RU2342260C1

RU2342260C1 - Power semi-conductor converter for diesel locomotive with three-phase ac supply from synchronous diesel-generator with system of vertical air cooling

Info

Publication number: RU2342260C1
Application number: RU2007141390/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Иванов (RU); Александр Сергеевич Иванов; Николай Иванович Мишин (RU); Николай Иванович Мишин; Сергей Анатольевич Варламов (RU); Сергей Анатольевич Варламов; Наталь Николаевна Колгина (RU); Наталья Николаевна Колгина; Тамара Васильевна Алехина (RU); Тамара Васильевна Алехина
Original assignee: Открытое акционерное общество "РИФ"
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: transportation; electricity.

SUBSTANCE: device contains carcass with detachable front and back shields, left and right side walls with sockets for connection of inlet control circuits. Along air flow direction, groups of power semi-conductor thyristor modular units are installed, assembled into six three-phase bridges with creation of six channels for electric energy conversion, which are connected to internal buses of three-phase AC and buses of every channel rectified current. Units for control of voltage supply to thyristor modular units of six conversion channels are connected to elements of current protection in every channel. Converter is equipped with chamber for location of mentioned control units and second electric insulating chamber for location of power thyristor units.

EFFECT: higher efficiency of device units cooling and higher reliability of operation.

10 dwg

Description

Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к силовым полупроводниковым преобразователям для тепловоза с питанием трехфазным переменным током от синхронного дизель-генератора с системой вертикального воздушного охлаждения. Заявляемое устройство предназначено для преобразования трехфазного нестабильного переменного напряжения дизель-генератора в шесть независимо регулируемых постоянных напряжений, применяемых для раздельного питания тяговых электродвигателей постоянного тока.The invention relates to a power semiconductor converting technique, in particular to power semiconductor converters for a locomotive powered by a three-phase alternating current from a synchronous diesel generator with a vertical air cooling system. The inventive device is designed to convert a three-phase unstable alternating voltage of a diesel generator into six independently adjustable constant voltages used for separate power supply of traction DC motors.

При создании конструкции заявляемого устройства ставились задачи, связанные с модернизацией электрооборудования тепловоза, в связи с чем разработанное техническое решение должно обладатьWhen creating the design of the claimed device, tasks were set related to the modernization of the electric equipment of the diesel locomotive, and therefore the developed technical solution should have

оптимальной компактностью и простотой конструкции с жесткими ограничениями по массе и габаритам, соответствующим месту размещения в специальном высоковольтном отсеке локомотива;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;

максимально рациональным расположением блоков устройства с обеспечением удобства их обслуживания;the most rational arrangement of device blocks with the convenience of their maintenance;

конструктивной обеспеченностью возможности проведения агрегатного ремонта устройства за счет модульности блоков;constructive security of the possibility of aggregate repair of 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 электроизолирующих конструкций с обеспечением высокой степени безаварийности при эксплуатации и повышение пожаробезопасности устройства;improving the reliability of electrical insulating structures with a high degree of accident-free operation and increasing the fire safety of the device;

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

Основной решаемой технической задачей ставилось обеспечение уменьшения высоты устройства при сохранении размеров ширины и глубины с одновременным обеспечением интенсификации воздушного охлаждения всех блоков устройства и повышением надежности его эксплуатации, снижением пожароопасности.The main technical task to be solved was to ensure a reduction in the height of the device while maintaining the dimensions of width and depth while ensuring intensification of air cooling of all units of the device and increasing the reliability of its operation, reducing fire hazard.

В настоящее время известны различные конструкции статических преобразовательных устройств.Currently, various designs of static converters are known.

Так, известен по патенту РФ №2017270 статический преобразователь, содержащий шкаф с передней и задней дверями и находящиеся в нем силовые блоки тиристоров, инвертора, компенсатора, сглаживающие реакторы инвертора и обратного выпрямителя, компенсирующий реактор, силовой трансформатор, блок автоматического управления. В этом изобретении ставилась задача упрощения конструкции с одновременным уменьшением материалоемкости и повышением удобства обслуживания. Решение этой задачи осуществлялось только за счет изменения внутреннего расположения блоков, исключения лишних электрических связей элементов, исключения лишних механических деталей, например вращающейся рамы.Thus, a static converter is known according to RF patent No. 2017770, comprising a cabinet with front and rear doors and the power units of thyristors, inverter, compensator, smoothing reactors of the inverter and reverse rectifier, compensating reactor, power transformer, and automatic control unit. In this invention, the task was to simplify the design while reducing material consumption and increasing ease of maintenance. The solution to this problem was carried out only by changing the internal arrangement of the blocks, eliminating unnecessary electrical connections of the elements, eliminating unnecessary mechanical parts, such as a rotating frame.

