Выпрямительно-инверторный преобразователь
Полезная модель относится к силовым полупроводниковым вы-прямительно-инверторным преобразователям для питания тяговых электродвигателей магистральных электровозов переменного тока.
В выпрямительно-инверторном преобразователе, содержащем корпус, блок силовой, выполненный из тиристорных блоков, канал воздушного охлаждения, образованный тиристорными блоками, резисторы, рези-сторно-емкостные цепи, датчики состояния тиристорных блоков, импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками, защитные резистивные проводники, токопроводящие шины переменного и постоянного тока, клеммные блоки, блок силовой выполнен из восьми плеч однофазного выпрямителя, при этом каждое плечо однофазного выпрямителя состоит из n последовательно включенных и m параллельно включенных тиристорных блоков, причем восемь плеч однофазного выпрямителя разделены и расположены по два плеча катодной группы и по два плеча анодной группы на противоположных сторонах корпуса преобразователя, для раздельного подключения к катодам анодных плеч и анодам катодных плеч тиристорных блоков однофазного выпрямителя соединительные токопроводящие шины переменного тока разъединены и, соответственно, подключены раздельно к катодам и анодам тиристорных блоков смежных плеч катодной и анодной групп однофазного выпрямителя, а затем объединены, токопроводящие шины постоянного тока расположены с возможностью диагонального включения тиристорных блоков каждого из восьми плеч однофазного выпрямителя.
В верхней и нижней части воздушного канала преобразователя дополнительно могут быть установлены дефлекторы.
Для управления системой компенсации реактивной мощности дополнительно могут быть введены тиристорные модули, которые установлены лены в канале воздушного охлаждения преобразователя, например в нижней его части.
Все предложенные конструктивные изменения позволили улучшить технические и эксплуатационные характеристики, повысить КПД, эксплуатационную надежность и помехоустойчивость, уменьшить мате-риалоемкость, снизить трудоемкость, повысить технологичность и удобства монтажа, улучшить ремонтопригодность предлагаемого выпрями-тельно-инверторного преобразователя.
1 с. 3 з.п. формулы полезной модели, 1ил.
Полезная модель относится к силовым полупроводниковым вы-прямительно-инверторным преобразователям для питания тяговых электродвигателей магистральных электровозов переменного тока.
Известен полупроводниковый преобразователь [см. Авторское свидетельство 
999184 «Полупроводниковый реверсивный преобразователь с системой воздушного естественного охлаждения», опубл. 23.02.1983 г.], содержащий корпус с перфорацией в его стенках, установленные в нем вдоль направления воздушного потока групповые охладители с ребрами охлаждения, соединенные с токоведущими шинами, полупроводниковые элементы с индивидуальными охладителями с ребрами охлаждения, размещенные на каждом из групповых охладителей и образующие анодную и катодную группы встречно-параллельно включенных электрических мостов, и предохранители, которые расположены между групповыми охладителями, а торцевые концы ребер охлаждения групповых и индивидуальных охладителей расположены в плоскостях, параллельных соответствующим стенкам с перфорацией.
Известен однофазный мостовой управляемый выпрямитель, плечи которого содержат последовательно-параллельно включенные тиристоры, анодные группы плеч выпрямителя соединены между собой и подключены к минусовому выводу, катодные группы плеч выпрямителя подключены раздельно друг от друга к плюсовому выводу, тиристоры, соединенные анодами одного из плеч катодной группы выпрямителя, соединены с тиристорами, соединенными катодами одного из плеч анодной группы выпрямителя, и подключены к одной из клемм переменного напряжения питающей сети, а тиристоры, соединенные анодами другого плеча катодной группы выпрямителя, соединены с тиристорами, соединенными катодами другого плеча анодной группы выпрямителя, и подключены к другой клемме переменного напряжения питающей сети [см. Технические условия ТУ 16-93 ИЖРФ.435511.041 Преобразователь ВИП-5600 УХЛ2].
