Высоковольтный полупроводниковый коммутатор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в экспериментальной физике, а также в ряде отраслей промышленности ,в частности, в электрогидравлических установках для коммутации больших энергий. Цель изобретения - повышение надежности и улучшение условий эксплуатации. Для этого в коммутаторе корпус выполнен в виде цилиндра 1 с герметичными крышками - нижней 2 и верхней 3 и заполнен охлаждающей жидкостью 4. К внутренней части верхней крышки жестко прикреплен вентильный столб. Полупроводниковыми элементами его служат тиристоры, чередующиеся с дисковыми охладителями, на поверхности которых размещены блоки управления и демпфирующие RC- цепочки. Дисковые охладители соединены попарно друг с другом с помощью стяжных узлов. С целью улучшения работы в условиях тряски и вибрации между корпусом и нижним дисковым охладителем вентильного столба к последнему с помощью болтов 16 своей верхней частью жестко крепится электроизоляционный фиксирующий диск 17. По поверхности фиксирующего диска расположены сквозные отверстия, служащие для перетекания охлаждающей жидкости к наружной поверхности компенсационной диафрагмы 20. Для компенсации избыточного давления, создаваемого охлаждающей жидкостью в процессе работы коммутатора, служит воздушная полость, образованная нижней съемной крышкой 2 и компенсационной диэлектрической диафрагмой 20. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19ISU(ii) 511 4 H 01 L 25/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4194443 j 24-07 (22) 16.02.87 (46) 23.05.89, Вюл. В 19 (71) Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики АН УССР (72) Д.А.Румянцев, Н.Г.Опарникова и В.К.Иванов (53) 621.314.632(088,8) (56) Рабинерсон А.А. и др. Режимы нагрузки силовых полупроводниковых приборов. — М.: Энергия, 1976, с.267, Патент Японии Ф 46-18407, опублик.

1971 (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в экспериментальной физике, а также в ряде отраслей промьппленности, в частности электрогидравлических установках для коммутации больших энергий.

Цель изобретения — повышение надежно сти и улучшение условий эксплуатации.

Для этого в коммутаторе корпус выполнен в виде цилиндра 1 с герметичными крышками — нижней 2 и верхней 3 и заполненный охлаждающей жидкостью 4. К

1481872 внутренней части верхней крьлпки жестко прикреплен вентильный столб. Полупроводниковыми элементами его служат тиристоры, чередующиеся с дисковыми . охладителями, на поверхности которых размещены блоки управления и демпфирующие RC-цепочки. Дисковые охладители соединены попарно друг с другом с помощью стяжных узлов. С целью уЛучшения работы в условиях тряски и вибрации между корпусом и нижним дисковым охладителем вертильного столба .к последнему с помощью болтов 16 сво-!

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в экспериментальной физике, а также в ряде отраслей промышленности, в частности в электрогидравлических установках для коммутации больших энер — .. гий, Цель изобретения — повышение на-, дежности и улучшение условий эксплуа. тации.

На фиг.1 представлен коммутатор, общий вид; на фиг.2 — то же, продольный разрез; на фиг.3 — сечение А-А. на фиг,2; на фиг.4 — разрез Б-Б на 15 фиг,3 крепление импульсного трансформатора управления к дисковому охладителю); на фиг.5 — разрез В;.В на фиг.3 (стяжкой узел, с помощью которого попарно друг к другу крепятся 20 дисковые охладители).

В высоковольтном полупроводниковом коммутаторе корпус выполнен в виде полого цилиндра 1 с герметичными. крьппками — нижней 2 и верхней 3 и за- 25 полнен охлаждающей жидкостью.4. К внутренней части верхней крышки жестко прикреплен вентильный столб. Полупроводниковыми элементами его служат тиристоры 5, чередующиеся с дисковыми 30 охладителями 6, на поверхности которых закреплены блоки управления, включающие импульсные трансформаторы

7 управления и демпфирующие RC-цепочки, конденсаторы 8, резисторы 9 и ва- 35 ристоры 10 Импульсные трансформато.ры 7 управления выполнены на феррито-. вых кольцах, первичная обмотка предей верхней частью жестко кренится электроизоляционный фиксирующий диск

17. По поверхности фиксирующего диска расположены сквозные отверстия, служащие для перетекания охлаждающейжидкости к наружной поверхности компенсационной диафрагмы 20. Для компенсации избыточного давления, создаваемого охлаждающей жидкостью в процессе работы коммутатора, служит воздушная полость, образованная нижней крьппкой 2 и компенсационной диэлектрической диафрагмой 20. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ставляет собой отрезок кабеля 11, а вторичная обмотка состоит из шестнад-, цати витков обмоточного провода.