Недостатками этой известной конструкции являются большие габаритные размеры и вес, отсутствие компактности, недостаточная надежность в эксплуатации из-за неэффективности воздушного охлаждения узлов конструкции.The disadvantages of this known design are the large overall dimensions and weight, lack of compactness, insufficient reliability in operation due to the inefficiency of air cooling of the structural units.

Известны технические решения, в которых решают задачу повышения эффективности охлаждения. Так, из описания изобретения к авторскому свидетельству СССР №1677747 известна конструкция силового полупроводникового преобразователя для скоростных электровозов, содержащая кожух, две боковые стенки которого выполнены открывающимися, основной групповой охладитель с размещенными на нем силовыми тиристорами и дополнительный охладитель с остальными функциональными элементами, воздухозаборное устройство, состоящее из каналов, соединенных с кожухом, и закрылков.Known technical solutions in which they solve the problem of increasing the cooling efficiency. So, from the description of the invention to USSR author's certificate No. 1677747, a power semiconductor converter design for high-speed electric locomotives is known, comprising a casing, two side walls of which are made opening, a main group cooler with power thyristors placed on it and an additional cooler with other functional elements, an air intake device, consisting of channels connected to the casing and flaps.

Равномерное охлаждение внутреннего объема этого известного преобразователя получают за счет открывающихся боковых стенок, обеспечивающих свободный доступ к силовым тиристорам и другому электрооборудованию. Недостатками этой конструкции преобразователя являются высокая степень пожароопасности (за счет открытых стенок), отсутствие компактности и возможности для размещения преобразователя в специальном отсеке локомотива с жестко ограниченными размерами.Uniform cooling of the internal volume of this known converter is obtained due to the opening side walls, providing free access to power thyristors and other electrical equipment. The disadvantages of this converter design are a high degree of fire hazard (due to open walls), lack of compactness and the ability to place the converter in a special compartment of a locomotive with strictly limited dimensions.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является полупроводниковый реверсивный преобразователь с системой естественного воздушного охлаждения, содержащий металлический шкаф, стенки которого выполнены перфорированными, между которыми установлены групповые охладители, на которых размещены полупроводниковые приборы с индивидуальными охладителями.The closest in technical essence to the claimed invention is a semiconductor reversing converter with a natural air cooling system, comprising a metal cabinet, the walls of which are perforated, between which group coolers are installed, on which semiconductor devices with individual coolers are placed.

Недостатки этого устройства следующие. Конструкция преобразователя не обладает достаточно эффективной системой воздухоохлаждения из-за нерационального расположения блоков устройства. Устройство не является достаточно компактным, из-за чего его невозможно разместить в специальном отсеке локомотива. Устройство не обладает достаточной степенью надежности и пожаробезопасности.The disadvantages of this device are as follows. The design of the converter does not have a sufficiently effective air cooling system due to the irrational arrangement of the device blocks. The device is not compact enough, because of which it cannot be placed in a special compartment of the locomotive. The device does not have a sufficient degree of reliability and fire safety.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в создании оригинального силового полупроводникового преобразователя для тепловоза с питанием переменным током от синхронного дизель-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 электроизоляции, удобством монтажа и демонтажа устройства за счет модульности конструкции, повышенной пожаростойкостью за счет 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 locomotive powered by alternating current from a synchronous diesel generator with a vertical air cooling system, which differs from the known ones in a high degree of modernization, compactness with strictly limited dimensions at the location in high-voltage chamber of the locomotive, increased reliability due to the improved design of electrical insulation, ease of installation and de ontazha device due to the modular design, increased fire resistance due to increased efficiency of air cooling all unit blocks.

