Статический преобразователь

(51) 4 Н 5/00 С 6"1- -.Ц .773" г. ИЗОБ Н ЕНТУ е СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Карл Эрик Олссон (5 Е)(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано встатических преобразователях длявысоковольтной передачи постоянноготока, способных выдерживать механические.нагрузки, связанные с землетрясениями и в случае установки ихна судах. Целью изобретения являетсяупрощение конструкции и повышениепрочности. С этой целью статическийпреобразователь, содержащий по. крайней мере один вентильный блок, выполненный из множества последовательно соединенных вентилей 2,5, изолирую- щиЕ элементы и несущую конструкцию, снабжен подвесным средством, при помощи которого вентильный блок подвешен к несущей конструкции. Подвесное средство содержит указанные изолирующие элементы, выполненные в виде изоФлятора 10, и упругое средство, обеспечивающее относительное перемещение вентильного блока и несущей конструкции в вертикальном направлении, В качестве упругого средства может быть использован демпфер, Несущая конструк ция выполнена в виде перекладины 7, которая крепится к стойкам 11.1 и 11.2, верхние концы которых соединены траверсой 13. Для подвешивания вентильного блока на верхнем конц вентиля предусмотрена рама, которая имеет одинаковые размеры с вентилем в поперечном сечении, и крепежное ушко 31, неподвижно прикрепленное к раме. 7 з.п.ф-лы, 16 ил.1405711 Реда делам изобретений иосква, Ж, Раушска 3111/5 7 Тираж 746 В 11 ИИПИ Государственного ко Подписное итета СССР а ткрытии наб., д, 4/5 13035 венно-полиграфическое предприятие; г, Ужгород, ул. Проектная, 4Ф рои Фыд Составитель О. О. Юрковецкая Техред Л.Сердюк тФиа Факазнаява Корректор М, ВасильеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в статических преобразователях для высоковольтной передачи постоянного ;тока, способных выдерживать механи 5 ческие нагрузки, связанные с землетрясениями, и в случае установки их на судах.Целью изобретения является упроще О ние конструкции и повышение прочности.На Фиг. 1 и 2 представлен вариант выполнения предлагаемого преобразователя; на фиг. 3 - электрическая схема 5 включения преобразователя; на фиг 4 - конструкция вентиля, включеиного в преобразователь на Фиг. 5 - сечение А-А на фиг, 4; на фиг. 6 и 7 - схема включения в вентильный блок устройства для демпфирования колебательных движениц; на Фиг. 8 - схема включений между вентильными блоками при жестком креплении вентильных блоков друг к другу; на Фиг 9 - схема подсоедине ния демпферов; на фиг. 10 и 11 - второй вариант выполнения предлагаемого преобразователя, на Фиг. 12-14 - подвесное устройство; на фиг. 15-16 - выполнение вентильных блоков преобра зователя по второму варианту.Преобразователь содержит шесть вентилей 1-6, которые соединены по два (вентили 1 и 4; 3 и 6; 5 и 2) и образуют три вентильных блока преобразо вателя, Каждый вентильный блок обра 35 эует вертикальную стойку с вентилями в блоке, расположенными один выше другого. Весь вентильный блок крепится к перекладине 7 с помощью подвесных изоляторов 8,1, 9 и 1 О. Перекладина крепится к стойкам 11.1, 11.2 и 12, верхние концы которых соединены вместе траверсами 13 и 14. Расположенный ниже вентиль каждого блока крепится к вентилю, расположенному выше. Таким образом, вентили подвергаются только напряжениям на растяжение, что обеспечивает простоту и экономичность конструкции вентиля.Верхние концы вентильных блоков50 имеют контактные, точки 15.1, 5.2, 16.1 и 16,2, которые подключаются посредством соединительных линий 15 и 16. Нижние концы блоков также. имеют контактные точки 17.1, 17.2, 18.1 и 18.2, аналогично соединенные вместе линиями 17 и 18, Верхний конец вентиля 5 имеет точку 19.1 включения, в которой крепится линия 19 и которая составляет одну из клемм постоянного тока преобразователя. Нижний конец вентиля 2 имеет также контактную точку 20.1, к которой крепится линия 20 и которая представляет собой вторую клемму постоянного тока преобразователя.