СИЛОВАЯ ЯЧЕЙКА С ПЕЧАТНЫМИ ПЛАТАМИ И РАЗВЯЗКОЙ И МНОГОЯЧЕЕЧНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
POWER CELL WITH PRINTED CIRCUIT BOARDS AND DECOUPLER AND MULTICELL POWER SUPPLY MEDIUM VOLTAGE SOURCE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] В этой заявке выдвигаются притязания на приоритет предварительной заявки № 62/217248 на патент США, которая подана 11 сентября
. в Ведомство по патентам и товарным знакам США и содержание которой во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.
2015 г
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Аспекты данного изобретения относятся в основном к силовым ячейкам с печатными платами (ПП) и развязкой и к многоячеечным источникам электропитания среднего напряжения. По всему описанию возможно употребление терминов «электропривод», «система электропривода» и «источник электропитания» как взаимозаменяемых.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0003] Источники электропитания, конфигурация которых обеспечивает управление потоком энергии между первой системой переменного тока и второй системой, используются во множестве коммерческих и промышленных приложениях. Различные источники электропитания преобразуют энергию от первых частоты и напряжения ко вторым частоте и напряжению. Например, источник электропитания, как правило, используют в системах управления и эксплуатации электродвигателей переменного тока. Одним способом воплощения такого источника электропитания является электропривод, также именуемый здесь системой электропривода, например, такого, как модульный электропривод среднего напряжения, включающий в себя одну или несколько силовых ячеек, причем каждая силовая ячейка включает в себя несколько твердотельных преобразователей с промежуточной вставкой постоянного тока. Одна возможная система, включающая в себя такие силовые ячейки, рассмотрена в патенте США № 5625545 (Hammond), описание которого во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.
[0004] Модульный электропривод среднего напряжения в типичном случае строится на добавлении низковольтных силовых ячеек, соединенных последовательно, в каждой фазе, чтобы достичь желаемого выходного среднего напряжения, требуемого для электропривода электрического двигателя, подключенного к модульному электроприводу среднего напряжения. В зависимости, например, от типа электрического двигателя, выходное напряжение электропривода может находиться в диапазоне где-то между 1 кВ и 11 кВ. Даже несмотря на то, что на отдельных силовых ячейках возможно более низкое напряжение, среднее выходное напряжение электропривода может быть значительно выше. Обстоятельства, при которых выходное напряжение будет значительно выше, чем на отдельных силовых ячейках, обуславливает внесение значительных проблем в создание электропривода среднего напряжения из-за минимальных промежутков между различными проводящими деталями и компонентами силовых ячеек и системы электропривода. В типично случае, кожух системы электропривода является металлическим, и металлическими также являются, по меньшей мере, части кожуха каждой силовой ячейки. Следовательно, когда силовые ячейки устанавливают в шкафу системы электропривода, требуется дополнительная работа для поддержания надлежащей развязки между различными силовыми ячейками, а также между силовыми ячейками и шкафом системы. Такая надлежащая развязка в типичном случае требует развязки непроводящего материала, которую необходимо вносить в систему электропривода, что дорого и дополнительно увеличивает трудозатраты на электропривод. Таким образом, в данной области техники существует потребность в усовершенствованной силовой ячейке и усовершенствованной системе электропривода, содержащей такие силовые ячейки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Далее кратко описываются аспекты данного изобретения, относящиеся к силовой ячейке с печатными платами (ПП) и развязкой и к модульному многоячеечному источнику электропитания среднего напряжения.
[0006] В первом аспекте данного изобретения, предложен силовая ячейка с ПП для расположения в многоячеечном источнике электропитания, содержащий узел корпуса, содержащий многосекционный корпус и узел печатных плат (узел ПП), расположенный внутри узла корпуса, причем узел корпуса и узел ПП сконфигурированы для обеспечения интегрированной развязки по напряжению силовой ячейки, которая способствует поддержанию выходного напряжения многоячеечного источника электропитания.