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, гарантирующее недоступность к устройству посторонних лиц;- ensuring constructive compactness and the best possible use of the internal volume for placing the inventive device in the high-voltage chamber of locomotives, which guarantees unavailability of unauthorized persons to the device;

- 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 за счет конструктивного усиления электроизоляции;- increase the degree of fire safety due to the structural reinforcement of electrical insulation;

- повышение качественных характеристик выходного напряжения за счет повышения эффективности системы воздушного охлаждения всех блоков устройства;- improving the quality characteristics of the output voltage by increasing the efficiency of the air cooling system of all units of the device;

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

Предлагается силовой полупроводниковый преобразователь для тепловоза с питанием трехфазным переменным током от синхронного дизель-генератора с системой вертикального воздушного охлаждения, содержащий каркас со съемными передним и задним щитами, левой боковой стенкой и правой боковой стенкой для подключения входных цепей управления, установленные между ними вдоль направления воздушного потока группы силовых полупроводниковых тиристорных модульных блоков, собранных в шесть трехфазных электрических тиристорных мостов с образованием первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого каналов преобразования электрической энергии, соединенных с внутренними фазными токопроводящими шинами трехфазного переменного тока и шинами выпрямленного тока каждого канала преобразования, и блоки управления каналами преобразования с элементами токовой защиты каждого канала, трансформаторы синхронизации каждого канала, панель с предохранителями.A power semiconductor converter for a locomotive powered by a three-phase alternating current from a synchronous diesel generator with a vertical air cooling system is proposed, comprising a frame with removable front and rear shields, a left side wall and a right side wall for connecting input control circuits installed between them along the air direction a stream of a group of power semiconductor thyristor modular units assembled into six three-phase electric thyristor bridges to form m of the first, second, third, fourth, fifth and sixth channels of electric energy conversion connected to internal phase conductive busbars of three-phase alternating current and rectified current buses of each conversion channel, and control channels of conversion channels with current protection elements of each channel, synchronization transformers of each channel panel with fuses.

Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что устройство снабжено первой камерой для размещения блоков управления каналами преобразования, второй защитной электроизолирующей камерой для силовых полупроводниковых модульных блоков и держателем трансформаторов синхронизации, причем первая упомянутая камера выполнена в виде расположенного перед правой боковой стенкой внутреннего бокового отсека, ограниченного боковым оконным проемом и закрепленными в нем с внутренней стороны П-образными кронштейнами, например тремя П-образными кронштейнами, на которых закреплена электроизолирующая панель с установленными на ней упомянутыми блоками управления каналами преобразования, поверх которой устанавливают стеклотекстолитовую крышку, совмещенную с поверхностью боковой стенки, а вторая упомянутая камера выполнена в виде последовательно примыкающих друг к другу первого, второго и третьего шлюзов, в каждом из которых размещены разомкнутые в центре две оппозитные переборки, разделяющие шлюз на четыре смежных отсека, а в каждом отсеке размещены стопки силовых полупроводниковых тиристорных модульных блоков, каждый из которых скреплен индивидуальными монтажными панелями с вертикальными стенками шлюза с возможностью образования в центре каждого шлюза инжекторного воздуховода, причем в первом шлюзе оппозитно размещены первый и четвертый каналы преобразования электрической энергии, во втором шлюзе оппозитно размещены второй и пятый каналы преобразования электрической энергии, а в третьем шлюзе оппозитно размещены третий и шестой каналы преобразования электрической энергии, а размещенные в упомянутых шлюзах инжекторные воздуховоды образуют инжекционную систему воздушного охлаждения, при этом вторая упомянутая камера установлена на дополнительные монтажные элементы в виде двух лонжеронов, установленных в нижней части каркаса по обе стороны от ее центральной оси, а панель с предохранителями выполнена из двух симметричных частей, каждая из которых закреплена на лонжероне под соответствующим держателем трансформаторов синхронизации.The achievement of these technical results is achieved due to the fact that the device is equipped with a first camera for accommodating the control channels of the conversion channels, a second protective electrical insulating chamber for power semiconductor modular units and a holder for synchronization transformers, the first mentioned camera being made in the form of an internal side compartment located in front of the right side wall bounded by a side window opening and U-shaped brackets fixed in it from the inside for example, three U-shaped brackets, on which an electrically insulating panel is mounted with the said control channels of the conversion channels installed on it, on top of which a fiberglass cover is installed, combined with the surface of the side wall, and the second camera is made in the form of successively adjacent first, second and the third locks, in each of which two opposite bulkheads are opened open in the center, dividing the lock into four adjacent compartments, and in each compartment there is stacks of power semiconductor thyristor modular units, each of which is fastened by individual mounting panels with vertical walls of the gateway with the possibility of forming an injector duct in the center of each gateway, the first and fourth channels for converting electrical energy in the first gateway, the second and fifth channels in the second gateway electric energy conversion channels, and in the third gateway, the third and sixth electric energy conversion channels, and the injection ducts located in the said gateways form an injection air cooling system, while the second chamber is mounted on additional mounting elements in the form of two spars installed in the lower part of the frame on both sides of its central axis, and the fuse panel is made of two symmetrical parts , each of which is mounted on the spar under the corresponding holder of synchronization transformers.