Трансформатор 21 имеет три фазных выхода, которые соединяются линиями с тремя контактами 22-24 (соединительными точками) переменного тока преобразователя. Соединитель 25 трансформатора подключен к контакту 24 через линию 26 (фиг, 2),Для подавления колебательных движений вентильных блоков между ихнижними концами устновлены демпфирующие элементы 27 и 28, напримергидравлический демпфер,Преобразователь (фиг, 1) представляет собой трехфазный тиристорныймост, в котором вентили 1-6 образуютшесть ветвей моста,Трансформатор 21 преобразователя имеет контакты й, 5 и Т для подключения к сети трехфазного переменного тока или другим источникам переменного тока, вывод (конец цепи) трансФорматора имеет три клеммы, которые подсоединены к контактам 22-24 переменного тока моста Верхняя клемма постоянного тока моста предназначена для подсоединения относительно электрода земли через линию 19, и нижние концы вентильных блоков, таким образом, имеют более низкое напряжение относительно земли., Следовательно, подвесным изоляторам 8.1, 9 и 10 следует только соблюдать размерность для, низкого напряжения, и по возможности они могут быть полностью устранены, Нижняя клемма постоянного тока моста имеет высокое напряжение относительно земли и предназначена для подключения через линию 20 к кабелю постоянного тока или проводнику. Поскольку нижние концы блоков крепятся (подвешены) свободно, нет необходимости в соблюдении любым из изоляторов размерности для указанного высокого напряжения, необходимо только учитывать то, что расстояние между нижними концами блоков и окружазщими предметами при относительном потенциале каркаса Фундамента 29 достаточно велико.14057зФундамент 29 может быть грунтовым, особого вида или в случае морского оборудования палубой корабля.Для подвешивания вентильного блока, (фиг. 4 и 5) на верхнем конце вентиля предусмотрены рама или плита 30, ко" торая имеет одинаковые размеры с вен" тилем в поперечном сечении, и крепеж, ное ушко 31., неподвижно прикрепленное 10 к раме. К раме 30 своими верхними концами неподвижно прикреплены восемь вертикальных перегородок 32-39. Перегородки выполнены из электропроводящего материала, например пластинок стекловолокна. Нижние концы 40-43 перегородок выполнены с фиксирующими элементами для крепления соответствующих восьми перекладин вентиля (четыре из них - перекладины 44-47 изображены20 на фиг. 4, расположение других четырех соответствует расположению перегородок 32-35, представленных на фиг. 5).Между перегородками 34 и 36 неподвижно установлены одна или более про кладок 48, а между перегородками 35 и 37 находятся прокладки 49.Вентиль 1 содержит двенадцать тиристорных модулей (на фиг. 4 и 5 показаны модули 50-54), Каждый модуль З 0 представляет механически самоподдерживающийся узел и включает, например, четыре последовательно соединенных тиристора с вспомогательными блоками(схемы управления и индикации, делители напряжения и т.п,). Модули расположены по два (например, модули 53 и 54) на одинаковом уровне и противоположных сторонах вентиля. Модули выступают на вертикальные перего 40 родки и прикрепляются к ним, например, с помощью болтов. Таким образом, модули поддерживаются вертикальными перегородками 32-39 и одновременно делают всю конструкцию вентиля жест 45 кой.Как видно из фиг 5, два модуля, расположенные на одинаковом уровне, присоединены с левой стороны относительно проводника 55 тока. Модуль 54 присоединен с правой стороны проводника 56 к модулю, расположенному ниже модуля 53, Последний соединен с правой стороны проводником 57 с модулем, расположеннымвыше модуля 54. Таким образом, ток проходит через вентильный блок по спирали от наиболее низко расположенного модуля вентильного блока к его самому верхнему модулю. Вентиль 4 выполнен так же, как ивентиль 1, т.е. он имеет восемь вертикальных перегородок (перекладин),четыре из которых (перекладинъ 44-47),изготовлены, например, из слоистогостекловолокна и которые поддерживаютдвенадцать тиристорных модулей (нафиг. 4 показаны модули 58-61). Верхние концы перегородок выполнены какфиксирующие элементы 62 и 63 для непосредственного крепления соответствующих перегородок (перекладин) вентиля 1. Рама, аналогичная раме 30,не обязательна,Таким образом, вентильный блоквыполнен из двух секций, расположенных одна над другой, причем каждаясекция состоит из одного вентиля.Деление блока на одну или более секций можно выполнять различными способами, например каждая секция можетсостоять из одного или более вентилей.Каждый вентиль или секция могутбыть снабжены устройством (не показанс), например, контроля или индикации, причем указанное устройство является общим к нескольким модулям,Каждый вентильный блок подвешен(прикреплен) таким образом, что онможет свободно колебаться (при небольших колебательных движениях).