Недостатком данного выпрямителя является его низкая помехоустойчивость при работе в режиме рекуперативного торможения на электровозах, так как происходит наведение коммутационных помех, воздействующих на управляющие электроды тиристоров соответствующих плеч через общие цепи соединений тиристоров, подключенных к питающей сети переменного напряжения, в результате чего происходит ложное включение тиристоров в нерабочий полупериод, вызывающие броски тока тяговых электродвигателей электровоза и соответственно несанкционированное торможение подвижного состава.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является выпрямительно-инверторный преобразователь (см. патент РФ 54473 «Силовой полупроводниковый выпрямительно-инверторный преобразователь для транспортного средства», опубл. 27.06.2006 г.), содержащий корпус с центральным каналом воздушного охлаждения и соединительные шины переменного тока, а на них смонтированы группы силовых полупроводниковых модулей с полупроводниковым прибором, например, тиристором, который в каждом силовом модуле закреплен между катодным и анодным индивидуальными охладителями, установленными на изоляционной монтажной панели для скрепления силовых полупроводниковых модулей между собой, причем с анодными и катодными индивидуальными охладителями соответствующих групп силовых полупроводниковых модулей соединены соответствующие анодные и катодные выходные шины постоянного тока, а к соединительным шинам переменного тока крепят входные шины для подключения переменного тока, устройство снабжено установленным изолированно на входном конце каждой соединительной силовой шины переменного тока микропроцессорным блоком защиты преобразователя от токов перегрузки, каждый из которых размещен в кресло-образном корпусе, в спинке которого выполнена центральная прорезь для возможности установки силовой шины, по периметру прорези внутри спинки выполнена канавка с размещенным в ней бесконтактным электромагнитным датчиком импульсных токов в виде пояса Роговского, имеющего два изолированных вывода, а в сиденье упомянутого корпуса выполнена прямоугольная полость с размещенной в ней платой, содержащей управляющую блок-схему с контактами, соединенными с двумя выводами упомянутого бесконтактного электромагнитного датчика и с кабелем для подключения к внешним устройствам, при этом с внешней стороны сиденья корпуса установлены металлические стойки для крепления корпуса на изоляционной монтажной панели силового модуля, а спинка и сиденье креслообразного корпуса соединены упрочняющими боковыми косынками.
К недостаткам известных конструкций преобразователей следует отнести низкую помехоустойчивость при работе в режиме рекуперативного торможения, сложность компоновки конструктивных элементов, входящих в состав преобразователя, которая не обеспечивает эффективного охлаждения и теплового режима работы элементов.
Одним из основных недостатков известных конструкций преобразователя для транспортного средства является конструктивная сложность за счет введения в него дополнительных конструктивных и технологически сложных элементов, что приводит к снижению КПД и эксплуатационной надежности, а также к усложнению технологии электромонтажа и сборочных работ, что, соответственно, затрудняет ремонтопригодность и приводит к увеличению эксплуатационных расходов.
Все указанные недостатки влияют на работу преобразователя и ухудшают его выходные характеристики, влияющие на эксплуатационную надежность подвижного состава.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции полупроводникового выпрямительно-инверторного преобразователя, который исключает указанные недостатки и обеспечивает повышение КПД и эксплуатационную надежность, помехоустойчивость, а также снижает материалоемкость и трудоемкость изготовления, улучшает ремонтопригодность и тепловой режим работы тиристорных блоков.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в улучшение технических и эксплуатационных характеристик, а именно повышение КПД, эксплуатационной надежности, помехоустойчивости, уменьшение материалоемкости, удобства монтажа, снижение в целом трудоемкости изготовления преобразователя и улучшение ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что в выпрямительно-инверторном преобразователе, содержащем корпус, блок силовой, выполненный из тиристорных блоков, канал воздушного охлаждения, образованный тиристорными блоками, резисторы, резисторно-емкостные цепи, датчики состояния тиристорных блоков, импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками, защитные резистивные проводники, токопроводящие шины переменного и постоянного тока, клеммные блоки, блок силовой выполнен из восьми плеч однофазного выпрямителя, при этом каждое плечо однофазного выпрямителя состоит из n последовательно включенных и m параллельно включенных тиристорных блоков, причем восемь плеч однофазного выпрямителя разделены и расположены по два плеча катодной группы и по два плеча анодной группы на противоположных сторонах корпуса преобразователя, для раздельного подключения к катодам анодных плеч и анодам катодных плеч тиристорных блоков однофазного выпрямителя соединительные токопроводящие шины переменного тока разъединены и, соответственно, подключены раздельно к катодам и анодам тиристорных блоков смежных плеч катодной и анодной групп однофазного выпрямителя, а затем объединены, токопроводящие шины постоянного тока расположены с возможностью диагонального включения тиристорных блоков каждого из восьми плеч однофазного выпрямителя.
