Мощный трехфазный выпрямительный мост
Мощный трехфазный выпрямительный мост предназначен для питания устройств электролиза в цветной металлургии. В каждой фазе моста установлены таблеточные полупроводниковые вентили. Вентили соединены между собой согласно и последовательно через шинопровод переменного тока. Крайние одноименные полюса таблеточных полупроводниковых вентилей соединены общими разноименными шинопроводами. По обеим сторонам вентилей установлены охладители. Охладители, обеспечивая теплоотвод, повышают номинальный ток вентиля и мощность выпрямительного моста. Вентили с охладителями и общими разноименными шинопроводами стянуты в осевом направлении с помощью изолированных шпилек. Одни концы шпилек жестко закреплены в основании, а другие концы соединены между собой попарно упругой перемычкой. Такая стяжка элементов делает конструкцию выпрямительного моста прочной и надежной. Для исключения аварий в цепях шинопроводов постоянного тока установлены взрывные предохранители. Взрывные предохранители соединены со схемой управления. При наличии аварийной ситуации сигнал на схему управления поступает от датчиков аварийной ситуации, установленных в силовых цепях постоянного тока каждого вентиля. Схема управления подает электрический импульс на заряд взрывчатого вещества взрывного предохранителя. Происходит взрыв заряда, который образует во взрывном предохранителе межконтактный промежуток. Ток прекращается, авария ликвидируется.
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 тока, что приводит к тяжелому аварийному режиму 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 с одной токоведущей шиной, соединяющей крайние одноименные полюса пар вентилей. Охладители присоединены к противоположным полюсам пар полупроводниковых вентилей. Несущая конструкция образована токоведущими шинами и сплошными металлическими водоводами, соединяющими охладители, которые вместе с вентилями сблокированы в плечи и стянуты между собой в осевом направлении.
Недостатком этого преобразовательного блока является низкая надежность за счет отсутствия защиты от аварийных режимов, низкая мощность в связи с односторонним охлаждением вентилей, недостаточная прочность конструкции из-за отсутствия прочного основания со встроенными в него крепежными элементами с помощью которых могут быть закреплены и силовые шинопрводы, а также сложность конструкции.
В частности, наличие металлических водоводов способствует более равномерному охлаждению вентилей. Однако, металлические водоводы не приспособлены специально для теплоотвода и лишь незначительно его увеличивают, что ведет лишь к незначительному повышению мощности моста, поскольку основное
охлаждение осуществляется охладителем, а он в прототипе установлен лишь с одной стороны вентилей. Кроме того, использование металлических водоводов в качестве рамы снижают ее прочность, а следовательно и надежность конструкции моста.
Задача полезной модели состоит в повышении надежности работы, мощного трехфазного выпрямительного моста, повышении мощности, надежности, упрощении конструкции.
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, в повышении прочности конструкции и в ее упрощении путем уменьшения количества деталей.
Технический результат достигается следующим образом.
По аналогии с известным преобразовательным блоком заявляемый мощный трехфазный выпрямительный мост содержит согласно и последовательно соединенные через шинопровод переменного тока таблеточные полупроводниковые вентили, каждый из которых сблокирован с охладителем, присоединенным к одному из разноименных общих шинопроводов, соединяющему крайние одноименные полюса таблеточных полупроводниковых вентилей, при этом вентили, их охладители и общие разноименные шинопроводы сблокированы между собой в плечи и стянуты в осевом направлении. В отличие от прототипа каждое плечо снабжено взрывным предохранителем, установленным в цепь постоянного тока, и схемой его управления, соединенной с датчиком или с датчиками аварийного состояния, а каждый вентиль снабжен вторым охладителем.
Кроме того, мощный трехфазный выпрямительный мост снабжен основанием, на котором через изоляционные пластины размещен один из разноименных общих шинопроводов, а вентили с охладителями и общими разноименными шинопроводами стянуты между собой с помощью изолированных шпилек, одни концы которых жестко закреплены в основании, а другие в каждой стяжке соединены между собой попарно упругой перемычкой.
В частном случае каждое плечо мощного выпрямительного моста может содержать несколько параллельно установленных вентилей, тогда взрывной предохранитель может быть установлен последовательно с каждым вентилем, а схема его управления соединена с датчиком обратного тока, контролирующим направление тока и установленным в силовой цепи постоянного тока защищаемого вентиля. Датчики
аварийного состояния могут быть выполнены и по иному принципу, например по максимальному току, напряжению, температуре полупроводникового перехода и т.д.
