RU162203U1

RU162203U1 - POWER SEMICONDUCTOR CONVERTER FOR GAS TURBOCHARGER

Info

Publication number: RU162203U1
Application number: RU2015105486/02U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Курганов; Светлана Васильевна Низяева; Ирина Анатольевна Пьянзина; Александр Алексеевич Тишкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель"
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-05-27

Abstract

Силовой полупроводниковый преобразователь для тяговых двигателей газотурбовоза, имеющий питание от генератора трехфазным переменным током, содержащий металлический каркас и два независимых трехфазных мостовых выпрямителя с параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, при этом диодные блоки соединены с шинами переменного и постоянного тока, отличающийся тем, что он снабжен датчиками тока, установленными на входных линиях каждого трехфазного моста, при этом диодные блоки установлены на стеклотекстолитовых панелях, которые скреплены с образованием вертикального канала воздушного охлаждения диодных блоков и размещены в металлическом каркасе, причем диодные блоки соединены медной ошиновкой с обеспечением диагонального включения упомянутых блоков каждого из плеч, а шины постоянного тока подключены отдельно к анодным и катодным группам каждого диодного блока.A power semiconductor converter for gas turbine traction engines powered by a three-phase alternating current generator, containing a metal frame and two independent three-phase bridge rectifiers with parallel connected diode blocks in each arm, while the diode blocks are connected to alternating current and direct current buses, characterized in that it is equipped with current sensors installed on the input lines of each three-phase bridge, while the diode blocks are installed on fiberglass panels, which they are not fastened with the formation of a vertical air cooling channel of the diode blocks and placed in a metal frame, the diode blocks being connected by a copper bus to ensure the diagonal inclusion of the said blocks of each arm, and the DC buses are connected separately to the anode and cathode groups of each diode block.

Description

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к силовым полупроводниковым преобразователям для газотурбовоза с питанием трехфазным переменным током по двум каналам от генератора. Заявляемое устройство предназначено для преобразования трехфазного переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, применяемое для питания тяговых электродвигателей.The utility model relates to power semiconductor converting technology, in particular to power semiconductor converters for a gas turbine locomotive powered by a three-phase alternating current through two channels from the generator. The inventive device is designed to convert a three-phase alternating voltage of the generator into a direct voltage used to power the traction motors.

В настоящее время известны различные конструкции полупроводниковых преобразовательных устройств.Various designs of semiconductor converters are currently known.

Известна выпрямительная установка [1], содержащий каркас с двухстороннем обслуживанием, выпрямительный блок, представляющий собой два параллельно соединенных трехфазных моста, распложенных по разным сторонам каркаса и получающих питание от отдельных «звезд» статорной обмотки тягового генератора. Каждое плечо моста состоит из последовательно и параллельно включенных диодных блоков, представляющие собой вентиль штыревого типа, ввернутый в охладитель. Электрический монтаж вентилей выполнен шинами, закрепленными внутри каркаса вертикально при помощи изоляционных стоек, при этом подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса. Выпрямительная установка имеет три отдельных вертикальных каналов охлаждения, образованных конструкцией, диодных блоков, изоляционными стенками и панелями. На каркасе снизу и сверху имеются фланцы для присоединения патрубков системы охлаждения.Known rectifier installation [1], containing the frame with two-way maintenance, the rectifier unit, which is two parallel-connected three-phase bridges located on different sides of the frame and receiving power from individual "stars" of the stator winding of the traction generator. Each shoulder of the bridge consists of diode blocks in series and parallel connected, which are a pin-type valve screwed into the cooler. The electrical installation of the valves is made by busbars mounted vertically inside the frame using insulating racks, while external circuits are connected to the converter tires through the open bottom of the frame. The rectifier installation has three separate vertical cooling channels formed by the design, diode blocks, insulating walls and panels. On the frame below and above there are flanges for connecting the pipes of the cooling system.

Недостатками устройства являются низкая термоциклоустойчивость и относительно низкая нагрузочная способность в заданных габаритных размерах, вследствии, использования вентилей штыревой конструкции.The disadvantages of the device are low thermal cyclic stability and relatively low load capacity in a given overall dimensions, due to the use of pin design valves.