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.

Техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.The technical solution can be recognized as having an inventive step, since it does not explicitly follow from the prior art for a specialist.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется в железнодорожном транспорте, в частности в пассажирском и грузовом тепловозах, например в тепловозе ТЭП7БС-001.The claimed technical solution meets the requirement of industrial applicability, since it is manufactured and used in railway transport, in particular in passenger and freight diesel locomotives, for example, in the TEP7BS-001 diesel locomotive.

Сущность заявляемого устройства пояснена следующими чертежами:The essence of the claimed device is illustrated by the following drawings:

фиг.1 - силовой полупроводниковый преобразователь для тепловоза с питанием трехфазным переменным током от синхронного дизель-генератора с системой вертикального воздушного охлаждения; вид спереди;figure 1 - power semiconductor converter for a diesel locomotive powered by a three-phase alternating current from a synchronous diesel generator with a vertical air cooling system; front view;

фиг.2 - то же, вид спереди с условно снятым передним щитом;figure 2 is the same, front view with conventionally removed front shield;

фиг.3 - то же, вид сзади;figure 3 is the same, rear view;

фиг.4 - то же, вид сзади с условно снятым задним щитом;figure 4 is the same, rear view with conventionally removed back shield;

фиг.5 - то же, вид сверху с расположением условно обозначенных тиристорных модульных блоков 8 во второй защитной электроизолирующей камере 22;5 is the same, a top view with the location of conventionally marked thyristor modular units 8 in the second protective electrical insulating chamber 22;

фиг.6 - то же, вид сверху реализованного технического изделия;6 is the same, a top view of the implemented technical product;

фиг.7 - то же, вид А - вид на размещенную на правой боковой стенке устройства первой камеры 21;7 is the same, view A is a view of the first camera 21 located on the right side wall of the device;

фиг.8 - то же, вид А - со снятой панелью 27;Fig. 8 is the same, view A - with the panel 27 removed;

фиг.9 - силовой преобразователь 1 с размещенной в нем защитной электроизолирующей камерой 22, вид спереди;Fig. 9 is a power converter 1 with a protective electrical insulating chamber 22 disposed therein, front view;

фиг.10 - силовой полупроводниковый тиристорный модульный блок.figure 10 - power semiconductor thyristor modular unit.

Заявляемый силовой полупроводниковый преобразователь для тепловоза с питанием трехфазным переменным током от синхронного дизель-генератора с системой вертикального воздушного охлаждения (далее - силовой преобразователь 1, см. фиг.1-4) представляет собой шкаф закрытого исполнения с двусторонним обслуживанием и содержит каркас 2 (фиг.1, 2, 3, 4) со съемными передним и задним щитами 3 и 4, левой боковой стенкой 11 и правой боковой стенкой 6 с разъемами 7 для подключения входных цепей управления. Силовой преобразователь 1 также содержит установленные вдоль направления воздушного потока группы силовых полупроводниковых тиристорных модульных блоков 8 (фиг.2, 4). Каждый силовой полупроводниковый тиристорный модульный блок 8 (далее - тиристорный модульный блок 8) содержит (см. фиг.10) таблеточный тиристор 9, например тиристор Т 453-800-36-83-2,2 - УЧЛ2 (ТУ 3417-003-41687291-97), закрепленный между индивидуальными анодным и катодным охладителями 10, установленными на индивидуальной изоляционной монтажной панели 12, на свободной стороне которой размещена плата 13 формирования импульсов управления силовым тиристором 9.The inventive power semiconductor converter for a locomotive powered by a three-phase alternating current from a synchronous diesel generator with a vertical air cooling system (hereinafter referred to as a power converter 1, see Figs. 1-4) is a closed cabinet with two-sided maintenance and comprises a frame 2 (Fig. .1, 2, 3, 4) with removable front and rear shields 3 and 4, the left side wall 11 and the right side wall 6 with connectors 7 for connecting input control circuits. The power Converter 1 also contains installed along the air flow direction of the group of power semiconductor thyristor modular units 8 (Fig.2, 4). Each power semiconductor thyristor module block 8 (hereinafter referred to as thyristor module block 8) contains (see FIG. 10) a tablet thyristor 9, for example, thyristor T 453-800-36-83-2,2 - УЧЛ2 (ТУ 3417-003-41687291 -97), mounted between individual anode and cathode coolers 10 mounted on an individual insulating mounting panel 12, on the free side of which there is a board 13 for generating pulses for controlling power thyristor 9.