Для упрощения конструкции выпрямительного моста его разноименные общие силовые шинопроводы могут быть выполнены пустотелыми, а соответствующие охладители встроены в эти шинопроводы. Тогда отпадает необходимость в наличии отдельных охладителей и большинства водоводов для них, а это существенно уменьшает количество деталей и соединений выпрямительного моста.
Отличия заявляемого мощного трехфазного выпрямительного моста от прототипа подтверждает новизну заявляемой полезной модели.
Защита выпрямительных мостов взрывными предохранителями осуществляется регистрацией аварийного состояния, заключающегося в превышении допустимого значения любым физическим параметром, которое фиксируется датчиком аварийного состояния. Последний может быть выполнен по любому принципу. Датчик запускает схему управления, которая организует подрыв заряда взрывчатого вещества во взрывном предохранителе. Взрыв заряда образует межконтактный промежуток и гасит электрическую дугу отключения. Ток в цепи прекращается, авария ликвидируется.
В случае 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. При этом взрывной предохранитель может быть установлен один на все плечо, либо, если плечо представляет собой несколько параллельно установленных вентилей, взрывной предохранитель может быть установлен последовательно с каждым вентилем. Тогда взрывной предохранитель срабатывает по сигналу конкретного датчика обратного тока, установленного в силовой цепи отказавшего вентиля и отключает неисправную ветвь плеча. Выпрямительный мост продолжает свою работу на оставшихся вентилях. Применение датчиков «обратного» тока обеспечивает возможность ликвидировать аварию в ее самом начальном состоянии.
Взрывные предохранители исключают возможность отказов в работе выпрямительного моста при возникновении аварийных режимов, что повышает надежность его работы, а, следовательно, и надежность электроснабжения электролизных ванн.
Токовод во взрывном предохранителе за счет большого сечения не «стареет», что исключает самопроизвольное срабатывание предохранителя и, следовательно, повышает надежность работы моста. Отсутствие теплопотерь во взрывном предохранителе существенно экономит электроэнергию. Большой номинальный ток взрывного предохранителя дает возможность устанавливать в плече выпрямительного моста один мощный вентиль и тем самым решить проблему токораспределения и повысить надежность работы выпрямительного моста. Быстродействие взрывных предохранителей позволяет отключать аварийные токи в режиме токоограничения и исключить термические и электродинамические нагрузки на защищаемое оборудование.
Использование второго охладителя для охлаждения вентиля улудшает теплоотвод, повышает его номинальный ток и в целом мощность и надежность выпрямительного моста.
Применение в конструкции выпрямительного моста основания с укрепленными в нем изолированными шпильками, противоположные концы которых попарно соединены упругими перемычками, повышает надежность конструкции, посредством увеличения ее прочности и жесткости, улучшает технологичность сборки и упрощает узел крепления за счет уменьшения в нем количества деталей.
Выполнение шпилек с изоляцией позволяет использовать их не только для стяжки элементов фазы в осевом направлении, но и для крепления шинопроводов переменного и постоянного тока, что также улучшает технологичность сборки конструкции и упрощает эксплуатацию.
Выполнение общих разноименных силовых шинопроводов пустотелыми со встроенными в них охладителями, упрощает конструкцию и повышает надежность выпрямительного моста.
На фиг.1 показан общий вид мощного трехфазного выпрямительного моста с взрывными предохранителями.
На фиг.2 - то же, вид сбоку.
Мощный трехфазный выпрямительный мост состоит из трех одинаковых модулей (фаз) 1, 2, 3, которые соединены между собой шинопроводами постоянного тока. Каждая фаза содержит два сильноточных таблеточных диода (вентиля) - 4 и 5, которые с одной стороны снабжены охладителями 6, 7, соединенными через взрывные предохранители 8, 9, с шинопроводом переменного тока 10 и с другой стороны охладителями 11, 12, встроенными в шинопроводы постоянного тока соответственно 13, 14, которые опираются на изоляционные пластины соответственно 15, 16.