[0007] Во втором аспекте данного изобретения предложен многоячеечный источник электропитания для получения мощности из источника и подачи мощности на выходе на нагрузку, причем источник электропитания содержит множество силовых ячеек с ПП, при этом каждый силовая ячейка содержит узел корпуса, содержащий многосекционный корпус, и узел ПП, расположенный внутри узла корпуса, при этом узел корпуса и узел ПП сконфигурированы для обеспечения интегрированной развязки по напряжению силовой ячейки, способствующей поддержанию выходного напряжения многоячеечного источника электропитания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] На фиг.1 иллюстрируется блок-схема известного модульного многоячеечного источника электропитания.
[0009] На фиг.2 иллюстрируется блок-схема другого известного модульного многоячеечного источника электропитания.
[0010] На фиг.3 иллюстрируется перспективное изображение силовой ячейки с печатными платами и развязкой в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения.
[0011] На фиг.4 иллюстрируется перспективное изображение в разобранном виде силовой ячейки с печатными платами и развязкой в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения.
[0012] На фиг.5 иллюстрируется перспективное изображение многоячеечного источника электропитания среднего напряжения в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения.
[0013] На фиг.6 и На фиг.7 изображены возможные принципиальные схемы силовой ячейки с печатными платами в соответствии с возможными вариантами осуществления данного изобретения.
[0014] На фиг.8 и фиг.9 иллюстрируются дополнительные возможные принципиальные схемы силовых ячеек печатных плат в соответствии с возможными вариантами осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0015] Чтобы облегчить понимание вариантов осуществления, принципов и признаков данного изобретения, ниже приводится их пояснение со ссылками на воплощение в иллюстративных вариантах осуществления. В частности, они описываются в контексте силовых ячеек с печатными платами (силовых ячеек с ПП) и многоячеечных источников электропитания среднего напряжения, пригодных для электродинамических машин, в частности, для электрических двигателей переменного тока. Вместе с тем, варианты осуществления данного изобретения, не ограничиваются применением в описываемых устройствах или способах.
[0016] В том смысле, в каком нижеследующие термины употребляются здесь, «среднее напряжение» - это напряжение, большее, чем примерно 690 В, и меньшее, чем примерно 69 кВ, а «низкое напряжение» - это напряжение, меньшее, чем примерно 690 В. Обычные специалисты в данной области техники поймут, что задать как «среднее напряжение» и «низкое напряжение» можно и другие уровни напряжения. Например, в некоторых вариантах осуществления, «среднее напряжение» может быть напряжением между примерно 3 кВ и примерно 69 кВ, а «низкое напряжение» может быть напряжением, меньшим, чем примерно 3 кВ.
[0017] Нижеследующее описание компонентов и материалов в различных вариантах осуществления следует считать носящим иллюстративный, а не ограничительный характер. В рамках объема притязаний вариантов осуществления данного изобретения находятся многие пригодные компоненты и материалы, которые предназначены для выполнения такой же функции, как описываемые здесь материалы, или аналогичной.
[0018] На каждой из фиг.1 и фиг.2 изображена блок-схема известного модульного многоячеечного источника 10 электропитания, который получает трехфазную мощность из источника переменного тока и подает мощность на нагрузку 12, например - трехфазный электродвигатель переменного тока.
[0019] На фиг.1, многоячеечный источник 10 электропитания включает в себя трансформатор 14, силовую цепь 16 и контроллер 18. Трансформатор 14 включает в себя первичную обмотку, которая возбуждает девять вторичных обмоток, а силовая цепь 16 включает в себя многочисленные силовые ячейки 26 с ПП, именуемые здесь просто силовыми ячейками 26, которые функционально подключены ко вторичным обмоткам, соответственно, трансформатора 14. Поскольку источник 10 электропитания содержит девять вторичных обмоток, а к каждой вторичной обмотке функционально подключена силовая ячейка 26, источник 10 электропитания содержит девять силовых ячеек 26. Конечно, источник 10 электропитания может содержать больше или меньше, чем девять силовых ячеек 26, и/или больше или меньше, чем девять вторичных обмоток, в зависимости от типа источника 10 электропитания и/или типа нагрузки 12, подключенной к источнику 10 электропитания.