Однако вентильный блок снабжен демпфирующими элементами для гашения колебательных движений относительно других вентильных блоков (фиг. 1) илиотносительно фундамента. Для подавления колебаний относительно фундамента демпферы 64 и 65, например,гидравлического типа (фиг. 6) могутбыть установлены так, чтобы соединятьфундамент 29 и вентильный блок 1,4через гирлянду изоляторов 66 и 67,на нижнем конце вентильного блока,Для гашения колебательных движений (фиг. 7) вентильный блок крепитсяиз ярма 68, прикрепленного к перекладине 7. Два амортизатора 69 и 70 прикреплены к ярму 68, их элементы могутбыть пневматического и/или гидравлического типа, возможно в комбинациис механическими пружинами. Вентильныйблок крепится из амортизаторов 69 и70 через подвесные изоляторы 8.1 и8.2, которые крепятся жестко к ушкам31.1 и 31.2.В результате осуществляется гашение колебательчых движений с одновре 140571 менным возникновением упругости вертикальных воздействий (усилий) и гашением колебательных движений. Устройство (Фиг, 6 и 7) подавляет коле, бательные движения только в однойплоскости, но его можно сдваиватьтак, чтобы осуществлять подавлениекаждого движения независимо от его,направления,10Чтобы не допустить свободного колебания каждого вентильного блока,вентильные блоки можно подсоединятьодин к другому (фиг. 8) таким образом, что они выступают в виде жесткой конструкции. Указанное достигается при соединении трех вентильныхблоков, например, нижними концамипри помощи стержней 71 и 72. Стержнимогут представлять собой соединительные проводники между вентильными блоками (линии 17 и 18 на Фиг, 1), Вкачестве, одного из вариантов дополнительно к стержням 71 и 72 можно уста"навливать особые соединительные проводники 17 и 18 (представлены пунк тирной линией .на фиг. 8),Демпфирующие элементы 27 и 28,,1 установленные между блоками (Фиг, 1),могут одновременно быть выполненыкак контакты между блоками. Вентиль-.ные блоки могут соединяться посредством металлических стержней 73 и 74и демпфера 75, которые образуютэлектрический контакт между блоками.Если путь, по которому проходит токчерез демпфер, прерван (перегорожен)слоем из непроводящего материала,демпфер можно замкнуть при помощилинии 7 б,Вентили блоков в основном подвергаются только напряжениям на разрывВентили можно крепить (натягивать)при помощи сквозных вертикальных перегородок из слоистого стекловолокнаили подобных, которые относительноне восприимчивы к изгибанию, вращению(качанию) н другим деформациям. Такимобразом, подвешенный вентильный блокобразует прочную и в некоторой степени жесткую конструкцию, которая придает блоку очень высокую сопротивляемость воздействиям на него, вызванньж колебаниями элемента (точки), ккоторому крепится блок или фундаментпреобразователя.Амортизаторы и упругие элементыдля (подвешивания) крепления вентильных блоков приводят к значительному 16снижению механических напряжений на блок. При выполнении элементов с достаточно высокой степенью жесткости и подходящей амортизацией можно значительно уменьшить колебания вентиль- ного блока, вызванные колебаниями Фундамента преобразователя,Тяжелые, громоздкие и дорогостоящие опорные изоляторы, используемые в известных конструкциях вентильных блоков, полностью отсутствуют в предла гаемом преобразователе.В известных конструкциях вентиль" ных блоков обычно необходимо, чтобы каждый вентиль содержал нижнюю раму и опорные изоляторы, установленные на этой раме и поддерживающие верхнюю раму, Между верхней и нижней рамами установлены опорные элементы для выпрямителей. Каждый вентиль своей нижней рамой находится на верхней раме вентиля расположенного ниже его.Рамы двух вентилей, лежащие друг против друга, можно заменить общей ра мой.Указанные рамы почти полностью отсутствуют в предлагаемом преобразователе. Только на верхнем конце самого высокого вентиля каждого вентиль- ного блока необходимо устанавливать раму 30 (фиг. 4). Двенадцатиимпульсный преобразователь .(Фиг. 1 О и 11) установлен в здании 7 и имеет три четырехсекционных вентиля. Первый четырехсекционный вентиль состоит из четырех последовательно соединенных вентилей 78-81 постоянного тока, второй четырехсекционный вентиль - из вентилей 82-85, а третий - из вентилей 86-89. Вентили крепятся с помощью изолируюшОх стержней, изготовленных из стекловолокнистого армированного пластика, и поддерживаются горизонтальными перегородками 90-93 в крыше здания. Вентили 8 бкрепятся на восьми изолирующих стержнях (на фиг. 10 и )1 показаны только пять из них - стержни 94-98), которые жестко прикреплены к металлической плите 99. Плита подвешивается из амортизаторов и эластичных элементов 100-107. Указанные