Группы тиристорных модульных блоков 8 собраны в шесть трехфазных электрических тиристорных мостов с преобразованием первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого каналов преобразования электрической энергии (см. фиг.2 и 4 - позиции I, II, III, IV, V, VI), соединенных с внутренними фазными шинами трехфазного переменного тока (фиг.1 и 3 - поз.14 (шины A1, B1, С1 и позиции 15 - шины А2, В2, С2) и шестью (см. фиг.1,3 - позиция 16) шинами выпрямленного тока каждого канала преобразования. Силовой преобразователь 1 включает также блоки управления 17 упомянутыми каналами преобразования с элементами токовой защиты каждого канала (например, с датчиком напряжения типа LEM с панелями токоограничивающих резисторов А 17, контролирующими выходные напряжения каналов), трансформаторы 18 синхронизации каждого канала, панель 19 с предохранителями 20. Блоки 17 выполняют функцию подачи управляемого питающего напряжения к тиристорным модульным блокам 8 каждого из шести каналов преобразования. Силовой преобразователь 1 снабжен первой камерой 21 для размещения блоков 17 управления каналами преобразования, второй защитной электроизолирующей камерой 22 для силовых полупроводниковых модульных блоков 8, а также держателем 23 трансформаторов синхронизации.Groups of thyristor modular units 8 are assembled into six three-phase electric thyristor bridges with the conversion of the first, second, third, fourth, fifth and sixth channels of electric energy conversion (see figures 2 and 4 - positions I, II, III, IV, V, VI ) connected to the internal phase buses of three-phase alternating current (Fig. 1 and 3 - item 14 (bus A1, B1, C1 and position 15 - bus A2, B2, C2) and six (see Fig. 1.3 - position 16) rectified current buses of each conversion channel. Power converter 1 also includes control units 17 of said channels conversion lams with current protection elements of each channel (for example, with a voltage sensor of the LEM type with panels of current-limiting resistors A 17 that control the output voltages of the channels), synchronization transformers 18 of each channel, panel 19 with fuses 20. Blocks 17 perform the function of supplying a controlled supply voltage to thyristor modular blocks 8 of each of the six conversion channels. Power converter 1 is equipped with a first camera 21 for accommodating blocks of control of the conversion channels 17, the second protective an electrically insulating second chamber 22 for the power semiconductor module blocks 8, 23 and holder synchronization transformers.

Первая камера 21 выполнена в виде расположенного перед правой боковой стенкой 6 внутреннего бокового отсека 24, ограниченного боковым оконным проемом 25 и закрепленными в нем с внутренней стороны П-образными кронштейнами 26, например тремя кронштейнами 26, на которых закреплена электроизолирующая панель 27 с установленными на ней блоками 17 управления. Поверх панели 27 устанавливают стеклотекстолитовую крышку 28, совмещенную с поверхностью боковой стенки 6.The first chamber 21 is made in the form of an inner side compartment 24 located in front of the right side wall 6, bounded by a side window opening 25 and U-shaped brackets 26 fixed therein, for example, three brackets 26 on which an electrically insulating panel 27 is mounted with it mounted control units 17. On top of the panel 27 install fiberglass cover 28, combined with the surface of the side wall 6.