[0020] Силовые ячейки 26 могут быть рассчитаны на более низкие напряжения и иметь конфигурации, обеспечивающие среднее напряжение, выдаваемое на нагрузку 12. В частности, каждая выходная фаза A, B, C цепи 16 электропитания питается от группы последовательно соединенных силовых ячеек 26. Выходы силовых ячеек 26 подключены последовательно в первой группе 30 фаз, во второй группе 32 фаз и в третьей группе 34 фаз. Каждое фазное выходное напряжение представляет собой сумму выходных напряжений силовых ячеек 26 в соответственной группе 30, 32 и 34 фаз. Например, первая группа 30 фаз содержит силовые ячейки 26, обозначенные символами A1, A2 и A3, причем фазное выходное напряжение выходной фазы A представляет собой сумму выходных напряжений силовых ячеек A1, A2 и A3. То же самое можно сказать о выходной фазе B и силовых ячейках B1, B2, B3, а также о выходной фазе C и силовых ячейках C1, C2, C3. В этой связи отметим, что силовая цепь 16 обеспечивает подачу среднего напряжения, выдаваемого на нагрузку 12, с помощью силовых ячеек 26, рассчитанных на более низкое среднее напряжение, которые включают в себя компоненты, рассчитанные на стандарты более низкого напряжения. Каждая силовая ячейка 26 подключена, например - посредством оптоволоконной линии связи, к контроллеру 18, в котором возможно использование обратной связи по току и обратной связи по напряжению для управления работой силовых ячеек 26.
[0021] Как иллюстрируется на фиг.2, многоячеечный источник 10 электропитания включает в себя трехфазный источник 20 электропитания переменного тока, силовую цепь 16 и контроллер 18. Трехфазный источник 20 электропитания переменного тока включает в себя два диодных моста, каждый из которых подсоединен на стороне напряжения переменного тока ко вторичным обмоткам трансформатора 24 преобразователя мощности, а также электрически подсоединен последовательно на стороне напряжения постоянного тока. Для параллельного соединения этих групп фаз предусмотрены положительное и отрицательное напряжения постоянного тока. Силовая цепь 16 включает в себя силовые ячейки 28, которые подключены к шине напряжения постоянного тока, образованной источником 20 электропитания. Силовые ячейки 28 рассчитаны, например, на более низкое напряжение и имеют конфигурацию, обеспечивающую выдачу среднего напряжения на нагрузку 12. Хотя нагрузку 12 можно проиллюстрировать как находящуюся в пределах многоячеечного источника 10 электропитания, нагрузка 12 не является частью многоячеечного источника 10 электропитания. Нагрузка 12 скорее является отдельной от многоячеечного источника 10 электропитания и соединенной с ним, как яснее показано на фиг.1.
[0022] Каждая выходная фаза A, B, C цепи 16 электропитания питается от группы последовательно соединенных силовых ячеек 28, также обозначенных символами A1-A4, B1-B4 и C1-C4 соответственно выходным фазам A, B, C. Силовые ячейки 28 подключены последовательно в первой группе 30 фаз, во второй группе 32 фаз и в третьей группе 34 фаз, как описано ранее со ссылками на фиг.1. Каждое фазное выходное напряжение представляет собой сумму выходных напряжений силовых ячеек 28 в соответственной группе 30, 32 и 34 фаз. Силовая цепь 16 подает среднее напряжение, выдаваемое на нагрузку 12, с помощью силовых ячеек 28, рассчитанных на более низкое среднее напряжение, которые включают в себя компоненты, рассчитанные на стандарты более низкого напряжения. Каждая силовая ячейка 28 подключена, например - посредством оптоволоконной линии (оптоволоконных линий) связи, к контроллеру 18, в котором возможно использование обратной связи по току и обратной связи по напряжению для управления работой силовых ячеек 28.
[0023] Следует отметить, что на фиг.1 и фиг.2 количество силовых ячеек 26, 28 в каждый группе 30, 32, 34 фаз может быть между 2 и 12, чтобы обеспечить разные средние напряжения, выдаваемые по потребности на нагрузку 12. Как отмечалось ранее, в варианте осуществления согласно фиг.1, количество вторичных обмоток трансформатора 14 совпадает с количеством силовых ячеек 26. В варианте осуществления согласно фиг.2, количество диодных мостов и вторичных обмоток трансформатора можно изменять от l до 6, чтобы обеспечить подавление гармоник на стороне первичной обмотки трансформатора 24. Обычные специалисты в данной области техники поймут, что можно использовать другие количества ячеек и количества диодных мостов - в зависимости от приложения - и что показанные и описываемые здесь конфигурации следует считать возможными по своей природе.