элементы поддерживаются поперечно расположенными перегородками 108-111, установленными между перегородками 92 н 93. Двасдругих четырехсекционных вентиля прикрепляются аналогично.5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 Верхние и нижние концы четырех- секционных вентилей и их середина подключены один к другому линиями 112-117. Таким образом вентили 78, 79, 82, 83, 86 и 87 образуют верхний трехфазный мост, а вентили 80, 81, 84, 85, 88 и 69 - нижний мост, причем два моста подсоединяются последовательно на концах постоянного тока. Верхний конец четырехсекционного вентиля подсоединен к линии 118 постоянного тока, а нижний конец подсоединен к контакту 119 постоянного тока. Указанные контакты могут состоять из линий или других жестких соединительных элементов 120, как в случае шести контактов переменного тока (Фиг. 11).Каждый четырехсекционный вентиль, таким образом, может свободно перемещаться относительно Фундамента 29 и здания 77 и относительно других вентилей. Вертикальные перемещения и колебательные движения вентиля относительно здания 77 принимаются и подавляются, например демпфирующими эле" ментами 100-107. Перемещения вентиля по горизонтали принимаются посредством сгибания неподвижных изолирующих подвесных стержней 94-98. Таким образом, каждый вентиль подвешивается (крепится) неподвижно независимо от колебаний фундамента 29 и здания 77. Следовательно, механические напряжения на вентили значительно снижены.Демпфирующие элементы 100-107 при креплении вентиля в здании (фиг.12-14) находятся на поперечных перегородках 108-111, которые, в свою очередь, поддерживаются перегородками 92 и 93. Каждый демпфирующий элемент подсоединен к металлической плите 99 посред-. ством стержня. Плита поддерживает восемь изолирующих стержней (пять из которых - стержни 94-98 показаны на фиг, 10 и 11), к которым прикрепляется вентиль. Стержни могут быть снабжены канавками, каналами или винтовой резьбой для увеличения пути электрической утечки в продольном направлении стержней. Каждый демпфирующий элемент может состоять из сочетания пружинных элементов, поглощающих действие сил (механические пружины или газовые подвески) и амортизаторов5 (например, гидравлических амортизаторов). Вследствие упругости (эластичности) достигается значительное уменьшение действиясил на вентили,а демпфирующие элементы обеспечивают подавление колебаний вентиля.Четырехсекционный вентиль (фиг.15 и 16) состоит из большого количества ярусов. Каждый ярус содержит два тиристорных модуля 121 и 122, которые окружены электростатическим экраном. Вентиль имеет верхнюю 123 и нижнюю 124 рамы, которые окружены электростатическими экранами 125 и 126. Ниж-.: ние концы изолирующих подвесных стержней 94-98 неподвижно прикреплены к верхней раме 123, например, при помощи рамы, имеющей гайки, которые накручиваются на концы с резьбой стержней, Тиристорные модули и нижняя рама 124 поддерживаются восемью ст"-рж - нями (пять из которых - стержни 127- 131 показаны на фиг. 15 и 16). Стержни изготовлены из стекловолокнистого армированного пластика, имеют винтовую резьбу по всей длине и снабженыгайками над верхнеи рамой и под нижней рамой. Тиристорные модули имеютушки, которые неподвижно прикреплены. к стержням гайками. Выполнениерезьбы придает стержням желобчатуюповерхность. Это увеличивает путь прохождения тока по стержням, чтозначительно уменьшает высоту вентиля. Расстояние между тиристорными модулями можно легко отрегулировать до величины, проходящей для требуемого рабочего напряжения,Электрические контакты между тиристорными модулями выполняются таким образом, что все тиристорные модули вентиля последовательно соединены (фиг. 4) . Во втором варианте преобразователя (фиг. 10-16) обеспечивается простое и выгодное решение конструкции и крепления вентильных блоков. Значительная практическая и экономическая выгода достигается уменьшением размеров, более простой конструкцией и повышением механической прочности.Изобретение применимо к преобразователям произвольного типа, имеющим произвольное количество фаз и вен.тильных блоков. Таким образом, предлагаемый преобразователь может состоять, например, из преобразователяпостоянного тока или из двух непараллельно соединенных вентилей для включения и выключения нагрузки переменного тока. Выпрямительные элементы1405711т Для подавления колебательных движений можно выполнять не только электрические контакты между вентильными5блоками, но также (или каК один из т вариантов) внешние контакты.