Шинопровод переменного тока 10 электрически соединяет выпрямительный мост и трансформатор, который на фиг.1 не показан.
Каждый взрывной предохранитель 8, 9, снабжен схемой управления с датчиками аварийного состояния (на фиг.1, 2 не показана). Схема управления может быть установлена в любом месте выпрямительного моста, либо рядом с ним. Датчики аварийного состояния предпочтительно устанавливать в силовых шинопроводах выпрямительного моста, либо около них. В случае, например, применения датчика «обратного» тока, он должен быть установлен в силовой цепи каждого вентиля.
Узел крепления фаз 1, 2, 3, включает в себя основание 17, с встроенными изолированными шпильками 18, попарно соединенными упругой перемычкой 19. Регулировка усилия стяжки элементов каждой фазы в осевом направлении осуществляется гайками 20 и передается упором 21.
На фиг.2 представлен общий вид этой же конструкции трехфазного выпрямительного моста сбоку.
Возможны и другие варианты исполнения трехфазных выпрямительных мостов, не выходящие за рамки заявляемой конструкции, содержащей взрывные предохранители со схемой управления, таблеточные вентили с охладителями по обеим торцам, стянутые между собой в осевом направлении изолированными шпильками, закрепленными в основании. В частности, шпильки могут быть заменены общей рамой для всех трех фаз, а охладители 11, 12 могут быть встроены в пустотелый шинопровод переменного тока. Тогда вентили каждой фазы будут располагаться на шинопроводе переменного тока, затем охладители и взрывные предохранители. Шинопроводы постоянного тока 13, 14 в этом случае могут быть выполнены непустотелыми. В качестве вентилей могут быть использованы тиристоры. В плече может быть установлено несколько параллельных вентилей.
Мощный 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 переменного тока 10 (фиг.1, 2) через взрывной предохранитель 9, охладитель 7, вентиль 5, встроенный охладитель 12, шинопровод постоянного тока 14 (плюсовой) на серию электролизных ванн. Далее по минусовому шинопроводу постоянного тока 13, встроенному охладителю 11, вентилю 4, охладителю 6, взрывному предохранителю 8 возвращается
на шинопровод 10 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 во взрывном предохранителе. Происходит взрыв, который образует во взрывном предохранителе межконтактный промежуток. Ток прекращается, авария ликвидируется.
В том случае, когда в плече мощного трехфазного выпрямительного моста установлены два и более вентилей, последовательно с каждым из которых установлен взрывной предохранитель, отказ одного вентиля в плече сопровождается срабатыванием конкретного взрывного предохранителя, и исключением этой ветви из работы. Остальные вентили обеспечивают штатную эксплуатацию выпрямительного моста.
1. Мощный трехфазный выпрямительный мост, содержащий согласно и последовательно соединенные через шинопровод переменного тока таблеточные полупроводниковые вентили, каждый из которых сблокирован с охладителем, присоединенным к одному из разноименных общих шинопроводов, соединяющему крайние одноименные полюса таблеточных полупроводниковых вентилей, при этом вентили, их охладители и общие разноименные шинопроводы сблокированы между собой в плечи и стянуты в осевом направлении, отличающийся тем, что каждое плечо снабжено взрывным предохранителем, установленным в цепь постоянного тока, и схемой его управления, соединенной с датчиком или датчиками аварийного состояния, а каждый вентиль снабжен вторым охладителем.
2. Выпрямительный мост по п.1, отличающийся тем, что он снабжен основанием, на котором через изоляционные пластины размещен один из разноименных общих шинопроводов, а вентили с охладителями и общими разноименными шинопроводами стянуты между собой с помощью изолированных шпилек, одни концы которых жестко закреплены в основании, а другие в каждой стяжке соединены между собой попарно упругой перемычкой.
3. Выпрямительный мост по п.1, отличающийся тем, что каждое плечо моста содержит два и более параллельно соединенных вентилей.
4. Выпрямительный мост по пп.1 и 3, отличающийся тем, что взрывной предохранитель установлен последовательно с каждым вентилем, а в качестве датчиков аварийного состояния использованы датчики обратного тока, установленные в силовой цепи постоянного тока каждого вентиля.
5. Выпрямительный мост по п.1, отличающийся тем, что разноименные общие шинопроводы выполнены пустотелыми, а охладители встроены в них.
