RU2195791C2

RU2195791C2 - Static converter

Info

Publication number: RU2195791C2
Application number: RU2000117899A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Таланин
Original assignee: Таланин Юрий Васильевич
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2002-12-27

Abstract

FIELD: conversion equipment, development of converters. SUBSTANCE: static converter has cabinet with door mounted on its front. System controlling converter is installed on door inside, on rotary posts, door also carries control desk. Cabinet houses switching automation, unit of radio interference filters, rectifier with control system, intermediate circuit of constant voltage comprising reactor and unit of capacitors, inverter unit built on fast-action keys, supply filter of fast-action keys, control system of inverter. Switching automation, rectifier mounted on cooling unit together with rectifier control system and input power buses are positioned on one side frame of carrying structure on one side of cabinet. Inverter unit built-on fast-action keys is mounted on second cooling unit together with unit of capacitors, supply filter of fast-action keys, control system of inverter and output power buses are positioned on the other side frame of carrying structure on the other side of cabinet. Side frames of carrying structure can turn and swing about rear wall of carrying structure. EFFECT: improved thermal condition of converter, simplified mounting of power buses, diminished usage of materials, reduced mass and dimensions, simplified assembly and mounting, preventive maintenance and repair of converter. 1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при конструировании преобразователей. The invention relates to a conversion technique and can be used in the design of converters.

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. Known static converters containing a cabinet of sections with front and rear doors, retractable power blocks with block frames and with guide elements, including thyristor blocks of the inverter and compensator, automatic control unit, power transformer and reactor equipment and switching capacitors, automatic control unit made in the form of a flat rotating frame with control system boards installed on it and placed on the front door between its inner side and front panels retractable power blocks, retractable power units, including units of the thyristors of the inverter, and a compensator arranged in a single enclosure section and force the transformer-reactor equipment and commutating capacitors - in another section of the enclosure.

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. The thyristor blocks of the inverter and the compensator are located in the cabinet section, in two horizontal rows of three blocks in each row with the possibility of electrical connection separately of the anode and cathode groups of the inverter and compensator thyristors.

Выдвижные блочные каркасы силовых блоков выполнены сборными на основе перфорированных рамок из композиционного материала, являющихся одновременно направляющими элементами выдвижных силовых блоков. The sliding block frames of the power blocks are prefabricated based on perforated frames made of composite material, which are simultaneously the guiding elements of the sliding power blocks.

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). The disadvantages of the known converters are that in these converters the inverter and compensator blocks are made on pin power thyristors and do not provide sufficient heat removal in the conditions of a growing level of currents and voltages, in addition, the power installation of the inverter and compensator blocks from the connectors to the busbars is made in parallel with a low-current flexible a mounting wire, which reduces the reliability of the converter, increases its complexity and does not allow the development of converters for a large output current (more than 250 A) (1).

Основным фактором, вызвавшим в последнее десятилетие резкое расширение разработок и объемов производства преобразователей, является прогресс в области силовых полупроводниковых приборов. The main factor that has caused a sharp expansion in the development and production of converters over the past decade is progress in the field of power semiconductor devices.

Инверторы напряжения в преобразователях выполняются на быстродействующих ключах: IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) или IРМ (Intelligent Power Mo-dules) модулях. The voltage inverters in the converters are run on high-speed switches: IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or IPM (Intelligent Power Modules) modules.

Вторым направлением совершенствования преобразователей является тщательная отработка конструкции преобразователя и особенно системы охлаждения силовых модулей. The second direction of improving the converters is to thoroughly refine the design of the converter and especially the cooling system of the power modules.

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). The closest in technical solution is the frequency converter Triol Corporation, made in a wall cabinet. All the main elements of the power channel of the converter and control system are installed in the cabinet. Transducer valve elements, diode-thyristor and IGBT modules are installed on a group fin cooler made of aluminum alloy, which is mounted on the rear wall of the cabinet. Module cooling - forced air through built-in fans. Power installation of the converter is made by tires. The control system blocks are mounted on a separate panel mounted in a cabinet above the power elements. A separate panel with a control panel, a toggle switch and a voltage indicator is installed in front of the cabinet and displayed on the front side of the cabinet. Cabinets are equipped with easily removable front covers and rotary panels with control units. Removing the covers and turning the panel provides access to the circuit elements. To connect external power circuits and control circuits, terminal blocks and terminal blocks are installed at the bottom of the cabinets. Cable entry from below, through special openings in the cabinet body (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. The disadvantage of this design is that the rectifier unit and the inverter unit are located on the same plane one above the other on a common cooler and are installed on the rear supporting structure of the frame, and the element of the intermediate DC voltage circuit is a reactor, which has a large weight and dimensions for powerful converters, located in the lower part of the converter, the input and output terminals for connecting power circuits are also located there. Therefore, the wiring of power circuits requires sufficient space, and power buses are long and complex configurations, which complicates the Converter, increases its dimensions and weight and increases the consumption of non-ferrous metals.

