ТРЕХФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ МОСТ

Полезная модель относится к выпрямительной технике и предназначена для преобразования трехфазного тока в постоянный, который используется в цветной металлургии для электролиза, например для питания серии электролизных ванн алюминиевого завода.
Известна конструкция реверсивного преобразовательного блока по авт. свид. СССР №1576940, выполненного на таблеточных тиристорах с охладителями, присоединенными к токопроводящим шинам постоянного тока, причем тиристоры соединены парами и между ними расположены токоведущие шины переменного тока и каждая пара тиристоров с шинопроводами и охладителями скреплены шпильками. Недостатком данного блока является низкая надежность работы, и, в частности, отсутствие защиты как на стороне переменного тока, так и постоянного, что приводит к тяжелому аварийному режиму, например, при выходе из строя любого вентиля.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является преобразовательный блок по патенту РФ №2107357, МПК H01L 25/03. Этот преобразовательный блок принят за прототип заявляемому устройству.
Преобразовательный блок по патенту РФ №2107357 содержит n пар согласно и последовательно соединенных через токовод (шинопровод переменного тока) таблеточных полупроводниковых вентилей с охладителями и две токоведущие шины, соединяющие крайние одноименные полюса пар вентилей. Охладители присоединены к противоположным полюсам пар полупроводниковых вентилей. Через охладители пропущено по сплошному металлическому водоводу в виде U-образной трубки. Несущая конструкция образована токоведущими шинами и сплошными металлическими водоводами, соединяющими охладители, которые вместе с вентилями стянуты между собой в осевом направлении.
Хотя металлические водоводы способствуют более равномерному охлаждению вентилей, однако, они не приспособлены специально для теплоотвода и лишь незначительно его увеличивают. Это, в свою очередь, ведет лишь к незначительному повышению мощности моста, поскольку основное охлаждение осуществляется охладителем, а он установлен лишь с одной стороны вентилей. Низкая мощность, связанная с односторонним охлаждением вентилей, является недостатком известного устройства, принятого за прототип. К недостаткам следует отнести также низкую надежность работы преобразовательного блока, ввиду отсутствия защиты от аварийных
режимов в цепи переменного и постоянного тока. К тому же предложенная стяжка элементов недостаточно прочная и надежная.
Задача полезной модели состоит в повышении надежности работы и надежности конструкции трехфазного выпрямительного моста, а также в повышении его мощности. Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель для решения поставленной задачи, заключается в исключении возможности возникновения аварийного режима, в обеспечении максимального теплоотвода от вентилей, и в повышении прочности конструкции.
Технический результат достигается следующим образом.
По аналогии с известным преобразовательным блоком заявляемый трехфазный выпрямительный мост содержит пары согласно и последовательно соединенных через шинопровод переменного тока таблеточных полупроводниковых вентилей, каждый из которых сблокирован с охладителем, присоединенным к одному из разноименных общих шинопроводов, соединяющему крайние одноименные полюса пар таблеточных полупроводниковых вентилей, при этом вентили каждой пары, их охладители и общие разноименные шинопроводы стянуты между собой с обеих сторон в осевом направлении.
В отличие от прототипа согласно полезной модели каждая пара таблеточных полупроводниковых вентилей дополнительно содержит взрывной предохранитель, встроенный в силовую цепь переменного тока, и схему его управления, соединенную с датчиком или датчиками аварийного состояния, а каждый вентиль снабжен вторым охладителем, через который он соединен с шинопроводом переменного тока. Кроме этого, заявляемый трехфазный выпрямительный мост снабжен основанием, на котором через изоляционные пластины размещен один из разноименных общих шинопроводов, а каждая пара вентилей с охладителями и общими разноименными шинопроводами стянута с помощью изолированных шпилек, одни концы которых жестко закреплены в основании, а другие концы соединены между собой упругой перемычкой. В частном случае в качестве датчиков аварийного состояния использованы датчики обратного тока, установленные в силовой цепи каждого вентиля.
Отличия заявляемого трехфазного выпрямительного моста от прототипа подтверждают новизну заявляемой полезной модели.
Наличие взрывных предохранителей обеспечивает защиту выпрямительного моста от аварийных режимов, тем самым позволяет существенно повысить надежность его работы по сравнению с прототипом. Взрывной предохранитель имеет токовод с большим поперечным сечением что исключает его старение и, следовательно,
самопроизвольное срабатывание, что также повышает его надежность и в целом надежность выпрямительного моста.
Взрывной предохранитель обладает уникальным быстродействием и производит отключение в режиме токоограничения, что исключает термические и электродинамические нагрузки на выпрямительный мост, а это позволяет облегчить конструкцию моста и повысить его надежность.
Защита выпрямительных мостов взрывными предохранителями осуществляется регистрацией аварийного состояния, то есть регистрацией превышения допустимого значения любым физическим параметром, которое фиксируется датчиком аварийного состояния. Датчик аварийного состояния может быть выполнен по любому принципу, например: по появлению в цепи «обратного» тока, по максимальному току, напряжению, температуре полупроводникового перехода и т.д. Возможны, с целью обеспечения большей надежности, применение нескольких датчиков, регистрирующих нарушение различных номинальных параметров и запускающих конкретную схему управления. Схема управления организует подрыв заряда взрывчатого вещества во взрывном предохранителе. Взрыв заряда образует межконтактный промежуток и гасит электрическую дугу отключения. Ток в цепи прекращается, авария ликвидируется. Если, например, авария в выпрямительном мосте возникает при отказе вентиля (потери вентиля односторонней проводимости) в силовой цепи этого вентиля возникает «обратный» ток, который может быть зарегистрирован датчиком «обратного» тока. Тогда, с учетом времени нарастания обратного тока (от нуля) и быстродействия взрывного предохранителя аварийный режим можно ликвидировать в самое кратчайшее время. В этом случае каждый взрывной предохранитель, установленный в цепи переменного тока, срабатывает по сигналу от одного из двух датчиков аварийного состояния, установленных в силовой цепи каждого вентиля. Во всех случаях применение взрывных предохранителей обеспечивает надежную работу выпрямительного моста посредством исключения возможности возникновения аварийного режима.