Вспомогательные соединители (кабели, шланги, трубы, световоды и т,п,) а .для охлаждения и регулирования вентильного блока для индикации сигналовмогут быть подсоединены к верхнемуили нижнему концу блока, или по воэможности к краю блока. каждого вентиля преобразователя могуВыборочно состоять из тиристоров илидиодов и йз сочетаний таких элементов еПредлагаемый преобразователь можесостоять из двух или более последова,тельно соединенных мостов, число вентилей каждого вентильного блока тогдостигает четырех или более.Преобразователь содержит специальную подставку для крепления вентильных блоков. Если используются достаточно прочные или армированные крышиили палубы (для морского оборудования), можно обойтись без использова"ния такой подставки, а вентильныеблоки крепятся из крыши или палубы,или из других конструкций.Вентильный блок (фиг. 1 и 4) прнКрепляется к одному ушку, и одномуподвесному изолятору, В качестве од"ного из вариантов подвесной элементкаждого вентильного блока может бытьсдвоенным или многозвенным для повы,шения надежности и предупреждениявращательных колебаний блока.Один конец каждого блока (фиг. 3)расположен относительно потенциалаземли или имеет низкое напряжение относительно земли. Указанный конец устанавливается так, чтобы быть обращен,ным вверх, что значительно снижает,потребность в электрической изоляцииподвесных элементов блока,Вентили, показанные на фиг. 4 и 6,.являются примерами, возможны и другиеварианты выполнения. Таким образом,количество модулей может отличатьсяот представленного. Кроме того, на40каждом уровне можно устанавливатьболее или,менее двух модулей. Могуттакже отличаться количество вертикальных перегородок, их конструкция и материал, из которого они изготовлены.Демпферное устройство для подавлею 1 Яния колебательных движений можно неподвижно крепить к вертикальномуподвижно крепить к вентильному блокув одной ипи нескольких соответствующихточках, которые не следует располагать на основании блока.Демпфирующие элементы для подавления колебаний относительно фундамента можно объединять с элементами дляподавления относительных движений(колебаний) между блоками или с элементами, которые жестко подсоединяютблоки друг к другу. Формула изобретения1. Статический преобразователь длявысоковольтной силовой передачи по-.стоянного тока, содержащий по крайнеймере один вентильный блок, выполненный из одного или множества последовательно соединенных вентилей, изолирующие элементы и несущую конструкцию,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения конструкции и повышения прочности, он снабжен расположенным между несущей конструкцией и верхним концом вентильного блока подвесным средством, посредством которого вентильный блок подвешен к несущей конструкции, причем подвесное средст" во содержит указанные изолирующие элементы и упругое средство, обеспечивающее относительное перемещение вентильного блока и несущей конструкции в вертикальном направлении,2. Преобразователь по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве изолирующих элементов использованы удлиненные электроизоляционные стержни, нижние концы которых при" креплены к вентильному блоку, а их верхние концы - к упругому средству, установленному иа несущей конструкции.3, Преобразователь по и, 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что упруго средство дополнительно снабжено амортизатором для демпфирования колебаний вентильного блока и подвесного средства относительно несущей конструкции.4. Преобразователь по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что включает дополнительные демпфирующие средства для механического соедине" ния вентильных блоков между собой.5. Преобразователь по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что электрические соединения вентильного блока выполнены с воэможностью его свободного перемещения относительно не- сущей конструкции.56. Преобразователь по п. 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что удли-ненные электроизоляционные стержни выполнены из пластмассы, армированной стекловолокном. 107, Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что вентильный блоК снабжен дополнительнымивентильными модулями и дополнительными электроизолированными несущимистержнями подвески, расположеннымив продольном направлении вентильногоблока, причем модули соединены состержнями,8. Преобразователь по п. 7, о т "л и ч а ю щ и й с я тем, что стержни подвески выполнены из пластмассы,армированной стекловолокном.