[0024] На фиг.3 иллюстрируется перспективное изображение силовой ячейки 100 с печатными платами (ПП) в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения.
[0025] Как отмечалось ранее, кожух известного источника электропитания или системы электропривода, например - известного источника 10 электропитания, как описано, например, в связи с фиг.1, является металлическим, и металлическими также являются, по меньшей мере, детали кожуха каждой силовой ячейки. Следовательно, когда силовые ячейки устанавливают в шкафу системы электропривода, требуется дополнительная работа для поддержания надлежащей развязки между различными силовыми ячейками, а также между силовыми ячейками и шкафом системы. Такая надлежащая развязка в типичном случае требует развязки непроводящего материала, которую необходимо вносить в систему электропривода, что дорого и дополнительно увеличивает трудозатраты на электропривод.
[0026] Как иллюстрируется на фиг.3, силовая ячейка 100 содержит узел 102 корпуса, который образует наружную оболочку силовой ячейки 100 и в котором заключены электрические и электронные компоненты силовой ячейки 100. Узел 102 корпуса является модульным, может содержать многочисленные компоненты или секции и именуется многосекционным корпусом. При сборке силовой ячейки 100, внутри узла 102 корпуса размещают электрические/электронные компоненты (см. также фиг.4).
[0027] В соответствии с возможным вариантом осуществления, узел 102 корпуса содержит многосекционный корпус, в частности - верхнюю секцию 104 корпуса и нижнюю секцию 106 корпуса. Верхнюю секцию 104 корпуса также можно назвать крышкой корпуса. Верхняя и нижняя секции 104 и 106 корпуса являются дополняющими друг друга компонентами, которые при сборке образуют узел 102 корпуса. Следует отметить, что узел 102 корпуса может содержать больше двух секций - в зависимости, например, от процессов изготовления или сборки силовой ячейки 100.
[0028] Верхняя секция 104 корпуса и нижняя секция 106 корпуса могут содержать элементы для сочленения верхней и нижней секций 104, 106 друг с другом, чтобы обеспечить защищенное соединение двумя секциями 104, 106. Например, нижняя секция 106 корпуса может содержать один или несколько проемов 110 для заключения в них одного или нескольких выступов 108 нижней секции 104 корпуса. В соответствии с фиг.3, выступы 108 и проемы 110 могут находиться на противоположных сторонах узла 102 корпуса. Обычный специалист в данной области техники сможет придумать многие другие варианты осуществления скрепления верхней и нижней секций 104, 106 корпуса друг с другом, такие, как с помощью болтов, винтов, и т.д.
[0029] В соответствии с возможным вариантом осуществления, силовая ячейка 100 с ПП содержит встроенную развязку по напряжению, также именуемую здесь интегрированной развязкой по напряжению. Такая встроенная развязка по напряжению достигается посредством придания силовой ячейке 100 конфигурации, предусматривающей наличие непроводящего материала. Силовая ячейка 100 может дополнительно предусматривать некоторое специальное расположение и/или разнесение электрических и электронных компонентов внутри силовой ячейки 100. Например, узел 102 корпуса содержит непроводящий материал и может быть составным (секционированным) формованным изделием, содержащим непроводящий материал. Непроводящий материал может содержать твердую пластмассу и может быть, например, пластмассой, армированной стекловолокном. В возможном варианте осуществления, каждая из верхней секции 104 корпуса и нижней секции 106 корпуса содержит непроводящий материал, что обеспечивает развязку по напряжению для каждой силовой ячейки 100. Например, каждая из верхней секции 104 корпуса и нижней секции 106 корпуса изготовлена из непроводящего материала. Верхняя и нижняя секция 104, 106 корпуса могут быть цельными компонентами, например, цельными формованными компонентами, содержащими пластмассу, армированную стекловолокном.