Вторая упомянутая камера 22 выполнена (см. фиг 9) в виде последовательно примыкающих друг к другу первого, второго и третьего шлюзов 29, в каждом из которых размещены разомкнутые в центре переборки 30, разделяющие шлюз 29 на четыре смежных отсека 31, а в каждом отсеке 31 размещены стопки 32 силовых полупроводниковых тиристорных модульных блоков 8, каждый из которых скреплен индивидуальными монтажными панелями с вертикальными стенками шлюза 29 с возможностью образования в центре каждого шлюза инжекторного воздуховода 33, причем в первом шлюзе 29 оппозитно размещены первый и четвертый каналы преобразования электрической энергии, во втором шлюзе оппозитно размещены второй и пятый каналы преобразования электрической энергии, а в третьем шлюзе оппозитно размещены третий и шестой каналы преобразования электрической энергии, а размещенные в упомянутых шлюзах инжекторные воздуховоды 33 образуют инжекционную систему воздушного охлаждения (фиг 2, 4). Вторая камера 22 установлена на дополнительные монтажные элементы, выполненные в виде лонжеронов 35, установленных в нижней части каркаса по обе стороны от центральной геометрической плоскости, параллельной переднему и заднему щитам. Держатель 23 трансформаторов 18 синхронизации выполнен в виде двух горизонтальных изоляционных панелей 34, установленных под второй защитной электроизоляционной камерой 22 по обе стороны от ее центральной оси. Панель 19 с предохранителями 20 выполнена из двух симметричных частей, каждая из которых закреплена на лонжероне 35 под соответствующим держателем 23 трансформаторов 18 синхронизации.The second said chamber 22 is made (see Fig. 9) in the form of first, second and third gateways 29 sequentially adjacent to each other, each of which has open bulkheads 30 in the center, dividing the gateway 29 into four adjacent compartments 31, and in each compartment 31, stacks of 32 power semiconductor thyristor modular units 8 are placed, each of which is fastened by individual mounting panels with vertical walls of the gateway 29 with the possibility of forming an injector duct 33 in the center of each gateway, and in the first gateway 29 opposite the first and fourth channels for converting electric energy are located, the second and fifth channels for converting electric energy are opposite in the second gateway, and the third and sixth channels for converting electric energy are in the third gateway, and the injection ducts 33 located in the airlocks form an air-cooled injection system (Figs. 2, 4). The second chamber 22 is mounted on additional mounting elements made in the form of spars 35 installed in the lower part of the frame on both sides of the central geometric plane parallel to the front and rear shields. The holder 23 of the synchronization transformers 18 is made in the form of two horizontal insulation panels 34 mounted under the second protective electrical insulation chamber 22 on both sides of its central axis. Panel 19 with fuses 20 is made of two symmetrical parts, each of which is mounted on the spar 35 under the corresponding holder 23 of the transformers 18 synchronization.

В силовом преобразователе 1 также размещены шесть блоков развязывающих трансформаторов 36, а на боковой стенке каркаса 2 размещены шесть разъемов ХР1 - ХР6 для подсоединения цепей управления преобразователя, клеммный блок цепи защитной блокировки и подвода нулевых проводов питающей цепи сети для трансформаторов синхронизации.In the power converter 1, six isolation transformer units 36 are also located, and on the side wall of the frame 2 there are six connectors ХР1 - ХР6 for connecting the control circuits of the converter, the terminal block of the protective interlock circuit and the supply of zero wires to the network supply circuit for synchronization transformers.

Для подвода цепей питания преобразователя от дизель-генератора и к тяговым двигателям шести каналов преобразования электрической энергии в нижней части каркаса 2 шкафа, с двух его сторон, организованы подсоединительные медные шины 16 (фиг.1, 3).To supply the converter power circuits from the diesel generator and to the traction motors of the six electric energy conversion channels in the lower part of the cabinet frame 2, on its two sides, copper connecting buses 16 are arranged (Figs. 1, 3).

Питание силового преобразователя 1 осуществляют от синхронного генератора с двумя статорными обмотками, соединенными в две независимые звезды, напряжения на которых сдвинуты на 30 электрических градусов. Три первых автономно управляемых канала преобразователя получают питание от первой звезды генератора, а три следующих канала - от второй звезды генератора (не показаны).The power converter 1 is powered from a synchronous generator with two stator windings connected to two independent stars, the voltages of which are shifted by 30 electrical degrees. The first three autonomously controlled converter channels receive power from the first generator star, and the next three channels from the second generator star (not shown).

Работа заявляемого устройства заключается в следующем.The operation of the claimed device is as follows.

Силовой шкаф преобразователя 1 устанавливают на посадочные места в специальном отсеке дизельного помещения тепловоза, к болтам заземления подключают заземляющий проводник. Производят монтаж силовых цепей, а также цепей управления и контроля преобразователя в соответствии с прилагаемой электрической схемой. Кабели питания к преобразователю 1 подводят снизу, с двух сторон, разделяют их фазные провода и подсоединяют болтовыми соединениями к соответствующим выводным шинам силового шкафа. Аналогично к выводным шинам постоянного тока подключают кабели питания тяговых двигателей.The power cabinet of the converter 1 is installed on seats in a special compartment of the diesel locomotive of the diesel locomotive, a ground conductor is connected to the ground bolts. Install power circuits, as well as control and control circuits of the converter in accordance with the attached electrical circuit. The power cables to the converter 1 are led from below, from two sides, they are separated by phase wires and bolted to the corresponding output busbars of the power cabinet. Similarly, power cables of traction motors are connected to the DC output busbars.