В верхней и нижней части воздушного канала преобразователя дополнительно могут быть установлены дефлекторы.
Для управления системой компенсации реактивной мощности дополнительно введены тиристорные модули, которые могут быть установлены в нижней части корпуса преобразователя.
В корпусе преобразователя расположены и закреплены выравнивающие резисторы, защитные резисторно-емкостные цепи, датчики состояния тиристорных блоков и импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками.
В верхней части корпуса преобразователя установлены клеммные блоки для подключения блока питания, системы управления транспортного средства и разъем для подключения блока диагностики контроля исправности плеч силового блока.
Заявителю не известно конструктивное исполнение выпрямительно-инверторного преобразователя, представляющего совокупность всех признаков, характеризующих указанную полезную модель, что говорит о новизне заявляемого объекта.
Предложенная конструкция предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором представлен предлагаемый выпрямительно-инверторный преобразователь, где на фиг.1 изображена блок-схема расположения конструктивных элементов в выпрямительно-инверторном преобразователе.
Компоновка конструктивных элементов, входящих в состав выпря-мительно-инверторного преобразователя, выполнена с учетом удобства монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также теплового режима элементов и повышение помехоустойчивости.
Выпрямительно-инверторный преобразователь (фиг.1) содержит корпус 1, блок силовой 2, выполненный из тиристорных блоков 3, канал воздушного охлаждения 4, выравнивающие резисторы 5, защитные рези-сторно-емкостные цепи 6, датчики 7 состояния тиристорных блоков 3, импульсно-фазовые блоки 8 управления тиристорными блоками 3, токопро-водящие шины переменного 9 и постоянного 10 тока, разъемы 11, клеммные блоки 12, защитные резистивные проводники 13. Канал воздушного охлаждения 4 образован тиристорными блоками 3.
Блок силовой 2 выполнен из восьми плеч 14 однофазного выпрямителя, при этом каждое плечо 14 однофазного выпрямителя состоит из n последовательно включенных и m параллельно включенных тиристорных блоков 3. Изменение количества n последовательных и m параллельно включенных тиристорных блоков 3 в преобразователе позволяет получить необходимые выходные параметры выпрямительно-инверторного преобразователя для питания тяговых электродвигателей магистральных электровозов переменного тока.
В преобразователе восемь плеч 14 однофазного выпрямителя разделены и расположены по два плеча катодной группы и по два плеча анодной группы на противоположных сторонах корпуса 1 преобразователя.
Предлагаемое расположение плеч катодной и анодной группы позволяет в сочетании с алгоритмом их работы обеспечить эффективное охлаждение тиристорных блоков 3 преобразователя.
Тиристорный блок 3 выполнен из несущей изоляционной панели, на которой закреплены две половины охладителя, между которыми установлен таблеточный тиристор с катодной и анодной шинами, на лицевой части панели закреплена плата для подключения управляющих проводов тиристора и внешних цепей управления тиристором.
С целью повышения помехоустойчивости, соответственно, и надежности работы преобразователя соединительные токопроводящие шины 9 переменного тока разъединены в верхней части корпуса 1 преобразователя для раздельного подключения к катодам анодных плеч и анодам катодных плеч тиристорных блоков 3 однофазного выпрямителя.
Разъединенные токопроводящие шины 9 переменного тока подключены, соответственно, раздельно к катодам и анодам тиристорных блоков 3 смежных плеч катодной и анодной групп однофазного выпрямителя, а затем соединительные токопроводящие шины 9 переменного тока объединены в верхней части корпуса 1 преобразователя.
Токопроводящие шины 10 постоянного тока расположены в нижней части корпуса 1 преобразователя с возможностью диагонального включения тиристорных блоков 3 каждого из восьми плеч однофазного выпрямителя, что обеспечивает равномерное распределение тока по m параллельно включенным тиристорным блокам 3 в плечах силового блока 2 преобразователя.
В верхней и нижней части воздушного канала 4 преобразователя дополнительно установлены дефлекторы 15, которые выравнивают скорость воздушного потока в горизонтальном сечении воздушного канала 4, тем самым обеспечивают равномерное охлаждение всех тиристорных блоков 3 преобразователя.