[0030] Как описано выше, силовая ячейка 100 с ПП предназначена для расположения во многоячеечный источнике электропитания (см. фиг.5). Интегрированная развязка по напряжению силовой ячейки 100 позволяет поддерживать выходное напряжение многоячеечного источника электропитания. Когда многоячеечный источник электропитания содержит многочисленные силовые ячейки 100, каждая силовая ячейка 100 предусматривает интегрированную развязку по напряжению, что позволяет индивидуально поддерживать выходное напряжение многоячеечного источника электропитания. Например, выходное напряжение многоячеечного источника электропитания может составлять, по меньшей мере, 11 кВ, причем предельно допустимое напряжение между выходными зажимами и «землей» каждой силовой ячейки 100 составляет, по меньшей мере, 11 кВ, а номинальное напряжение каждой силовой ячейки 100 может представлять собой более низкое напряжение, например - меньшее, чем 3 кВ. Поскольку каждая силовая ячейка 100 развязан индивидуально, оказывается возможной более компактная конструкция источника электропитания, содержащего многочисленные силовые ячейки 100, так как силовые ячейки 100 можно размещать гораздо ближе друг к другу, а также можно подсоединять к металлической соединительной панели. Такой более компактный источник электропитания будет описан далее со ссылками на фиг.5.
[0031] В соответствии с дополнительным аспектом, каждая силовая ячейка 100 содержит шунтирующий механизм 142 и множество входных плавких предохранителей 132. Входные плавкие предохранители 132 функционально соединены с трехфазным входом 130 переменного тока (см. фиг.4), а шунтирующий механизм 142 функционально соединен с однофазным выходом 140 переменного тока (см. фиг.4). Входные плавкие предохранители 132 обеспечивают защиту от сверхтока (от токовых перегрузок) либо цепи нагрузки, либо цепи источника. Шунтирующий механизм 142 позволяет обойти отказавшую силовую ячейку и продолжить эксплуатацию многоячеечного источника электропитания при пониженной загруженности. Например, отказ силовой ячейки можно обнаружить путем сравнения выходного напряжения ячейки с выходным командным сигналом, путем проверки или верификации компонентов ячейки, посредством использования диагностических стандартных программ, и т.д. В противном случае - без шунтирующего механизма, когда некоторая заданная силовая ячейка многоячеечного источника электропитания отказывает в режиме разомкнутой цепи, ток через все силовые ячейки в той группе фаз снизится до нуля, и дальнейшая эксплуатация окажется невозможной.
[0032] Шунтирующий механизм 142 и входные плавкие предохранители 132 находятся снаружи узла 102 корпуса, но, как отмечалось ранее, функционально подключены к трехфазному входу 130 переменного тока и однофазному выходу 140 переменного тока, которые находятся внутри узла 102 корпуса силовой ячейки 100 (см. фиг.4). В частности, шунтирующий механизм 142 и входные плавкие предохранители 132 находятся на передней стороне 112 силовой ячейки 100. Передняя сторона 112 силовой ячейки 100 обращена к оператору или пользователю, когда силовая ячейка 100 расположена в многоячеечном источнике электропитания (см. фиг.5). Таким образом, шунтирующий механизм 142 и входные плавкие предохранители 132 оказываются легко доступными, например, оператору или пользователю. В типичном случае, шунтирующий механизм и входные плавкие предохранители подсоединены еще где-нибудь в источнике электропитания, и это означает дополнительные соединения и повышенные трудозатраты для создания силовой системы. Установка шунтирующего механизма 142 и входных плавких предохранителей 132 на передней стороне 112 силовой ячейки 100 упрощает проводку источника электропитания и придает повышенную доступность к соединениям системы.
[0033] На фиг.4 иллюстрируется перспективное изображение в разобранном виде силовой ячейки 100 с печатными платами в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения. Как описано выше со ссылками на фиг.3, силовая ячейка 100 содержит верхнюю секцию 104 корпуса и нижнюю секцию 106 корпуса, которые содержат непроводящий материал.
[0034] В силовой ячейке 100 заключены разные электрические и/или электронные компоненты силовой ячейки 100. Например, внутри узла 102 корпуса расположен узел 120 ПП. Узел 120 ПП силовой ячейки 100 может содержать одну или несколько печатных плат (ПП). В возможном варианте осуществления, силовая ячейка 100 содержит первую ПП 122 и вторую ПП 124. ПП 122, 124 могут быть многослойными ПП или однослойными ПП. На ПП 122, 124 могут быть установлены, например - припаяны мягким припоем, разные пассивные и активные компоненты.