Подают напряжения питания на входные шины 14 и 15 трехфазного переменного тока силового преобразователя 1. Эти напряжения (т.е. поступившие от дизель-генератора два трехфазных нестабильных переменных напряжения частотой 25...155 Гц, сдвинутых между собой по фазе на тридцать электрических градусов и образующих шестифазную систему напряжений) подают на входы шести развязывающих трансформаторов 36. Трансформированные напряжения, гальванически развязанные и пониженные по величине в 6,3 раза, подают в каналы преобразования электрической энергии в шесть трехфазных электрических тиристорных мостов, составленных из силовых полупроводниковых тиристорных модульных блоков 8. Упомянутые модульные блоки тиристорных мостов шести каналов преобразования обеспечивают выпрямление трехфазных переменных напряжений в постоянные независимо регулируемые выходные напряжения с наложенной пульсацией шестикратной частоты. Независимое регулирования выходных напряжений постоянного тока каждого канала осуществляют с внешнего устройства управления тепловоза, подающего управляющие импульсы на платы 13 формирования импульсов управления (платы ФВИ 13) силовым тиристором 9 через разъемные клеммники шести каналов. Высокочастотное переменное напряжение питания частотой 25 кГц, амплитудой 25 В подается к плате ФВИ 13 через обмотки потенциально развязывающих трансформаторов 36. Фазовый угол управления тиристорами изменяется в зависимости от управляющего сигнала, поступающего от системы управления.The voltage is supplied to the input buses 14 and 15 of the three-phase alternating current of the power converter 1. These voltages (i.e., two three-phase unstable alternating voltages from 25 ... 155 Hz received from the diesel generator are phase shifted by thirty electrical degrees and forming a six-phase voltage system) is fed to the inputs of six decoupling transformers 36. Transformed voltages, galvanically isolated and reduced 6.3 times in magnitude, are fed into the channels for converting electrical energy into six three-phase electric thyristor bridges composed of power semiconductor thyristor module blocks 8. The above-mentioned modular blocks of thyristor bridges of six conversion channels provide rectification of three-phase alternating voltages into constant independently adjustable output voltages with superimposed ripple of six-fold frequency. Independent control of the output DC voltage of each channel is carried out from an external control device of the diesel locomotive, which supplies control pulses to the control pulse generation boards 13 (FVI boards 13) by the power thyristor 9 through the six-channel split terminal blocks. A high-frequency alternating voltage of 25 kHz, 25 V amplitude is supplied to the FVI 13 through the windings of potential isolation transformers 36. The phase angle of thyristor control varies depending on the control signal from the control system.

Блоки 17 управления подачей напряжения к тиристорным модульным блокам 8, включающие трансформаторы 18 синхронизации и датчики напряжения типа LEM с панелями токоограничивающих резисторов, являются частью фазоимпульсного независимого регулирования выходных напряжений постоянного тока каждого канала преобразователя и защиты его в аварийных режимах работы.The control units 17 for supplying voltage to the thyristor modular units 8, including synchronization transformers 18 and voltage sensors of the LEM type with panels of current-limiting resistors, are part of the phase-phase independent regulation of the DC output voltage of each channel of the converter and its protection in emergency operation.

Предохранители 29 в цепях питания шести каналов преобразования обеспечивают токовую защиту преобразователя 1 в аварийных и перегрузочных режимах работы.Fuses 29 in the power circuits of the six conversion channels provide current protection of the Converter 1 in emergency and overload operating modes.

