Статический преобразователь

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при конструировании преобразователей. Технический результат заключается в улучшении теплового режима преобразователя, в упрощении монтажа силовых шин, в уменьшении материалоемкости преобразователя, в улучшении массогабаритных показателей, в упрощении сборки и монтажа, профилактических и ремонтных работах преобразователя. Статический преобразователь содержит шкаф, с передней стороны которого установлена дверь. На внутренней стороне двери на поворотных стойках установлена система управления преобразователем, в двери установлен пульт управления преобразователем, в шкафу размещены автомат включения, блок фильтров от радиопомех, блок выпрямителя с системой управления выпрямителем, промежуточный контур постоянного напряжения, состоящий из реактора и блока конденсаторов, блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах, фильтр питания быстродействующих ключей и система управления инвертора, причем автомат включения, блок выпрямителя, установленный на одном охладителе с системой управления выпрямителем, и входные силовые шины расположены на одной боковой раме несущего каркаса с одной стороны шкафа, а блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах, установлен на втором охладителе с блоком конденсаторов, фильтром питания быстродействующих ключей и системой управления инвертора, а также выходные силовые шины расположены на другой боковой раме несущего каркаса с другой стороны шкафа, причем боковые рамы несущего каркаса выполнены поворотными и могут разворачиваться вдоль задней стенки несущего каркаса. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при конструировании преобразователей.

Известны статические преобразователи, содержащие шкаф из секций с передними и задними дверями, выдвижные силовые блоки с блочными каркасами и с направляющими элементами, в том числе блоки тиристоров инвертора и компенсатора, блок автоматического управления, силовое трансформаторно-реакторное оборудование и коммутирующие конденсаторы, блок автоматического управления выполнен в виде плоской вращающейся рамы с установленными на ней платами системы управления и размещен на передней двери между ее внутренней стороной и лицевыми панелями выдвижных силовых блоков, выдвижные силовые блоки, в том числе блоки тиристоров инвертора и компенсатора размещены в одной секции шкафа, а силовое трансформаторно-реакторное оборудование и коммутирующие конденсаторы - в другой секции шкафа.

Блоки тиристоров инвертора и компенсатора размещены в секции шкафа, в двух горизонтальных рядах по три блока в каждом ряду с возможностью электрического соединения по отдельности анодных и катодных групп тиристоров инвертора и компенсатора.

Выдвижные блочные каркасы силовых блоков выполнены сборными на основе перфорированных рамок из композиционного материала, являющихся одновременно направляющими элементами выдвижных силовых блоков.

Недостатками известных преобразователей является то, что в данных преобразователях блоки инвертора и компенсатора выполнены на штыревых силовых тиристорах и не обеспечивают достаточного теплоотвода в условиях растущего уровня токов и напряжений, кроме того, силовой монтаж блоков инвертора и компенсатора от разъемов до шин выполнен в параллель слаботочным гибким монтажным проводом, что снижает надежность преобразователя, повышает его трудоемкость и не позволяет разрабатывать преобразователи на большой выходной ток (более 250 А) (1).

Основным фактором, вызвавшим в последнее десятилетие резкое расширение разработок и объемов производства преобразователей, является прогресс в области силовых полупроводниковых приборов.

Инверторы напряжения в преобразователях выполняются на быстродействующих ключах: IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) или IРМ (Intelligent Power Mo-dules) модулях.

Вторым направлением совершенствования преобразователей является тщательная отработка конструкции преобразователя и особенно системы охлаждения силовых модулей.

Наиболее близким по техническому решению является преобразователь частоты Корпорации Триол, выполненный в навесном шкафу. В шкафу установлены все основные элементы силового канала преобразователя и системы управления. Вентильные элементы преобразователя, диодно-тиристорные и IGBT-модули установлены на групповом ребристом охладителе из алюминиевого сплава, который установлен на задней стенке шкафа. Охлаждение модулей - воздушное принудительное посредством встроенных вентиляторов. Силовой монтаж преобразователя выполнен шинами. Блоки системы управления смонтированы на отдельной панели, установленной в шкафу над силовыми элементами. Отдельная панель с пультом управления, тумблером включения и индикатором напряжения сети установлена в передней части шкафа и выведена на лицевую сторону шкафа. Шкафы снабжены легкосъемными передними крышками и поворотными панелями с блоками управления. Снятие крышек и поворот панели открывает доступ к элементам схемы. Для подключения внешних силовых цепей и цепей управления в нижней части шкафов установлены клеммники и клеммные блоки. Подвод кабелей снизу, через специальные проемы в корпусе шкафа (2).