Известен силовой полупроводниковый преобразователь [2], конструктивно выполненный в виде двух шкафов, остовом которых служит сварной каркас из профильной и листовой стали, с двухстороннем обслуживанием, содержащий выпрямительный блок, представляющий собой два трехфазных моста. Каждое плечо моста состоит из последовательно и параллельно включенных диодных блоков, представляющие собой диод таблеточного типа, который при помощи траверс и болтов прижат с одной стороны к алюминиевым охладителям, установленными на стеклотекстолитовой панели и образующие центральный вертикальный канал воздушного охлаждения. Подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса.Known power semiconductor converter [2], structurally made in the form of two cabinets, the skeleton of which is a welded frame made of profile and sheet steel, with two-way maintenance, containing a rectifier block, which is two three-phase bridge. Each shoulder of the bridge consists of diode blocks in series and in parallel, which are a tablet type diode, which, with the help of traverses and bolts, is pressed on one side to aluminum coolers mounted on a fiberglass panel and forming a central vertical air cooling channel. External circuits are connected to the converter buses through the open bottom of the frame.

Недостатком такого преобразователя является отсутствие диагонального расположения шин, что не позволяет применять большее количество включенных в параллель вентилей для получения требуемой мощности без использования дополнительных устройств из-за возникновения эффекта неравномерного распределения тока по параллельно включенным вентилям, а также как у выше упомянутого устройства является низкая термоциклоустойчивость и относительно низкая нагрузочная способность в заданных габаритных размерах, в следствии, использование вентилей таблеточной конструкции при одностороннем охлаждении.The disadvantage of this converter is the lack of a diagonal arrangement of tires, which does not allow the use of a larger number of valves connected in parallel to obtain the required power without using additional devices due to the effect of uneven distribution of current among the parallel connected valves, as well as the aforementioned device has low thermal cyclic stability and relatively low load capacity in a given overall dimensions, as a result, the use of valves th tablet design with one-sided cooling.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является силовой полупроводниковый преобразователь [3], содержащий каркас из профильной и листовой стали, выпрямительный силовой блок, выполненный из двух, расположенных на противоположных сторонах каркаса, двух независимых трехфазных мостовых выпрямителей, с параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, представляющие собой диод таблеточного типа, который при помощи траверс и болтов прижат с обеих сторон алюминиевыми охладителями, установленными на стеклотекстолитовой панели и образующие центральный вертикальный канал воздушного охлаждения, токопроводящие шины переменного и постоянного тока. Подключение внешних цепей к шинам преобразователя осуществляется через открытое дно каркаса.The closest set of essential features is a power semiconductor converter [3], containing a frame made of profile and sheet steel, a rectifying power block made of two independent three-phase bridge rectifiers located on opposite sides of the frame, with diode blocks in parallel connected in parallel to each arm representing a tablet-type diode, which with traverses and bolts is pressed on both sides by aluminum coolers mounted on fiberglass wail panel and forming a central vertical air cooling channel busbars AC and DC. External circuits are connected to the converter buses through the open bottom of the frame.

Недостатки этой известной конструкции обусловлены тем, что:The disadvantages of this known design are due to the fact that:

- при использовании в известном газотурбовозе потребуется дополнительные устройства для подключения к внешним цепям генератора и тяговых двигателей;- when used in a known gas turbine locomotive, additional devices will be required to connect to the external circuits of the generator and traction engines;

- при существующей конструкции невозможно обеспечить достаточной мощностью питания тяговых двигателей газотурбовоза.- with the existing design, it is impossible to provide sufficient power to the traction engines of a gas turbine.

Заявляемый силовой полупроводниковый преобразователь выполнен в виде шкафа и устанавливается внутри высоковольтной камеры в газотурбовозах.The inventive power semiconductor converter is made in the form of a cabinet and is installed inside the high-voltage chamber in gas turbines.