Дисковые охладители с расположенными между ними тиристорами с помощью стяжных узлов 12 соединены попарно друг с другом и равномерно расположены по высоте столба, что позволяет обеспечить равномерное прижатие всех тиристоров и их более надежную работу, Стяжной узел 12 состоит из двух крепежных болтов 13 и 14, имеющих один правую, другой левую резьбы, и стягивающей втулки 15, имеющей внутреннюю резьбу — с одной стороны пра-., вую, с другой левую. Наружная поверхность втулки имеет форму шестигранника, под ключ.

Такая конструкция стяжного узла дает возможность быстрой замены вышедшего из строя полупроводникового элемента без разборки всего вентильного столба.

С целью удучшения работы коммутатора в условиях тряски и вибрации, а также для предотвращения электрического контакта между корпусом и нижним дисковым охладителем вентильного столба к последнему с помощью болтов

16 своей верхней частью жестко кре-,. пится электроизоляционный фиксирующий диск 17, выполненный в виде усеченного конуса, Нижняя часть диска через резиновую прокладку 18 упирается в приваренное к стакану кольцо 19, По поверхности фиксирующего диска рас1481872 положены сквозные отверстия, служащие для перетекания охлаждающей жидкости к наружной поверхности компенсационной диафрагмы 20. Для компенсации избыточного давления, создаваемого охлаждающей жидкостью в процессе работы коммутатора, служит воздушная полость, образованная нижней съемной крышкой 2 и компенсационной диэлектрической диафрагмой 20. Креп- ление диафрагмы с одновременной герметизацией нижней части корпуса осу" ществляется прижатием нижней крышки с помощью болтов 21 к приваренному кольцу.

Верхняя крышка 3 через резиновую. прокладку 22 с помощью болтов 22 крепится к фланцу 24, приваренному к верхней части цилиндрического стакана.

Подключение коммутатора к силовой . цепи и к цепи управления осуществляется с помощью высоковольтного герметичного ввода 25; прикрепленного с 25 помощью болтов 26 к верхней крьппке.

Для заполнения корпуса охлаждающей жидкостью в верхней крьппке 3 расположены два отверстия, в которые вкручиваются концевые штуцеры 27 с 30 закрепленными на них ниппелями 28 для присоединения рукавов. С целью обеспечения более интенсивного охлаждения штуцеры могут быть использованы для прокачки охлаждающей жидкости через коммутатор. При необходимости эти отверстия можно заглушить пробками..Коммутатор работает следующим образом. 40

Высокое напряжение (до 10 кВ) от накопителя и сигналы управления подаются на высоковольтный многоканальный ввод 25, к одной из клемм которого подключена нагрузка. Поскольку ти- 4 ристоры 5, составляющие вентильный столб коммутатора, имеют четырехслойную структуру полупроводника с чередующимся типом электропроводности, то при подключении к тиристору напря- 50 жения крайние р-и-переходы включаются в прямом направлении, средний р-ипереход в обратном направлении и тиристор находится в закрытом состоя-:,. нии, которое характеризуется большим напряжением и прохождением малых токов через него. Следовательно, весь вентильный столб находится в выключенном состоянии .

Чтобы перевести.тиристоры вентильного столба в открытое состояние, не-: обходимо накопление в каждом тиристоре избыточного отрицательного заряда электродов в и-базе и избыточного положительного заряда дырок в P-базе.

Осуществляется это с помощью подачи на управляющий электрод каждого тиристора импульса напряжения, Так как коммутатор предназначен для коммутации больших импульсных токов, необходимо одновременное включение всех тиристоров вентильного столба.