[0035] Силовая ячейка 100 содержит множество конденсаторов 126, каждый из которых соединен с первой ПП 122, например - припаян к ней мягким припоем. Конденсаторы 126 могут включать в себя - но не в ограничительном смысле - электролитические конденсаторы и пленочные конденсаторы. В различных вариантах осуществления, количество, тип и размещение множества конденсаторов 126 могут изменяться в зависимости от технологии конденсаторов и желаемых рабочих характеристик силовой ячейки 100. Конденсаторы 126 установлены на первой поверхности 122a первой ПП 122. Силовая ячейка 100 дополнительно содержит, по меньшей мере, один теплоотвод 128, который тоже расположен на первой поверхности 122a первой ПП 122. Следует отметить, что конденсаторы 126 и/или упомянутый, по меньшей мере, один теплоотвод 128 можно устанавливать на любой из поверхностей 122a, 122b первой ПП 122 - в зависимости, например, от желаемой конфигурации ПП и/или применяемой технологии конденсаторов.
[0036] Как отмечалось ранее, силовая ячейка 100 содержит трехфазный вход 130 переменного тока, и однофазный выход 140 переменного тока. Каждый из трехфазного входа 130 переменного тока и однофазного выхода 140 переменного тока находится на первой поверхности 122a первой ПП 122, которая противоположна второй поверхности 122b первой ПП 122.
[0037] В соответствии с возможным вариантом осуществления, трехфазный вход 130 переменного тока и однофазный выход 140 переменного тока находятся на передней стороне 112 силовой ячейки 100 (см. также фиг.3). Как лучше всего показано на фиг.4, трехфазный вход 130 переменного тока и однофазный выход 140 переменного тока подключены к ПП 122 на первой стороне 122a посредством отдельных ламинированных электрических шин 116, 118. Первая ламинированная электрическая шина 116 содержит одну или несколько отдельных входных электрических шин и подключает трехфазный вход 130 переменного тока к ПП 122. Вторая ламинированная электрическая шина 118 содержит одну или несколько отдельных выходных электрических шин и подключает однофазный выход 140 переменного тока к ПП 122. Конфигурация каждой ламинированной электрической шины 116, 118 обеспечивает, по меньшей мере - частично, гашение магнитного поля (магнитных полей), создаваемых отдельными входными или выходными электрическими шинами, тем самым исключая потенциальные шумовые эффекты на ПП 122. Следует отметить, что ламинированные электрические шины 116, 118 можно устанавливать на одной из поверхностей 122a, 122b первой ПП 122 в зависимости, например, от желаемой конфигурации силовой ячейки 100 с ПП.
106
[0038] Конфигурация нижней секции 106 корпуса такова, что при сборке силовой ячейки 100, компоненты силовой ячейки 100, например - ПП 122, 124, включая их соответственные пассивные и/или активные устройства, можно поместить в нижнюю секцию 106 корпуса. После того, как все компоненты силовой ячейки 100 поместят в нижнюю секцию 106 корпуса, сверху размещают верхнюю секцию 104 корпуса, именуемую также крышкой корпуса, и сочленяют ее с нижней секцией  корпуса посредством выступов 108, вставляемых в проемы 110.
[0039] Следует отметить, что силовая ячейка 100, включающая в себя ПП 122, 124, может содержать многие другие компоненты или устройства, которые не описаны здесь подробно, например, такие, как многочисленные твердотельные преобразователи с промежуточной вставкой постоянного тока.
[0040] На фиг.5 иллюстрируется перспективное изображение многоячеечного источника 500 электропитания среднего напряжения в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения.
[0041] Источник 500 электропитания воплощен как электропривод, например, такой, как модульный электропривод среднего напряжения, включающий в себя один или несколько силовых ячеек 100, как описано в связи с фиг.3 и 4. Многоячеечный источник 500 электропитания включает в себя трансформатор 510 и силовую цепь 520, которая содержит множество силовых ячеек 100. Трансформатор 510 включает в себя трехфазную первичную обмотку, которая возбуждает множество трехфазных вторичных обмоток 512, причем силовые ячейки 100 функционально подключены ко вторичным обмоткам 512, соответственно. Одна силовая ячейка 100 функционально подключена к одной вторичной обмотке 512. В возможном варианте осуществления согласно фиг.5, источник 500 электропитания содержит девять силовых ячеек 100 и девять вторичных обмоток 512. Конечно, источник 500 электропитания может содержать больше или меньше, чем девять силовых ячеек 100, и/или больше или меньше, чем девять вторичных обмоток 512, в зависимости от типа источника 500 электропитания и/или типа нагрузки, которая представляет собой, например электродинамическую машину, подключенную к источнику 500 электропитания.
