Полупроводниковый преобразователь

/ММ.,олупроводхнике и мо- азователь- электротехновкэх нд временнымзаряда ин- . Известен и зователь, соде раллельно ос жены выпрями водниковых и рукции и охл трубок, токове ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский центр по испытанию высоковольтной аппаратуры (72) Г.В.Чучукин(56) Авторское свидетельство СССР М 959188; кл. Н 01 1 25/02, 1982.Авторское свидетельство СССР й. 1181016, кл. Н 0125/02, 1985.(57) Использование: в преобразовательных устройствах физических и электротехнических испытательных установках на большие токи с повторно-кратковременным режимом работы, н-р, для заряда индуктивных накопителей энергии. Сущность изобретения: преобразователь содержит каркас, обИзобретение относится к иниковой преобразовательной тежет быть использовано в преобрных устройствах физических инических испытательных устабольшие токи с повторно-краткорежимом работы, например, длядуктивных накопителей энергии. олупроводниковый преобраржащий каркас, в котором панованию каркаса располотельные блоки из полупрориборов таблеточной констадителей в виде тепловых дущие шины переменного и разованный рамой, Г- и Т-образными стойками и продольными стяжками, выпрямительные блоки, нижние и верхние изолирующие упоры, угловые и промежуточные изолирующие направляющие, крышку с блоками демпфирования коммутационных перенапряжений и опорные изоляторы. Г-образные стойки прикреплены к раме по углам. Между Г-образными стойками по ширине рамы на равном расстоянии прикреплены Т-образные стойки, Между изолирующими направляющими в продольные вырезы помещены высоковольтные блоки, состоящие из анодной и катодной групп параллельно соединенных полупроводниковых приборов таблеточной конструкции, зажатых между токоведущими шинами переменного и постоянного тока двумя изолирующими пластинами, 1 з.п,флы,5 ил. постоянного тока, выполненные с противоположных сторон каркаса,ИСущественным недостатком такого по- ФЬлупроводникового преобразователя является большой габарит и неэффективноеиспользование объема. Кроме того, в усло- (фвиях повторно-кратковременного режимаприменение охладителей. в виде тепловыхтрубок малоэффективно, увеличивает габа- фрит и усложняет,обслуживание при размещении на открытом воздухе или внеотапливаемых помещениях особенно приотрицательных температурах,Известен также полупроводниковыйпреобразователь, содержащий каркас, в котором располо кены параллельно соединен 1734138ные по шестифазной схеме выпрямления выпрямительные блоки из полупроводниковых приборов противоположных фаз и индуктивных делителей, токоведущие шины переменного и постоянного тока, выполненные перпендикулярно друг другуНедостатком такого полупроводникового преобразователя является наличие шести вводов переменного тока и одноговывода постоянного тока, что требует использования минимум двух таких преобразователей в установке и, следовательно, усложняет компоновку и увеличивает габариты установки, Существенный недостаток состоит также в том, что используемая в преобразователе система подвода переменного тока и отвода постоянного требует применения индуктивных делителей для равномерного распределения тока по параллельно работающим полупроводниковым приборам, Наличие индуктивных делителей приводит к усложнению конструкции, увеличению габаритов и увеличению индуктивного и активного сопротивления протеканию тока и, таким образом, снижает величину рабочего тока,Наиболее близким к изобретению является известный полупроводниковый преобразователь, содержащий каркас, в котором расположены параллельно соединенные по мостовым схемам выпрямления выпрямительные блоки, содержащие анодные и катодные группы и состоящие из полупроводниковых приборов таблеточной конструкции с индивидуальными охладителями, индуктивные делители тока, блоки демпфирования коммутационных перенапряжений, токоведущие шины переменного тока, расположенные по ширине каркаса, токоведущие шины постоянного тока, выполненные по длине каркаса, выпрямительные блоки несущими панелями закреплены на стойках по обеим сторонам каркаса один над другим и по горизонтали и образуют между панелями и стойками канал для прохождения охлаждающего воздуха,Существенным недостатком такого полупроводникового преобразователя является наличие индивидуальных охладителей и индуктивных делителей тока, что усложняет конструкцию и увеличивает габарит. Кроме того, при повторно-кратковременном режиме работы индивидуальные охладители малоэффективны, Индуктивные делители тока увеличивают индуктивное сопротивление электрической цепи и при прочих равных условиях уменьшают рабочий ток преобразователя,.