При проектировании заявленного устройства ставились следующие задачи:When designing the claimed device, the following tasks were set:

- разработка конструкции с оптимальной компактностью и простотой конструкции с жесткими ограничениями по массе и габаритам, соответствующим месту размещения в специальном высоковольтном отсеке локомотива;- design development with optimal compactness and simplicity of design with severe restrictions on weight and dimensions corresponding to the location in a special high-voltage compartment of the locomotive;

- расположение блоков устройства с обеспечением удобства их обслуживания;- the location of the blocks of the device to ensure ease of maintenance;

- конструктивной обеспеченностью возможности проведения ремонта устройства за счет модульности блоков;- constructive security of the possibility of repairing the device due to the modularity of the blocks;

- повышением эффективности воздушного охлаждения всех блоков устройства;- increasing the efficiency of air cooling of all units of the device;

- повышением надежности конструкции с обеспечением высокой степени безаварийности при эксплуатации;- improving the reliability of the design with a high degree of accident-free operation;

- конструктивной обеспеченностью способности к легкой модернизации устройства.- constructive security of the ability to easily upgrade the device.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в создании оригинального силового полупроводникового преобразователя для газотурбовоза с питанием переменным током по двум каналам от генератора с системой вертикального воздушного охлаждения, отличающегося от известных высокой степенью модернизации, компактностью со строго ограниченными размерами по месту размещения в высоковольтной камере локомотива, повышенной надежностью работы за счет улучшенной конструкции, удобством монтажа и демонтажа узлов за счет модульности конструкции, повышенной как относительной, так абсолютной выходной мощностью за счет увеличения силовых блоков и конструкции их соединения и увеличения эффективности воздушного охлаждения всех блоков устройства.The problem to which the claimed technical solution is directed is to create an original power semiconductor converter for a gas turbine locomotive powered by alternating current through two channels from a generator with a vertical air cooling system, which differs from the known ones by a high degree of modernization, compactness with strictly limited dimensions at the location in high-voltage chamber of the locomotive, increased reliability due to improved design, ease of installation and dismantling of nodes for due to the modularity of the design, increased both relative and absolute output power by increasing the power units and the design of their connections and increasing the efficiency of air cooling of all units of the device.

При этом должно быть обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:In this case, the achievement of the following technical and economic results should be ensured:

- улучшение технических и эксплуатационных характеристик заявляемого устройства;- improving the technical and operational characteristics of the claimed device;

- обеспечение конструктивной компактности и оптимально возможного использования внутреннего объема для размещения заявляемого устройства в высоковольтной камере локомотивов;- ensuring constructive compactness and the best possible use of the internal volume for placing the inventive device in the high-voltage chamber of locomotives;

- обеспечение удобства обслуживания;- providing convenience of service;

- наличие высокой степени защиты от аварийных ситуаций в дорожных условиях эксплуатации;- the presence of a high degree of protection against emergencies in road operating conditions;

- повышение степени пожаробезопасности;- increase the degree of fire safety;

- увеличение длительности безремонтного срока эксплуатации.- increase in the duration of the maintenance-free life.

Предлагается силовой полупроводниковый преобразователь для газотурбовоза с питанием трехфазным переменным током по двум каналам от генератора, содержащий каркас, выпрямительный силовой блок, выполненный из двух, расположенных на противоположных сторонах каркаса, независимых трехфазных мостовых выпрямителей, с параллельно включенными диодными блоками в каждом плече, образуя в совокупности вертикальный канал воздушного охлаждения и соединенных внутренними шинами переменного и постоянного тока, входные датчики тока, для контроля значения входного тока. Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что каждое плечо трехфазного выпрямителя снабжено дополнительными, подключенными параллельно, диодными блоками, позволяющими увеличить выходную мощность преобразователя, шинами постоянного и переменного тока расположенными с возможностью диагонального включения диодных блоков каждого из плеч трехфазного выпрямителя, что позволяет добиться эффекта равномерного распределения тока по параллельным ветвям, шинами постоянного тока (переменного тока) раздельно подключенными индивидуально к каждому плечу и соединенными в одной общей точке на выходе (на входе), что позволяет снизить электромагнитные поля (Фиг. 1), а также снабжен датчиками тока, закрепленными на боковой панели, что позволяет контролировать входной ток по входным шинам, проходящим через них с целью пресечения развития аварийного режима.A power semiconductor converter for a gas turbine locomotive powered by a three-phase alternating current supply via two channels from the generator is proposed, comprising a frame, a rectifying power unit made of two independent three-phase bridge rectifiers located on opposite sides of the frame, with diode blocks in parallel connected in parallel to each arm, forming aggregate vertical air cooling channel and connected by internal AC and DC buses, input current sensors, for monitoring input current. Achievement of the indicated technical results is ensured due to the fact that each arm of a three-phase rectifier is equipped with additional diode blocks connected in parallel, which allow increasing the output power of the converter, DC and AC buses located with the possibility of diagonal inclusion of diode blocks of each of the arms of a three-phase rectifier, which allows to achieve the effect of the uniform distribution of current along parallel branches, DC buses (alternating current) separately Individually connected to each arm and connected at one common point at the output (at the input), which allows to reduce electromagnetic fields (Fig. 1), and is also equipped with current sensors mounted on the side panel, which allows you to control the input current through the input buses passing through them in order to prevent the development of emergency mode.

Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.The claimed technical solution can be recognized as meeting the requirements of novelty, since no analogue has been found, characterized by features identical to all the essential features of the proposed object of protection.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется в железнодорожном транспорте, в частности в газотурбовозах, например в газотурбовозе ГТh1-002.The claimed technical solution meets the requirement of industrial applicability, since it is manufactured and used in railway transport, in particular in gas turbines, for example in the gas turbine locomotive GTh1-002.

Предложенная конструкция предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором представлен предлагаемый силовой полупроводниковый преобразователь, где на Фиг. 2 изображена блок-схема расположения конструктивных элементов в преобразователе.The proposed design of the proposed utility model is illustrated in the drawing, which shows the proposed power semiconductor converter, where in FIG. 2 shows a block diagram of the arrangement of structural elements in the converter.

Компоновка конструктивных элементов, входящих в состав силового полупроводникового преобразователя, выполнена с учетом удобства монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также теплового режима элементов и повышение помехоустойчивости. Силовой полупроводниковый преобразователь (Фиг. 2) содержит каркас 1 выполненный из профильной и листовой стали, силовой выпрямительный блок 2, выполненный из диодных блоков 3, канал воздушного охлаждения 4, токопроводящие шины переменного тока 5, и постоянного тока 6, 7, 8, 9, 10, 11 датчики тока 12.The layout of the structural elements that make up the power semiconductor converter is made taking into account the convenience of installation and maintenance during operation, as well as the thermal regime of the elements and increased noise immunity. The power semiconductor converter (Fig. 2) contains a frame 1 made of profile and sheet steel, a power rectifier unit 2 made of diode blocks 3, an air cooling channel 4, conductive AC buses 5, and DC 6, 7, 8, 9 , 10, 11 current sensors 12.

Выпрямительный силовой блок 2, выполненный из двух, расположенных оппозитно на противоположных сторонах каркаса 1, трехфазных мостовых выпрямителей, с параллельно включенными диодными блоками 3 в каждом плече, установленных горизонтально. Каждый диодный блок 3 содержит таблеточный диод 13, закрепленный между индивидуальными анодным охладителем 14 и катодным охладителем 15, установленными на индивидуальной изоляционной монтажной панели 16.Rectifier power unit 2, made of two, located opposite on opposite sides of the frame 1, three-phase bridge rectifiers, with parallel connected diode blocks 3 in each arm, mounted horizontally. Each diode block 3 contains a tablet diode 13, mounted between the individual anode cooler 14 and the cathode cooler 15 mounted on an individual insulating mounting panel 16.

Разделенные токопроводящие шины переменного тока 5 подключены, соответственно, раздельно к катодам и анодам диодных блоков 3 смежных плеч катодной и анодной групп трехфазного выпрямителя, а затем токопроводящие шины 5 переменного тока объединены в общей точки подключения внешних цепей и расположены параллельно диодным блокам 3. Разделенные токопроводящие катодные шины 6, 8, 10 постоянного тока, расположенные вдоль диодных блоков 3, подключены к катодам диодных блоков 3, трехфазного выпрямителя, и затем соединены общей шиной 17 катодной группы, а разделенные токопроводящие анодные шины 7, 9, 11 расположенные вдаль диодных блоков 3, подключены к анодам диодных блоков 3 трехфазного выпрямителя, и затем соединены общей шиной 18 анодной группы.Separated AC busbars 5 are connected, respectively, separately to the cathodes and anodes of the diode blocks 3 of the adjacent arms of the cathode and anode groups of the three-phase rectifier, and then the AC busbars 5 are combined at a common point of connection of external circuits and are parallel to the diode blocks 3. Separated conductive cathode buses 6, 8, 10 of a direct current located along the diode blocks 3 are connected to the cathodes of the diode blocks 3, a three-phase rectifier, and then connected by a common bus 17 of the cathode groups And separated conductive anode bus 7, 9, 11 disposed away diode units 3 are connected to the anodes of diode units 3 phase rectifier, and then the common bus 18 are connected to the anode group.