[0042] В соответствии с возможным вариантом осуществления, развязка по напряжению источника 500 электропитания встроена в отдельные силовые ячейки 100, а не является частью конструкции источника 500 электропитания. Таким образом, как описано в связи с фиг.3 и 4, каждая силовая ячейка 100 содержит встроенную развязку по напряжению, причем предельно допустимое напряжение между выходными зажимами и «землей» каждой силовой ячейки 100 может быть на уровне, по меньшей мере, 11 кВ. Это достигается посредством непроводящих материалов и - при необходимости - посредством разнесения компонентов в пределах каждой силовой ячейки 100. В частности, узел 102 корпуса каждой силовой ячейки 100 содержит непроводящий материал и может быть составным формованным изделием, содержащей непроводящий материал. Такая конфигурация силовых ячеек 100 с надлежащими непроводящими материалами и надлежащим разнесением обеспечивает наличие способности развязки по напряжению у каждой силовой ячейки 100, что позволяет поддержать все напряжение в целом, а конкретно - выходное напряжение, источника 500 электропитания.
[0043] Источник 500 электропитания со своей последовательностью силовых ячеек 100 низкого напряжения, связанных друг с другом для создания силового выхода среднего напряжения, можно масштабировать для широкого диапазона напряжений и выходной мощности. Например, когда каждая силовая ячейка 100 содержит встроенную развязку по напряжению на уровне, по меньшей мере, 11 кВ, все напряжение источника электропитания в целом может доходить до 11 кВ. Но напряжение источника электропитания также может быть ниже 11 кВ, например - 4 кВ. В типичном случае, силовые ячейки 100 размещены в шкафу ячеек. Поскольку каждая силовая ячейка 100 содержит отдельную развязку по напряжению, конструкция источника 500 электропитания упрощается, так как нет необходимости настраивать шкаф ячеек на другие выходные напряжения источника 500 электропитания.
[0044] Поскольку каждая отдельная силовая ячейка 100 содержит встроенную развязку по напряжению на уровне, по меньшей мере, 11 кВ, каждая силовая ячейка 100 может быть соединен с металлической соединительной панелью источника 500 электропитания, рассчитанного на выходное/входное напряжение 11 кВ, или поддерживается этой панелью. Соединительная панель обеспечивает опору и структуру при компоновке силовых ячеек 100 для источника 500 электропитания. Силовые ячейки 100 опираются на металлическую соединительную панель на задней стороне 113 силовой ячейки 100, причем задняя сторона 113 противоположна передней стороне 112 силовой ячейки 100 (см. фиг.3).
[0045] Помимо этого, силовые ячейки 100 предусматривают легкий доступ спереди для трехфазного входа 130 переменного тока и однофазного выхода 140 переменного тока. Шунтирующий механизм 142 и входные плавкие предохранители 132 каждой силовой ячейки 100 установлены снаружи узла 102 корпуса, тем самым обеспечивая компактный интегрированный блок электронных силовых ячеек, содержащий силовые цепи, цепи управления, защитные компоненты и конструктивные элементы, обуславливающие избыточность. Следует отметить, что источник 500 электропитания может содержать многие другие компоненты, которые не описаны здесь подробно, такие, как монтажные конструктивные элементы или узлы охлаждения.
[0046] На фиг.6 и фиг.7 изображены возможные принципиальные схемы силовой ячейки, например, такой, как силовая ячейка 26 многоячеечного источника 10 электропитания, как показано, например, на фиг.1.
[0047] На фиг.8 и фиг.9 изображены дополнительные возможные принципиальные схемы силовой ячейки печатных плат, например, такого, как силовая ячейка 28 многоячеечного источника 10 электропитания, как показано, например, на фиг.2.