Другим недостатком известного преобразователя является большое междуфазное расстояние на участке переменного тока, что обуславливает увеличенное индуктивное сопротивление токопроводящих шин переменного тока и, в конечном счете, 5 уменьшение рабочего тока преобразователя.Кроме того, системы подвода переменного тока и отвода постоянного тока перпендикулярны друг к другу, и при токах в 10 десятки килоампер и более возникают большие электродинамические силы, стремящиеся разрушить конструкцию, Для нейтрализации этих сил необходимо усиление несущих частей и увеличение габарита, 15 Цепью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов при одновременном увеличении рабочего тока путем создания минимальных и равных путей протекания рабочего тока по выпря мительным блокам. Поставленная цель достигается тем, чтов полупроводниковом преобразователе, содержащем каркас, в котором расположены 25 параллельно соединенные по мостовымсхемам выпрямления выпрямительные блоки, содержащие анодные и катодные группы и состоящие из полупроводниковых приборов таблеточной конструкции, зажатые 30 между охладителями, блоки демпфирования коммутационных перенапряжений, токоведущие шины переменного и постоянного тока, каркас выполнен из прямоугольной рамы, к углам которой прикреп лены Г-образные стойки, а между ними поширине рамы на равном расстоянии друг от друга прикреплены Т-образные стойки, причем верхние концы стоек противоположных сторон каркаса попарно соединены 40 продольными стяжками, у основания стоекс внутренней стороны расположены изолирующие направляющие, прикрепленные к стойкам, и имеющие с внутренней стороны продольный вырез, между изолирующими 45 направляющими в продольных вырезах размещены выпрямительные блоки, которые образуют несколько рядов по ширине каркаса и установлены друг на друга с образованием каналов для прохода охлаждаю щего воздуха около полупроводниковыхприборов и токоведущих шин, причем нижние блоки установлены на нижние изолирующие упоры, а блоки вертикального ряда прижаты друг к другу верхними изолирую щими упорами, которые прикреплены кстойкам каркаса, на продольные стяжки и стойки установлена дополнительно введенная крышка, на которой размещены блоки демпфирования коммутационных перенапряжений.Кроме того, выпрямительные блоки выполнены трехполюсными, охладителями являются шины постоянного и переменного тока, между которыми расположены полупроводниковые приборы, прижатые друг к другу двумя изолирующими пластинами.Система ввода-вывода позволяет обеспечить равные пути протекания тока по вы-прямительным блокам, а следовательно, равные индуктивные и активные сопротивления параллельных цепей, что создает равномерное распределение тока по параллельно включенным блокам; минимальное индуктивное сопротивление токоведущих шин переменного тока рабочему току преобразователя; удобство подключения нагрузки, например индуктивного накопителя энергии; выпрямительные блоки являются элементами (частью) токопровода, соединяющего питающий трансформатор с нагрузкой, Конструкция каркаса, образованного рамой, Г- и Т-образными стойками, продольными стяжками и верхним изолирующим упором, позволяет обеспечить восприятие динамических усилий в продольном, поперечном и. вертикальном направлениях; удобство транспортировки, перемещения и установки в ограниченном пространстве, Система крепления выпрямительных блоков в преобразователе включает нижние изолирующие упоры, изолирующие направляющие с выполненными внутренними продольными вырезами и верхний изолирующий упор и обеспечивает изоляцию выпрямительных блоков друг от друга и от несущих конструкций.