Задача изобретения - упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных показателей, упрощение сборки и ремонтно-профилактических работ преобразователя. The objective of the invention is to simplify the design, reduce overall dimensions, simplify the assembly and repair work of the converter.

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. The task is achieved by the fact that in the static converter containing the cabinet, on the front side of which the door is installed, the control system of the converter is installed on the inside of the door on the rotary racks, the control panel of the converter is installed in the door, the circuit breaker, the filter block from the radio noise are located in the cabinet, a rectifier unit with a rectifier control system, an intermediate DC circuit consisting of a reactor and a capacitor block, an inverter unit made at a high speed existing keys, a power supply filter for high-speed keys and an inverter control system, with an automatic switch, a rectifier unit installed on the same cooler as a rectifier control system, and input power buses located on one side frame of the supporting frame on one side of the cabinet, and the inverter unit made on high-speed switches, mounted on a second cooler with a condenser unit, a power filter for high-speed switches and an inverter control system, as well as output power buses located on the other goy side frame supporting frame on the other side of the enclosure, the side frames supporting frame is rotatable and can be deployed along the rear wall of the supporting frame.

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. Common racks are installed on racks mounted on the second cooler above the high-speed keys, on the outer surface of which there are capacitors that are a source of reactive power, and capacitors that act as a power filter for high-speed keys are installed on the inner surface of the common buses, and the common buses are metal plates that are separated by an insulating plate and electrically connected to the terminals of the high-speed keys of the inverter unit.

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. The cooling of the rectifier and inverter blocks is air, forced. The fan blocks are located under the rectifier block and the inverter block, and air channels for the removal of warm air are formed between the fins of the coolers and the skin of the side walls. The reactor is located on the bottom of the cabinet.

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. In FIG. 1 is a front view static converter with an open door. Figure 2 is a cross section of figure 1, with one rotated side frame of the supporting frame and the door closed. Figure 3 shows the side frame of the supporting frame with an automatic switch installed on it, a rectifier unit on the cooler and input power buses. Figure 4 shows the side frame of the supporting frame, on which the inverter unit is mounted, made on high-speed keys mounted on a cooler, current sensors and output power buses. Figure 5 shows a cooler on which high-speed keys are installed, common buses with capacitors installed on them. Figure 6 shows the power circuit of a static converter with an automatic switch, a rectifier, an intermediate DC circuit, consisting of a reactor and a block of capacitors, an inverter made on high-speed keys, a brake key, current sensors.