Заявляемая конструкция силового полупроводникового преобразователя для тепловоза обладает следующими техническими преимуществами по сравнению с известными конструкциями:The inventive design of a power semiconductor converter for a diesel locomotive has the following technical advantages compared with known designs:

- оптимальной компактностью с жесткими ограничениями по габаритам (особенно жесткие ограничения по отношению к высоте), соответствующим месту размещения в специальном высоковольтном отсеке тепловоза;- optimal compactness with severe restrictions on dimensions (especially severe restrictions on height), corresponding to the location in a special high-voltage compartment of the locomotive;

- повышением эффективности воздушного охлаждения направленными потоками воздуха, организованными новой конструкцией охлаждения - инжекционной системой воздушного охлаждения, образованной инжекторными воздуховодами во второй электроизолирующей камере, а также за счет конструктивного обеспечения лучшего охлаждения блоков благодаря предлагаемому расположению в них модульных блоков;- increasing the efficiency of air cooling by directed air flows organized by a new cooling structure - an air cooling injection system formed by injection ducts in a second electrically insulating chamber, as well as by constructively providing better cooling of the blocks due to the proposed arrangement of modular blocks in them;

- повышением надежности и пожаростойкости за счет увеличения степени электроизоляции благодаря оригинальной конструкции блока защитной электроизолирующей второй камеры для размещения силовых полупроводниковых тиристорных модульных блоков;- increased reliability and fire resistance by increasing the degree of electrical insulation due to the original design of the protective block of the insulating second chamber to accommodate power semiconductor thyristor modular units;

- конструктивной обеспеченностью возможности проведения агрегатного ремонта устройства за счет модульности блоков преобразователя;- constructive security of the possibility of aggregate repair of the device due to the modularity of the converter blocks;

- повышением эргономических свойств устройства за счет оптимально-рационального расположения блоков с обеспечением удобства их обслуживания и быстрой сборки/разборки;- improving the ergonomic properties of the device due to the optimal rational arrangement of the blocks with the convenience of their maintenance and quick assembly / disassembly;

- обеспечением способности к легкой и оптимально недорогой модернизации преобразователя.- providing the ability to easily and optimally inexpensively upgrade the converter.

При этом изобретение обеспечивает следующие технико-экономические результаты:Moreover, the invention provides the following technical and economic results:

- улучшение технических и эксплуатационных характеристик заявляемого устройства; обеспечение конструктивной компактности и оптимально возможного использования внутреннего объема для размещения заявляемого устройства в высоковольтной камере локомотивов, гарантирующее недоступность к устройству посторонних лиц;- improving the technical and operational characteristics of the claimed device; ensuring constructive compactness and the best possible use of the internal volume for placing the inventive device in the high-voltage chamber of locomotives, which guarantees unavailability of unauthorized persons to the device;

Claims

Power semiconductor converter for a locomotive powered by a three-phase alternating current from a synchronous diesel generator with a vertical air cooling system, comprising a frame with removable front and rear shields, a left side wall and a right side wall with connectors for connecting input control circuits installed between them along the direction air flow of a group of power semiconductor thyristor modular units assembled into six three-phase electric thyristor bridges with the formation m of the first, second, third, fourth, fifth and sixth channels of electric energy conversion connected to internal phase conductive buses of a three-phase alternating current and rectified current buses of each conversion channel, control channels of conversion channels with protection elements of each channel, synchronization transformers of each channel, panel with fuses, characterized in that it is provided with a first chamber for accommodating said control units, a second protective electrical insulating chamber For power semiconductor thyristor modular units and a holder for synchronization transformers, the first mentioned chamber made in the form of an internal side compartment located in front of the right side wall, bounded by a side window opening and U-shaped brackets fixed on the inside, for example, three brackets on which an electrically insulating panel with the mentioned control units installed on it is fixed, on top of which a fiberglass cover is installed, combined with the surface of the side wall, and the second chamber mentioned is made in the form of first, second and third locks successively adjoining each other, each of which has two opposite bulkheads open in the center, dividing the lock into four adjacent compartments, and stacks of power are placed in each compartment semiconductor thyristor modular units, each of which is fastened by individual mounting panels with vertical walls of the airlock with the possibility of forming an injection duct in the center of each airlock, in the first gateway, the first and fourth channels for converting electric energy are placed in the opposite gateway, in the second gateway the second and fifth channels for converting electric energy are placed in the third gateway, the third and sixth channels for converting electric energy are placed in the third gateway, and the injection ducts located in the said gateways form injection air cooling system, while the second mentioned chamber is mounted on additional mounting elements in the form of two spars installed in the lower the first part of the frame on both sides of the central geometric plane parallel to the front and rear shields, and the holder of the synchronization transformers is made in the form of two insulating panels installed under the second protective insulating chamber on both sides of its central axis, and the fused panel is made of two symmetrical parts, each of which is mounted on the spar under the corresponding holder of synchronization transformers.