Выпрямительные блоки позволяют собирать однофазную мостовую, трехфазную мостовую и трехфазную с однофазными мостами на фазу схемы преобразования.Йа.фиг, 1 показан преобразователь, вид спереди; на фиг, 2 - то же, со снятой крышкой, вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид сбоку; на фиг. 4 - промежуточная и угловая изолирующие направляющие; на фиг, 5 - схематическое расположение полупроводниковых приборов в преобразователе и один из: возможных вариантов соединения выпрямительных блоков. Полупроводниковый преобразователь содержит каркас, образованный прямоугольной рамой 1, Г- и Т-образными стойками 2 и 3 и продольными стяжками 4, выпрямительные блоки 5, нижние и верхние изолирующие упоры 6 и 7, угловые и промежуточные изолирующие направляющие 8 и 9, крышку 10 с размещенными на ней блоками демпфирования коммутационных перенапряжений и опорные изоляторы 11. Г-образные стойки 2 приварены к прямоугольной раме 1 по углам с торцовых сторон. Между Г-образными стойками 2 поширине рамы 1 на равном расстоянии друг5 от друга и от Г-образных стоек 2 привареныТ-образные стойки 3. Верхние концы Г- иТ-образных стоек 2 и 3 противоположныхсторон каркаса попарно связаны продольными стяжками 4 при помощи сварки. У ос 10 нования стоек 2 и 3 на раму 1 помещены .нижние изолирующие упоры 6, на которыеустановлены угловые и промежуточные изолирующие направляющие 8 и 9, имеющиепродольные вырезы 12 и 13. Направляющие15 8 и 9 крепятся к стойкам 2 и 3 с помощьюболтов 14 и гаек 15,Для исключения возможности перемещения нижние изолирующие упоры 6 фиксируются с помощью штырей 16, устанавли 20 ваемых в углубления 17, выполненных в основаниях изолирующих направляющих 8 и9 и по длине упоров 6,Между изолирующими направляющими8 и 9 в продольные вырезы 12 и 13 помеще 25 ны выпрямительные блоки 5, состоящие изанодной и катодной групп 18 и 19 параллельно соединенных полупроводниковыхприборов таблеточной конструкции, зажатых между токоведущими шинами 20, 21 и30 22 переменного и постоянного тока двумяизолирующими пластинами 23,Выпрямительные блоки 5 расположеныгоризонтально вдоль каркаса и образуютнесколько вертикальных рядов по ширине35 каркаса (на фиг. 2, 3 изображены три вертикальных ряда блоков 5). В каждом вертикальном ряду может быть размещено два иболее установленных друг на друга выпрямительных блоков 5 (на фиг, 1 и 3 показаны40 четыре блока в вертикальном ряду). Нижниеблоки 5 изолирующими пластинами 23 опираются на нижние изолирующие упоры 6,На изолирующие пластины 23 верхних выпрямительных блоков 5 под продольными45 стяжками 4 установлены верхние изолирующие упоры 7, прикрепленные к стойкам 2 и3 каркаса болтами и гайками и прижимающие блоки 5 вертикальных рядов друг к другу.50 Выпрямительные блоки 5 установленыдруг на друга в вертильный ряд вдоль изолирующих направляющих 8 и 9 таким образом, что изолирующие пластины 23 блоковобразуют каналы для прохода охлаждающе 55 го воздуха около полупроводниковых приборов и токоведущих шин.На продольные стяжки 4 и стойки 2 и 3установлена крышка 10 с размещенными наней блоками демпфирования коммутационных перенапряжений, состоящих из резисторов 24 и конденсаторов 25 и подключаемых с помощью проводников 26 к выводам20, 21 и 22 выпрямительных блоков 5.Каркас снабжен опорными изоляторами 11, которые крепятся к пластинам 27 спомощью блоков 28. Пластины 27 приварены по углам к раме 1. Рама 1 по боковымсторонам имеет отверстия 29 для установкигрузоподъемных крюков.Угловые направляющие 8 имеют одинпродольный вырез 12, а промежуточные направляющие 9 - два продольных выреза 13,Угловые направляющие имеют один ряд отверстий под болты 14, а промежуточные направляющие 9 - два ряда отверстий,Количество отверстий определяется количеством выпрямительных блоков 5 в вертикальном ряду. Соответствующее количествоотверстий имеют Г- и Т-образные стойки 2и 3. Расстояние между отверстиями определяется шириной выпрямительного блока,Высота изолирующих упоров, ширинаизолирующих направляющих, размеры-стоек определяются размерами выпрямительных блоков и изоляционными расстояниямимежду токоведущими частями и элементамикаркаса,Установка и выемка выпрямительныхблоков осуществляется в вертикальном направлении вдоль изоляционных направляющих при снятых крышке и верхнихизоляционных упорах.