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. The static converter contains a cabinet 1 with a door 2, on which a converter control system 4 with a control panel 5 is located on the rotary frame 3. Input power buses 7 are installed on one side frame of the support frame 6 for connecting the mains, the buses are connected to the circuit breaker 8, under a radio interference filter is installed by the switch 9. The output of the circuit breaker is connected by short buses 10 to a rectifier made on potential-free rectifier modules 11, which are mounted on the cooler 12, on a rectifier 13 control unit is installed in the cooler, a fan block 14 is located under the cooler, which creates an airflow of cooling in the channel formed by the fins of the cooler 12 and the side shield 15 of the cabinet. From the rectifier unit, the tires 16 are connected to the power terminals of the reactor 17, which is installed on the base 18 of the frame. A cooler 20 is installed on the other side frame of the supporting frame 19, on which an inverter unit is installed, made on quick wrenches 21, and a brake key 22. On racks 23 mounted on a cooler, common buses are installed above the quick wrenches, on the outer surface of which there are condensers 24, which are a source of reactive power, and capacitors 25 are installed on the inner surface of the common buses, acting as a power filter for high-speed switches, and the common buses themselves are metallic some plates 26, separated by an insulating plate 27, and through metal racks 28 are electrically connected to the power terminals of the high-speed keys 21 of the inverter, the brake key 22 and the terminals of the capacitors 24 and 25. The inverter control boards 29 are installed on the cooler, which are installed at one end directly on the controlled terminals high-speed keys and are electrically connected to them. The power, control signals to the inverter control boards are supplied through a common cross-circuit board 30. A temperature sensor 31 is installed above the high-speed key on the cooler. A fan block 32 is located under the cooler, which creates a cooled air flow in the channel formed by the fins of the cooler 20 and the side panel 33 of the cabinet. From the findings of high-speed keys 21, an alternating voltage is supplied by busbars 34 through current sensors 35 to output power buses 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. Placing the rectifier block on one side frame of the supporting frame on one side of the cabinet, and the inverter block on the other side frame of the supporting frame on the other side of the cabinet improved the thermal balance of the converter, the inverter unit does not heat up the rectifier block, simplified installation of power buses, since power buses rectifiers do not intersect with the inverter power buses, the length of the power buses decreases by more than one third, due to which the consumption of non-ferrous metals is reduced, the material consumption of the converter and its mass are reduced overall dimensions. When the rectifier blocks and the inverter block are located in the same plane, as in the prototype, a sufficiently large space is required for distributing the power bus, since the rectifier power bus must pass over the inverter power bus or along the side wall through the space occupied by the inverter block, which complicates their design , increases the air gaps between the tires for their insulation and maintenance safety, which will entail a complication of design and an increase in overall dimensions. The placement of all the converter assemblies, except the reactor, on the rotary side frames of the supporting frame, and the automation unit with a control panel on the door, made it possible to simplify the assembly and installation of the converter, since the assembly and installation of the converter take place on the side frames of the supporting frame deployed along the rear wall and therefore the frame does not restrict access to nodes and blocks of the converter. In addition, this arrangement of nodes and blocks made it possible to reduce the distance between the blocks of the rectifier and inverter to a minimum, thereby significantly reducing the overall dimensions. The location of the coolers with power modules on the side frames of the supporting frame made it possible to create forced air cooling channels for the power modules without additional material costs, since they are formed by cooler fins and side protective shields of the cabinet. In the lower and upper parts, the side panels are perforated for the entry and exit of the cooling air flow. The electrical connection of the control system with the power part of the converter is done using plug-in connectors installed on the cabinet door. With the side frames of the supporting frame closed, only the rectifier tires are connected to the terminals of the power reactor.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР 1758711 А1, кл. H 01 L 25/00, бюл. 32, 30.08.92.SOURCES OF INFORMATION
1. USSR copyright certificate 1758711 A1, cl. H 01 L 25/00, bull. 32, 08/30/92.

2. Каталог продукции и применений - 98. Корпорации Триол. тел. (095) 960-98-88. 2. Catalog of products and applications - 98. Triol Corporation. tel. (095) 960-98-88.

Claims

1. A static converter containing a cabinet, on the front side of which a door is installed, a converter control system is installed on the rotary racks on the inside of the door, a converter control panel is installed in the door, an automatic switch-on unit, a filter block from radio interference, a rectifier unit with a rectifier control system are placed in the cabinet , an intermediate DC circuit, consisting of a reactor and a block of capacitors, an inverter block made on high-speed keys, a power filter is faster keys and an inverter control system, characterized in that the switch-on device, the rectifier unit, mounted on the same cooler as the rectifier control system, and the input power buses are located on the same side frame of the supporting frame on one side of the cabinet, and the inverter unit is made on high-speed keys mounted on a second cooler with a condenser unit, a power filter for high-speed switches and an inverter control system, as well as output power buses are located on the other side frame of the carrier Arkása on the other side of the enclosure, the side frames supporting frame is rotatable and can be deployed along the rear wall of the supporting frame.

2. The static converter according to claim 1, characterized in that the racks mounted on the second cooler above the high-speed switches have common buses, on the outer surface of which are installed capacitors, which are the source of reactive power, and the capacitors, which act as a power filter for the high-speed switches, mounted on the inner surface of the common busbars, while the common busbars are metal plates that are separated by an insulating plate and are electrically connected to the leads ystvuyuschih inverter unit key.