Охлаждение тиристорных блоков 3 - воздушное принудительное, направление движения воздуха вертикальное, сверху вниз.
Для управления системой компенсации реактивной мощности дополнительно могут быть введены тиристорные модули 16 с целью повышения энергетических показателей преобразователя, которые устанавливаются в воздушном канале охлаждения, например, в нижней его части.
В корпусе 1 преобразователя расположены и закреплены выравнивающие резисторы 5, защитные резисторно-емкостные цепи 6, датчики 7 состояния тиристорных блоков 3 и импульсно-фазовые блоки 8 управления тиристорными блоками 3. Защитные резистивные проводники 13 обеспечивают подключение параллельно включенных тиристоров тиристорных блоков 3 к выравнивающим резисторам 5 и защитным резисторно-емкостным цепям 6.
Для удобства эксплуатации в верхней части корпуса преобразователя установлены клеммные блоки 12 для подключения блока питания, системы управления транспортного средства и разъем 11 для подключения блока диагностики контроля исправности плеч силового блока 2 преобразователя.
Корпус 1 выполнен из профильной и листовой стали. Расположение плеч и маркировка тиристоров указывается на табличке 17, которую устанавливают с двух сторон преобразователя.
Принцип работы заявляемого выпрямительно-инверторного преобразователя заключается в следующем: преобразователь монтируют в высоковольтной камере электровоза, шины переменного тока соединяют со вторичными обмотками тягового трансформатора электровоза, шины постоянного тока соединяют с тяговыми двигателями электровоза, подключают блок питания, блок диагностики и импульсно-фазовые блоки. При поступлении сигналов управления из системы управления движением электровоза на входные клеммы импульсно-фазовых блоков тиристорные плечи переходят в открытое состояние, на шинах постоянного тока появляется напряжение, величина которого задается системой управления движения электровоза, контроль исправности блоков тиристоров осуществляется датчиками состояния блоков тиристоров и блоком диагностики, расположенным вне высоковольтной камеры.
Предлагаемое конструктивное исполнение выпрямительно-инверторного преобразователя соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку, его реализация возможна на базе известного оборудования, материалов и технологий, существующих в электротехнической промышленности.
Все предложенные конструктивные изменения позволили улучшить технические и эксплуатационные характеристики, повысить КПД, эксплуатационную надежность и помехоустойчивость, уменьшить мате-риалоемкость, снизить трудоемкость, повысить технологичность и удобства монтажа, улучшить ремонтопригодность предлагаемого выпрями-тельно-инверторного преобразователя.
1. Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий корпус, блок силовой, выполненный из тиристорных блоков, канал воздушного охлаждения, образованный тиристорными блоками, резисторы, резисторно-емкостные цепи, датчики состояния тиристорных блоков, импульсно-фазовые блоки управления тиристорными блоками, защитные резистивные проводники, токопроводящие шины переменного и постоянного тока, клеммные блоки, отличающийся тем, что блок силовой выполнен из восьми плеч однофазного выпрямителя, при этом каждое плечо однофазного выпрямителя состоит из n последовательно включенных и m параллельно включенных тиристорных блоков, причем восемь плеч однофазного выпрямителя разделены и расположены по два плеча катодной группы и по два плеча анодной группы на противоположных сторонах корпуса преобразователя, для раздельного подключения к катодам анодных плеч и анодам катодных плеч тиристорных блоков однофазного выпрямителя соединительные токопроводящие шины переменного тока разъединены и, соответственно, подключены раздельно к катодам и анодам тиристорных блоков смежных плеч катодной и анодной групп однофазного выпрямителя, а затем объединены, токопроводящие шины постоянного тока расположены с возможностью диагонального включения тиристорных блоков каждого из восьми плеч однофазного выпрямителя.
2. Выпрямительно-инверторный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в верхней и нижней части воздушного канала дополнительно установлены дефлекторы.
3. Выпрямительно-инверторный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в канале воздушного охлаждения преобразователя дополнительно могут быть установлены тиристорные модули системы компенсации реактивной мощности, например, в нижней его части.
4. Выпрямительно-инверторный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в верхней части корпуса преобразователя установлены клеммные блоки для подключения блока питания, системы управления транспортного средства и разъем для подключения блока диагностики контроля исправности плеч силового блока.