[0048] Принципиальные схемы согласно фиг.6-9 можно сконструировать с такой печатной платой, как описанная и представленная здесь. Специалисты в данной области техники поймут, что для достижения желательных технических эффектов можно использовать альтернативные схемы и компоненты. В случае схем, показанных на фиг.8 и 9, выпрямительный модуль не предусматривается, и вследствие этого трехфазный входной сигнал не проходит непосредственно в силовую ячейку 100.
[0049] В возможном варианте осуществления, силовая ячейка 100 с ПП с развязкой, как здесь описано, может включать в себя такие схемы, как изображенные на одном или нескольких чертежах согласно фиг.6-9. Например, обращаясь к фиг.3, отмечаем, что первая ПП 122 и/или вторая ПП 124 могут содержать такие схемы, как изображенные на фиг.6-9.
[0050] Обращаясь к фиг.6, отмечаем, что здесь проиллюстрирована принципиальная схема силовой ячейки 200 в соответствии с возможным вариантом осуществления. Силовая ячейка 200 включает в себя диодный мост 214, который соединен с трехфазным входом 203 переменного тока, и инвертор 216 на основе мостовой схемы управления, который соединен с однофазным выходом 204 переменного тока. Диодный мост 214 получает трехфазную мощность переменного тока и преобразует ее в мощность постоянного тока. В возможных вариантах осуществления, силовая ячейка 200 также включает в себя конденсатор 206, который соединен и с диодным мостом 214, и с инвертором 216 на основе мостовой схемы управления. Хотя конденсатор 206 показан как одиночный конденсатор 206, специалисты в данной области техники поймут, что конденсатор 206 может включать в себя некоторое количество конденсаторов в последовательной/параллельной комбинации. Диодный мост 214 включает в себя множество диодов 230, а инвертор 216 на основе мостовой схемы управления включает в себя множество диодов 232 и транзисторов 234. В возможных вариантах осуществления, конфигурацию диодов показанного диодного моста 214 также можно реализовать на тиристорах. Транзисторы 234 могут быть, например, полевыми транзисторами (ПТ), биполярными плоскостными транзисторами (БПТ), биполярными транзисторами с изолированными затворами (БТИЗ), или аналогичными транзисторами.
[0051] Обращаясь к фиг.7, отмечаем, что здесь показана принципиальная схема силовой ячейки 300 в соответствии с возможным вариантом осуществления. Как изображено, силовая ячейка 300 включает в себя активный входной преобразователь 314, который соединен со трехфазным входом 302 переменного тока, и инвертор 316 на основе мостовой схемы управления, который соединен с однофазным выходом 304 переменного тока. Активный входной преобразователь 314 получает трехфазную мощность переменного тока и преобразует ее в мощность постоянного тока. В возможном варианте осуществления, силовая ячейка 300 также включает в себя конденсатор 306, который соединен и с первым участком 314, и со вторым участком 316. Хотя конденсатор 306 показан как одиночный конденсатор 306, специалисты в данной области техники поймут, что конденсатор 306 может включать в себя некоторое количество конденсаторов в последовательной/параллельной комбинации. В возможных вариантах осуществления, активный входной преобразователь 314 и инвертор 316 на основе мостовой схемы управления включают в себя множество диодов 332 и транзисторов 334. Транзисторы 334 могут быть, например, ПТ, БПТ, БТИЗ, или аналогичными транзисторами.
[0052] Обращаясь теперь к фиг.8 и фиг.9, отмечаем, что здесь соответственно показаны принципиальные схемы однокомплектного полумостового преобразователя 450 и двухкомплектного полумостового преобразователя 400 в соответствии с возможным вариантом осуществления. В возможных вариантах осуществления, полумостовые преобразователи 400, 450 также включают в себя один или несколько конденсаторов 406. Двухкомплектный полумостовой преобразователь 400 и однокомплектный полумостовой преобразователь 450 включают в себя множество диодов 432 и транзисторов 434. Транзисторы 434 могут быть, например, ПТ, БПТ, БТИЗ, или аналогичными транзисторами.
[0053] Хотя варианты осуществления данного изобретения раскрыты в возможных формах, специалистам в данной области техники будет ясно, что в рамках существа и объема притязаний изобретения и его эквивалентов, охарактеризованных в нижеследующей формуле изобретения, возможны модификации, дополнения и исключения.