Упрощение конструкции преобразователя достигается прежде всего за счет того,что полупроводниковые приборы скомпонованы на групповых охладителях, являющихся одновременно токоведущими шинамипеременного и постоянного тока. При этомзначительно сокращается количество соединительных и крепежных деталей для ихмонтажа, токоподвода,Основной отводтепла от полупроводниковых приборов происходит в токоведущиешины, поэтому обеспечивается двустороннее охлаждение каждого таблеточного прибора, Тепло токоведущих шин и корпусовполупроводниковых приборов переноситсяв окружающую среду путем естественнойконвекции воздуха. Естественная конвекция воздуха обеспечивает скорость движения воздуха порядка 0,6 м/с, Для увеличения этой скорости могут использоватьсявентиляторы, устанавливаемые под рамой,Полупроводниковый преобразователь,созданный на базе выпрямительных блоковиз полупроводниковых приборов типа В -800 и Д 143 - 800 ( по 10 шт, в каждой аноднойи катодной группе) и содержащий три вертикальных ряда по 4 упомянутых блока, имеет размер 1160 х 606 х 860 и позволяет получать при трехфазной мостовой схеме выпрямления постоянный ток до 200 кА с длительностью протекания до 1,0 с. Постоянная времени охлаждения блоков путем 5 естественной конвекции воздуха не превышает 20 мин, вес преобразователя порядка 600 кг. Занимаемый объем на один - два порядка меньше серийно выпускаемых преобразователей.10 Полупроводниковые преобразователиданной конструкции могут быть использованы в испытательных стендах для создания мощных испытательных установок на токи 500-1000 кА и более с повторно-кратковре менным режимом работы, например для испытания генераторных выключателей, индукционных аппаратов (силовых трансформаторов, реакторов, измерительных трансформаторов), токопроводов токами ко роткого замыкания.Формула изобретения1. Полупроводниковый преобразова тель, содержащий каркас, в котором расположены параллельно соединенные по мостовым схемам выпрямления выпрямительные блоки, содержащие анодные и катодные группы .и состоящие из полупро водниковых прибооов таблеточной конструкции, зажатые между охладителями, блоки демпфирования коммутационных перенапряжений, токовед щие шины переменного и постоянного тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощенияконструкции и уменьшения габаритов при одновременном увеличении рабочего тока сопротивления путем создания минимальных и равных путей протекания рабочего 40 тока по выпрямительным блокам, каркас выполнен из прямоугольной рамы, к углам которой прикреплены Г-образные стойки, а между ними по ширине рамы на равном расстоянии друг от друга прикреплены Т образные стойки, причем верхние концыстоек противоположных сторон каркаса попарно соединены продольными стяжками, у основания стоек с внутренней стороны расположены изолирующие направляющие, 50 прикрепленные к стойкам и имеющие свнутренней стороны продольный вырез, между изолирующими направляющими в продольных выоезах размещены выпрямительные блоки, которые образуют несколь ко рядов по ширине каркаса и установленыдруг на друга с образованием каналов для прохода охлаждающего воздуха около полупроводниковых приборов и токоведущих шин, причем нижние блоки установлены на нижние изолирующие упоры, а блоки вертикального ряда прижаты друг к другу верхними изолирующими упорами, которые прикреплены к стойкам каркаса, на продольные стяжки и стойки установлена дополнительная введенная крышка, на которой размещены блоки демпфирования коммутационных перенапряжений,2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что выпрямительные блоки выполнены трехполюсными, охладителями являются шины постоянного и переменного 5 тока, между которыми расположены полупроводниковые приборы, прижатые друг к другу двумя изолирующими пластинами,