Поэтому управление тиристорами

Ф осуществляется следующим образом: управляющий импульс подается на высоковольтный многоканальный ввод 25 ком-. мутатора, к которому подключена пер- ° вичная обмотка импульсного трансформатора управления. Вторичные обмотки трансформаторов 7 подключены к каждому тиристору 5, При подаче импульса управления происходит отпирание каждого тиристора вентильного столба и коммутатор включается, коммутируя накопленную в накопителях энергию в нагрузку.

Вследствие неоднородности структуры полупроводниковых элементов существует разброс времени включения у тиристоров. Для исключения выхода их из строя применены шунтирующие RC-цепочки 8 и 9. При работе коммутатора в составе генератора импульсных токов возможны перенапряжения. На тиристорах для их исключения, а также для выравнивания напряжения на тиристорах в статическом режиме. применяются. шунтирующие варисторы 10. Если доб.ротность разрядного контура обеспечивает синусоидальный характер разряда, то возможно ступенчатое регулирование энергии, выделяемой в нагрузке, с помощью изменения длительности времени включения тиристора, так как тиристоры 5 — диоды, из которых наб ран вентильный столб коммутатора, имеют следующую особенность при ком.— . мутации токов синусоидальной формы.

Если длительность управляющего сигна-,. ла меньше периода разрядного тока, то тиристор-диод пропустит лишь первый период разрядного тока. При увеличении длительности импульса управления увеличится и количество периодов разрядного тока, выделяющихся в нагруз-. ке.

5 148187

Тепловой режим коммутатора характеризуется максимальной установившейся температурой. Кремневые структуры, позволяют довести ее до 100 С не из- . о

Э

5 меняя своих параметров, нагрев до та кой температуры вызовет увеличение объема охлаждающей жидкости 4 в случае охлаждения корпуса коммутатора внешней средой:.на 0,5 л. Для компенсации этого объема необходима гибкая компенсационная система, роль которой выполняет компенсационная диафрагма 20.

Система охлаждения коммутатора 15 позволяет эксплуатировать его с повышенными частотами (до 100 Гц), обеспечивая при этом заданный перerрев структур полупроводниковых вентилей

° (тиристоровф. Тем самым значительно 20 повышается надежность работы коммутатора в целом, Использование предлагаемого решения. позволяет повысить надежность и улучшить условия эксплуатации комму- 25 татора за счет обеспечения более интенсивного охлаждения тиристоров.по высоте вентильного столба, обеспечивает оперативное изменение частоты срабатывания тиристоров, значительно ЗО ускоряет замену любых вышедших из строя элементов.

Формула из1обретения

1. Высоковольтный полупроводниковый коммутатор, содержащий вентиль"..

2 6 ный столб, состоящий из тиристоров, который вместе с соответствующими блоками управления и демпфирующими RSцепочками помещен в закрытый корпус, выполненный в виде цилиндра и заполненный охлаждающей жидкостью, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения условий эксплуатации, он снабжен дисковыми охладителями и стяжными узлами, а корпус выполнен с нижней и верхней крышками, причем тиристоры вентильного столба чередуются с охладителями, на поверхности которых размещены блоки управления и демфирующие

RC-цепочки, дисковые охладители сое-.. динены попарно друг с другом с помощью стяжных узлов и равномерно расположены по высоте столба, который жестко закреплен на верхней крышке корпуса.

2. Коммутатор по п. 1,о т л и ч а ю— шийся тем, что он снабжен электроизоляционным фиксирующим диском, на поверхности которого выполнены сквозные отверстия, жестко соедине;— нным с нижним охладителем вентильного столба.

3. Коммутатор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен диэлектрической компенсационной мембраной, установленной в нижней части корпуса между фиксирующим диском и нижней крьппкой с образованием между ней и последней воздушной полости.

1481872 фФГ. Z

1481872

А-A д - Ю л03ернушб

Е- Е лодериушо

Составитель О.Наказная

Редактор Н.Тупица Техред A.Кравчук

Корректор М.Васильева

Заказ 2699/55 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101