Для контроля входного тока токопроводящие шины переменного тока 5 проходят через датчики тока 12 установленные на стеклотекстолитовых панелей 19 прикрепленные в свою очередь к боковой стороне каркаса 1.To control the input current, the conductive busbars 5 pass through current sensors 12 mounted on fiberglass panels 19 attached in turn to the side of the frame 1.

В верхней и нижней части воздушного канала 4 дополнительно установлены дефлекторы 20, которые выравнивают скорость воздушного потока в горизонтальном сечении воздушного канала 4, тем самым обеспечивают равномерное охлаждение всех диодных блоков 3. Охлаждение диодных блоков 3 - воздушное принудительное, направление движение воздуха вертикальное.In the upper and lower part of the air channel 4, deflectors 20 are additionally installed, which equalize the air flow velocity in the horizontal section of the air channel 4, thereby ensuring uniform cooling of all diode blocks 3. Cooling of the diode blocks 3 is forced air, the direction of air movement is vertical.

Расположение плеч и маркировка диодов указана на табличках 21, которые устанавливаются на боковой стороне каркаса 1.The location of the shoulders and the marking of the diodes is indicated on the plates 21, which are installed on the side of the frame 1.

Принцип работы заявленного силового полупроводникового преобразователя заключается в преобразовании трехфазного переменного напряжения частотой 30-100 Гц в постоянное напряжение для питания тяговых двигателей газотурбовоза, в свою очередь преобразователь монтируется в высоковольтной камере газотурбовоза, шины переменного тока соединяются с генератором газотурбовоза, шины постоянного тока соединяют с тяговыми двигателями газотурбовоза.The principle of operation of the claimed power semiconductor converter is to convert a three-phase alternating voltage of 30-100 Hz to a constant voltage to power the gas turbine engine traction engines, in turn the converter is mounted in the high-voltage chamber of the gas turbine engine, the alternating current buses are connected to the gas turbine generator, the DC buses are connected to the traction gas turbine engine.

Источник информации:The source of information:

1. Пассажирский тепловоз ТЭП70 / В.Г. Быков, В.И. Морошкин, Г.Е. Серделевич, Ю.В. Хлебников, В.М. Ширяев. М.: Транспорт, 1976. С. 185-188.1. Passenger diesel locomotive TEP70 / V.G. Bykov, V.I. Moroshkin, G.E. Serdelevich, Yu.V. Khlebnikov, V.M. Shiryaev. M .: Transport, 1976.P. 185-188.

2. Преобразователь В-ТППД-6,3к-1к-У22. Converter V-TPPD-6,3k-1k-U2

Технические условия ТУ 16-95 ИЖРФ.435514.018 ТУSpecifications TU 16-95 IZHRF.435514.018 TU

3. Преобразователь В-ТППД-11к-500-М-У23. Converter V-TPPD-11k-500-M-U2

Технические условия ТУ 16-2008 ИЕАЛ.435514.027 ТУSpecifications TU 16-2008 IEAL.435514.027 TU

Claims

A power semiconductor converter for gas turbine traction engines powered by a three-phase alternating current generator, containing a metal frame and two independent three-phase bridge rectifiers with parallel connected diode blocks in each arm, while the diode blocks are connected to alternating current and direct current buses, characterized in that it is equipped with current sensors installed on the input lines of each three-phase bridge, while the diode blocks are installed on fiberglass panels, which they are not fastened with the formation of a vertical air cooling channel of the diode blocks and placed in a metal frame, the diode blocks being connected by a copper bus to ensure the diagonal inclusion of the said blocks of each arm, and the DC buses are connected separately to the anode and cathode groups of each diode block.