания тяговых двигателей газотурбовоза.
Заявляемый силовой полупроводниковый преобразователь выполнен в виде шкафа и устанавливается внутри высоковольтной камеры в газотурбовозах.
При проектировании заявленного устройства ставились следующие задачи:
- разработка конструкции с оптимальной компактностью и простотой конструкции с жесткими ограничениями по массе и габаритам, соответствующим месту размещения в специальном высоковольтном отсеке локомотива;
- расположение блоков устройства с обеспечением удобства их обслуживания;
- конструктивной обеспеченностью возможности проведения ремонта устройства за счет модульности блоков;
- повышением эффективности воздушного охлаждения всех блоков устройства;
- повышением надежности конструкции с обеспечением высокой степени безаварийности при эксплуатации;
- конструктивной обеспеченностью способности к легкой модернизации устройства.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в создании оригинального силового полупроводникового преобразователя для газотурбовоза с питанием переменным током по двум каналам от генератора с системой вертикального воздушного охлаждения, отличающегося от известных высокой степенью модернизации, компактностью со строго ограниченными размерами по месту размещения в высоковольтной камере локомотива, повышенной надежностью работы за счет улучшенной конструкции, удобством монтажа и демонтажа узлов за счет модульности конструкции, повышенной как относительной, так абсолютной выходной мощностью за счет увеличения силовых блоков и конструкции их соединения и увеличения эффективности воздушного охлаждения всех блоков устройства.
При этом должно быть обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:
- улучшение технических и эксплуатационных характеристик заявляемого устройства;
- обеспечение конструктивной компактности и оптимально возможного использования внутреннего объема для размещения заявляемого устройства в высоковольтной камере локомотивов;
- обеспечение удобства обслуживания;
- наличие высокой степени защиты от аварийных ситуаций в дорожных условиях эксплуатации;
- повышение степени пожаробезопасности;
- увеличение длительности безремонтного срока эксплуатации.
Предлагается силовой полупроводниковый преобразователь для газотурбовоза с питанием трехфазным переменным током по двум каналам от генератора, содержащий каркас, выпрямительный силовой блок, выполненный из двух, расположенных на противоположных сторонах каркаса, независимых трехфазных мостовых выпрямителей, с параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, образуя в совокупности вертикальный канал воздушного охлаждения и соединенных внутренними шинами переменного и постоянного тока, входные датчики тока, для контроля значения входного тока. Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что каждое плечо трехфазного выпрямителя снабжено дополнительными, подключенными параллельно, диодными блоками, позволяющими увеличить выходную мощность преобразователя, шинами постоянного и переменного тока расположенными с возможностью диагонального включения диодных блоков каждого из плеч трехфазного выпрямителя, что позволяет добиться эффекта равномерного распределения тока по параллельным ветвям, шинами постоянного тока (переменного тока) раздельно подключенными индивидуально к каждому плечу и соединенными в одной общей точке на выходе (на входе), что позволяет снизить электромагнитные поля (Фиг. 1), а также снабжен датчиками тока, закрепленными на боковой панели, что позволяет контролировать входной ток по входным шинам, проходящим через них с целью пресечения развития аварийного режима.
Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется в железнодорожном транспорте, в частности в газотурбовозах, например в газотурбовозе ГТh1-002.
Предложенная конструкция предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором представлен предлагаемый силовой полупроводниковый преобразователь, где на Фиг. 2 изображена блок-схема расположения конструктивных элементов в преобразователе.
Компоновка конструктивных элементов, входящих в состав силового полупроводникового преобразователя, выполнена с учетом удобства монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также теплового режима элементов и повышение помехоустойчивости. Силовой полупроводниковый преобразователь (Фиг. 2) содержит каркас 1 выполненный из профильной и листовой стали, силовой выпрямительный блок 2, выполненный из диодных блоков 3, канал воздушного охлаждения 4, токопроводящие шины переменного тока 5, и постоянного тока 6, 7, 8, 9, 10, 11 датчики тока 12.
Выпрямительный силовой блок 2, выполненный из двух, расположенных оппозитно на противоположных сторонах каркаса 1, трехфазных мостовых выпрямителей, с параллельно включенными диодными блоками 3 в каждом плече, установленных горизонтально. Каждый диодный блок 3 содержит таблеточный диод 13, закрепленный между индивидуальными анодным охладителем 14 и катодным охладителем 15, установленными на индивидуальной изоляционной монтажной панели 16.
Разделенные токопроводящие шины переменного тока 5 подключены, соответственно, раздельно к катодам и анодам диодных блоков 3 смежных плеч катодной и анодной групп трехфазного выпрямителя, а затем токопроводящие шины 5 переменного тока объединены в общей точки подключения внешних цепей и расположены параллельно диодным блокам 3. Разделенные токопроводящие катодные шины 6, 8, 10 постоянного тока, расположенные вдоль диодных блоков 3, подключены к катодам диодных блоков 3, трехфазного выпрямителя, и затем соединены общей шиной 17 катодной группы, а разделенные токопроводящие анодные шины 7, 9, 11 расположенные вдаль диодных блоков 3, подключены к анодам диодных блоков 3 трехфазного выпрямителя, и затем соединены общей шиной 18 анодной группы.
Для контроля входного тока токопроводящие шины переменного тока 5 проходят через датчики тока 12 установленные на стеклотекстолитовых панелей 19 прикрепленные в свою очередь к боковой стороне каркаса 1.
В верхней и нижней части воздушного канала 4 дополнительно установлены дефлекторы 20, которые выравнивают скорость воздушного потока в горизонтальном сечении воздушного канала 4, тем самым обеспечивают равномерное охлаждение всех диодных блоков 3. Охлаждение диодных блоков 3 - воздушное принудительное, направление движение воздуха вертикальное.
Расположение плеч и маркировка диодов указана на табличках 21, которые устанавливаются на боковой стороне каркаса 1.
Принцип работы заявленного силового полупроводникового преобразователя заключается в преобразовании трехфазного переменного напряжения частотой 30-100 Гц в постоянное напряжение для питания тяговых двигателей газотурбовоза, в свою очередь преобразователь монтируется в высоковольтной камере газотурбовоза, шины переменного тока соединяются с генератором газотурбовоза, шины постоянного тока соединяют с тяговыми двигателями газотурбовоза.
Источник информации:
1. Пассажирский тепловоз ТЭП70 / В.Г. Быков, В.И. Морошкин, Г.Е. Серделевич, Ю.В. Хлебников, В.М. Ширяев. М.: Транспорт, 1976. С. 185-188.
2. Преобразователь В-ТППД-6,3к-1к-У2
Технические условия ТУ 16-95 ИЖРФ.435514.018 ТУ
3. Преобразователь В-ТППД-11к-500-М-У2
Технические условия ТУ 16-2008 ИЕАЛ.435514.027 ТУ