Недостатком данной конструкции является то, что блок выпрямителя и блок инвертора расположены в одной плоскости один над другим на общем охладителе и установлены на задней несущей конструкции каркаса, а элемент промежуточного контура постоянного напряжения - реактор, имеющий большой вес и габариты у мощных преобразователей, расположен в нижней части преобразователя, там же расположены входные и выходные клеммы для подключения силовых цепей. Поэтому разводка силовых цепей требует достаточного пространства, а силовые шины получаются длинные и сложной конфигурации, что усложняет преобразователь, увеличивает его габариты и массу и увеличивает расход цветных металлов.

Задача изобретения - упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных показателей, упрощение сборки и ремонтно-профилактических работ преобразователя.

Поставленная задача достигается тем, что в статическом преобразователе, содержащем шкаф, с передней стороны которого установлена дверь, на внутренней стороне двери на поворотных стойках установлена система управления преобразователем, в двери установлен пульт управления преобразователем, в шкафу размещены автомат включения, блок фильтров от радиопомех, блок выпрямителя с системой управления выпрямителем, промежуточный контур постоянного напряжения, состоящий из реактора и блока конденсаторов, блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах, фильтр питания быстродействующих ключей и система управления инвертора, причем автомат включения, блок выпрямителя, установленный на одном охладителе с системой управления выпрямителем, и входные силовые шины расположены на одной боковой раме несущего каркаса с одной стороны шкафа, а блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах, установлен на втором охладителе с блоком конденсаторов, фильтром питания быстродействующих ключей и системой управления инвертора, а также выходные силовые шины расположены на другой боковой раме несущего каркаса с другой стороны шкафа, причем боковые рамы несущего каркаса выполнены поворотными и могут разворачиваться вдоль задней стенки несущего каркаса.

На стойках, установленных на втором охладителе над быстродействующими ключами, установлены общие шины, на наружной поверхности которых установлены конденсаторы, являющиеся источником реактивной мощности, а конденсаторы, выполняющие роль фильтра питания быстродействующих ключей, установлены на внутренней поверхности общих шин, при этом общие шины представляют собой металлические пластины, которые разделены изоляционной пластиной и электрически соединены с выводами быстродействующих ключей блока инвертора.

Охлаждение блоков выпрямителя и инвертора воздушное, принудительное. Блоки вентиляторов расположены под блоком выпрямителя и блоком инвертора, а воздушные каналы для отвода теплого воздуха образуются между ребрами охладителей и обшивкой боковых стенок. Реактор расположен на основании внизу шкафа.

На фиг. 1 показан статический преобразователь, вид спереди, с открытой дверью. На фиг.2 - сечение фиг.1, с одной повернутой боковой рамой несущего каркаса и закрытой дверью. На фиг.3 показана боковая рама несущего каркаса с установленными на ней автоматом включения, блоком выпрямителя на охладителе и входными силовыми шинами. На фиг.4 показана боковая рама несущего каркаса, на которой установлены блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах, установленных на охладителе, датчики тока и выходные силовые шины. На фиг.5 показан охладитель, на котором установлены быстродействующие ключи, общие шины с установленными на них конденсаторами. На фиг.6 показана силовая схема статического преобразователя с автоматом включения, выпрямителем, промежуточным контуром постоянного напряжения, состоящим из реактора и блока конденсаторов, инвертора, выполненного на быстродействующих ключах, тормозного ключа, датчиков тока.

Статический преобразователь содержит шкаф 1 с дверью 2, на которой на поворотной рамке 3 расположена система управления преобразователя 4 с пультом управления 5. На одной боковой раме несущего каркаса 6 установлены входные силовые шины 7 для подключения питающей сети, шины соединены с автоматическим выключателем 8, под выключателем установлен фильтр от радиопомех 9. Выход автоматического выключателя короткими шинами 10 соединен с выпрямителем, выполненным на беспотенциальных выпрямительных модулях 11, которые установлены на охладителе 12, на охладителе установлен блок управления выпрямителем 13, под охладителем расположен блок вентиляторов 14, который создает воздушный поток охлаждения в канале, образованном ребрами охладителя 12 и боковым щитом 15 шкафа. С блока выпрямителя шины 16 соединены с силовыми выводами реактора 17, который установлен на основании 18 каркаса. На другой боковой раме несущего каркаса 19 установлен охладитель 20, на котором размещен блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах 21, и тормозной ключ 22. На стойках 23, установленных на охладителе, над быстродействующими ключами, установлены общие шины, на наружной поверхности которых установлены конденсаторы 24, являющиеся источником реактивной мощности, а на внутренней поверхности общих шин установлены конденсаторы 25, выполняющие роль фильтра питания быстродействующих ключей, а сами общие шины представляют собой металлические пластины 26, разделенные изоляционной пластиной 27, и через металлические стойки 28 электрически соединены с силовыми выводами быстродействующих ключей 21 инвертора, тормозного ключа 22 и выводами конденсаторов 24 и 25. На охладителе установлены платы управления инвертора 29, которые одним концом установлены непосредственно на управляемых выводах быстродействующих ключей и электрически связаны с ними. Питание, управляющие сигналы на платы управления инвертора подаются через общую кроссплату 30. Над быстродействующим ключом на охладителе установлен датчик температуры 31. Под охладителем расположен блок вентиляторов 32, который создает охлаждаемый воздушный поток в канале, образованном ребрами охладителя 20 и боковым щитом 33 шкафа. С выводов быстродействующих ключей 21 переменное напряжение шинами 34 через датчики тока 35 подается на выходные силовые шины 36.