Использование второго охладителя для охлаждения вентиля улучшает теплоотвод, повышает его номинальный ток, и в целом мощность и надежность выпрямительного моста.
Объединение элементов трехфазного выпрямительного моста, принадлежащих к одной фазе, в единый блок, стянутый в осевом направлении изолированными шпильками, укрепленными одними концами в основании, а другими соединенными
попарно упругими перемычками, повышает прочность, и надежность конструкции выпрямительного моста.
На фиг.1 показан общий вид заявляемого трехфазного выпрямительного моста.
На фиг.2 - то же, вид сбоку.
Полезная модель промышленно применима. Она может быть многократно реализована доступными средствами, работоспособна и при ее осуществлении достигается указанный технический результат.
Трехфазный выпрямительный мост состоит из трех одинаковых модулей (фаз), которые соединены между собой шинопроводами постоянного тока. Каждая фаза содержит два сильноточных таблеточных диода 1 и 2, которые с обеих сторон снабжены охладителями 3, 4, соединенными с шинопроводом переменного тока 5, и охладителями 6, 7, соединенными с шинопроводами постоянного тока соответственно 8, 9. Шинопроводы постоянного тока 8, 9 - опираются на изоляционные пластины соответственно 10, 11. Посредством шинопровода переменного тока 12 трехфазный выпрямительный мост соединен с трансформатором, который на чертеже не показан. Шинопровод переменного тока 12 и трансформатор не являются элементами заявляемого выпрямительного моста и служат для подачи электрической энергии на выпрямительный мост. Верхний торец взрывного предохранителя 13 электрически соединен с шинопроводом 5, а изоляционная пластина 14 электрически разъединяет его с узлом крепления, состоящим из упора 15, упругой перемычки 16, которая закреплена на изолированных шпильках 17 гайками 18. С другой стороны шпильки 17 жестко закреплены в основании 19. Взрывной предохранитель 13 снабжен схемой управления, соединенной с датчиками аварийного состояния, которые на фиг.1, 2 не показаны. Схема управления может быть установлена в любом месте, выпрямительного моста, либо рядом с ним. Датчики аварийного состояния, предпочтительно, должны быть установлены в силовой цепи постоянного тока выпрямительного моста. В случае, например, использования датчиков «обратного» тока, датчики должны быть установлены в силовой цепи каждого вентиля. Возможны и другие варианты исполнения трехфазных выпрямительных мостов, не выходящие за рамки заявляемой конструкции. В частности, шпильки могут быть заменены общей рамой для всех трех фаз. В качестве вентилей могут быть использованы таблеточные тиристоры.
Трехфазный выпрямительный мост работает следующим образом. В исходном состоянии мощные таблеточные вентили исправны, по охладителям протекает охлаждающая жидкость, взрывной предохранитель с зарядом взрывчатого вещества в норме, схема управления работоспособна, и на нее подано напряжение питания.
Силовой ток от трансформатора идет по шинопроводу 12 (фиг.1, 2) через взрывной предохранитель 13, шинопровод переменного тока 5, охладитель 3, вентиль 2, охладитель 7, шинопровод постоянного тока 9 (плюсовой) на серию электролизных ванн. Далее по шинопроводу постоянного тока 8 (минусовому), охладителю 6, вентилю 1, охладителю 4 возвращается на шинопровод 5. В случае возникновения любой аварийной ситуации, например, потери вентилем способности не пропускать обратную полуволну тока, в плече этого вентиля появляется «обратный ток», который регистрируется датчиком обратного тока. Сигнал от датчика поступает на схему управления, которая подает электрический импульс на заряд взрывчатого вещества взрывного предохранителя. Происходит взрыв, который образует во взрывном предохранителе межконтактный промежуток. Ток прекращается, авария ликвидируется. При использовании других типов датчиков аварийного состояния ликвидация аварии происходит аналогично.
Таким образом, в сравнении с прототипом заявляемый трехфазный выпрямительный мост имеет следующие преимущества:
1. Применение взрывных предохранителей исключает возможность отказов в работе выпрямительного моста при возникновении аварийных режимов, что повышает надежность электроснабжения электролизных ванн.
2. Токовод во взрывном предохранителе за счет большого сечения не «стареет», что исключает самопроизвольное срабатывание предохранителя и, следовательно, повышает надежность работы моста.
4. Быстродействие взрывных предохранителей позволяет отключать аварийные токи в режиме токоограничения и исключить термические и электродинамические нагрузки на выпрямительный мост, что также повышает надежность его работы.
4. Применение датчиков «обратного» тока обеспечивает возможность ликвидировать аварию в ее самом начальном состоянии.
5. Использование второго охладителя для охлаждения вентиля улучшает теплоотвод, повышает его номинальный ток и, в целом, мощность выпрямительного моста.
6. Наличие основания со встроенными в него изолированными шпильками, вторые концы которых попарно соединены упругими перемычками, повышает надежность конструкции выпрямительного моста за счет увеличения ее прочности и жесткости, позволяет улучшить технологию сборки и упростить узел крепления.
Следует также отметить, что отсутствие теплопотерь во взрывном предохранителе существенно экономит электроэнергию и повышает КПД выпрямительного моста.