Размещение блока выпрямителя на одной боковой раме несущего каркаса с одной стороны шкафа, а блока инвертора - на другой боковой раме несущего каркаса с другой стороны шкафа позволило улучшить тепловой баланс преобразователя, блок инвертора не подогревает блок выпрямителя, упростился монтаж силовых шин, так как силовые шины выпрямителя не пересекаются с силовыми шинами инвертора, уменьшилась более чем на одну треть длина силовых шин, за счет чего сократился расход цветных металлов, уменьшилась материалоемкость преобразователя и его массогабаритные показатели. При расположении блоков выпрямителя и блока инвертора в одной плоскости, как в прототипе, требуется достаточно большое пространство для разводки силовых шин, так как силовые шины выпрямителя должны пройти над силовыми шинами инвертора или вдоль боковой стенки через пространство, занимаемое блоком инвертора, что усложняет их конструкцию, увеличивает воздушные зазоры между шинами для их изоляции и безопасности обслуживания, что повлечет за собой усложнение конструкции и увеличение массогабаритных показателей. Размещение всех узлов преобразователя, кроме реактора, на поворотных боковых рамах несущего каркаса, а блока автоматики с пультом управления на двери, позволило упростить сборку и монтаж преобразователя, так как сборка и монтаж преобразователя происходят на развернутых вдоль задней стенки боковых рамах несущего каркаса и поэтому каркас не ограничивает доступ к узлам и блокам преобразователя. Кроме того, такое расположение узлов и блоков позволило свести расстояние между блоками выпрямителя и инвертора до минимума, тем самым позволило значительно уменьшить массогабаритные показатели. Расположение охладителей с силовыми модулями на боковых рамах несущего каркаса позволило создать каналы принудительного воздушного охлаждения силовых модулей без дополнительных материальных затрат, так как их образуют ребра охладителей и боковые защитные щиты шкафа. В нижней и верхней части боковые щиты имеют перфорацию для захода и выхода охлаждающего потока воздуха. Электрическое соединение системы управления с силовой частью преобразователя происходит при помощи разъемных соединителей, установленных на двери шкафа. При закрытых боковых рамах несущего каркаса происходит только подсоединение шин выпрямителя к выводам силового реактора.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Авторское свидетельство СССР 1758711 А1, кл. H 01 L 25/00, бюл. 32, 30.08.92.

2. Каталог продукции и применений - 98. Корпорации Триол. тел. [phone].

Формула изобретения

1. Статический преобразователь содержащий шкаф, с передней стороны которого установлена дверь, на внутренней стороне двери на поворотных стойках установлена система управления преобразователем, в двери установлен пульт управления преобразователем, в шкафу размещены автомат включения, блок фильтров от радиопомех, блок выпрямителя с системой управления выпрямителем, промежуточный контур постоянного напряжения, состоящий из реактора и блока конденсаторов, блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах, фильтр питания быстродействующих ключей и система управления инвертора, отличающийся тем, что автомат включения, блок выпрямителя, установленный на одном охладителе с системой управления выпрямителем, и входные силовые шины расположены на одной боковой раме несущего каркаса с одной стороны шкафа, а блок инвертора, выполненный на быстродействующих ключах, установлен на втором охладителе с блоком конденсаторов, фильтром питания быстродействующих ключей и системой управления инвертора, а также выходные силовые шины расположены на другой боковой раме несущего каркаса с другой стороны шкафа, причем боковые рамы несущего каркаса выполнены поворотными и могут разворачиваться вдоль задней стенки несущего каркаса.

2. Статический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что на стойках, установленных на втором охладителе над быстродействующими ключами, установлены общие шины, на наружной поверхности которых установлены конденсаторы, являющимися источником реактивной мощности, а конденсаторы, выполняющие роль фильтра питания быстродействующих ключей, установлены на внутренней поверхности общих шин, при этом общие шины представляют собой металлические пластины, которые разделены изоляционной пластиной и электрически соединены с выводами быстродействующих ключей блока инвертора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6