RU68183U1

RU68183U1 - POWERFUL THREE PHASE RECTIFIER BRIDGE

Info

Publication number: RU68183U1
Application number: RU2007108311/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Леонидович Корольков; Леонид Валериевич Корольков
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2007-11-10

Abstract

Мощный трехфазный выпрямительный мост предназначен для питания устройств электролиза в цветной металлургии. В каждой фазе моста установлены таблеточные полупроводниковые вентили. Вентили соединены между собой согласно и последовательно через шинопровод переменного тока. Крайние одноименные полюса таблеточных полупроводниковых вентилей соединены общими разноименными шинопроводами. По обеим сторонам вентилей установлены охладители. Охладители, обеспечивая теплоотвод, повышают номинальный ток вентиля и мощность выпрямительного моста. Вентили с охладителями и общими разноименными шинопроводами стянуты в осевом направлении с помощью изолированных шпилек. Одни концы шпилек жестко закреплены в основании, а другие концы соединены между собой попарно упругой перемычкой. Такая стяжка элементов делает конструкцию выпрямительного моста прочной и надежной. Для исключения аварий в цепях шинопроводов постоянного тока установлены взрывные предохранители. Взрывные предохранители соединены со схемой управления. При наличии аварийной ситуации сигнал на схему управления поступает от датчиков аварийной ситуации, установленных в силовых цепях постоянного тока каждого вентиля. Схема управления подает электрический импульс на заряд взрывчатого вещества взрывного предохранителя. Происходит взрыв заряда, который образует во взрывном предохранителе межконтактный промежуток. Ток прекращается, авария ликвидируется.A powerful three-phase rectifier bridge is designed to power electrolysis devices in non-ferrous metallurgy. In each phase of the bridge, tablet semiconductor valves are installed. The gates are interconnected according to and in series through an alternating current busbar. The extreme poles of the same name semiconductor tablet valves are connected by common unlike busbars. Coolers are installed on both sides of the valves. Coolers, providing heat dissipation, increase the rated current of the valve and the power of the rectifier bridge. Valves with coolers and common unlike busbars are axially tightened with insulated studs. Some ends of the studs are rigidly fixed at the base, and the other ends are interconnected in pairs by an elastic bridge. Such a coupler of elements makes the design of the rectifier bridge strong and reliable. To avoid accidents in the circuits of DC busbars installed explosive fuses. Explosive fuses are connected to the control circuit. In the event of an emergency, the signal to the control circuit comes from emergency sensors installed in the DC power circuits of each valve. The control circuit supplies an electrical impulse to the explosive fuse charge. There is an explosion of charge, which forms an intercontact gap in the explosive fuse. The current stops, the accident is liquidated.

Description

Полезная модель относится к выпрямительной технике и предназначена для преобразования трехфазного тока в постоянный, который используется в цветной металлургии для электролиза, например для питания серии электролизных ванн алюминиевого завода.The utility model relates to a rectifier technique and is designed to convert a three-phase current into direct current, which is used in non-ferrous metallurgy for electrolysis, for example, to power a series of electrolysis baths of an aluminum plant.

Известна конструкция реверсивного преобразовательного блока по авт. свид. СССР №1576940, выполненного на таблеточных тиристорах с охладителями, присоединенными к токопроводящим шинам постоянного тока, причем тиристоры соединены парами и между ними расположены токоведущие шины переменного тока и каждая пара тиристоров с шинопроводами и охладителями скреплены шпильками.A known design of a reversing conversion unit according to ed. testimonial. USSR No. 1576940, made on tablet thyristors with coolers attached to the conductive DC busbars, the thyristors being connected in pairs and between them are live AC busbars and each pair of thyristors with busbars and coolers are fastened with studs.

Недостатком данного блока является низкая надежность работы, и в частности отсутствие защиты как на стороне переменного тока, так и постоянного тока, что приводит к тяжелому аварийному режиму при выходе из строя любого вентиля.The disadvantage of this unit is the low reliability of operation, and in particular the lack of protection both on the side of alternating current and direct current, which leads to severe emergency operation in case of failure of any valve.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является преобразовательный блок по патенту РФ №2107357, МПК H01L 25/03. Этот преобразовательный блок принят за прототип заявляемому устройству.Closest to the claimed utility model is the conversion unit according to the patent of the Russian Federation No. 2107357, IPC H01L 25/03. This conversion unit is adopted as a prototype of the claimed device.

Преобразовательный блок по патенту РФ №2107357 содержит n пар согласно и последовательно соединенных через токовод (шинопровод переменного тока) таблеточных полупроводниковых вентилей с охладителями и с одной токоведущей шиной, соединяющей крайние одноименные полюса пар вентилей. Охладители присоединены к противоположным полюсам пар полупроводниковых вентилей. Несущая конструкция образована токоведущими шинами и сплошными металлическими водоводами, соединяющими охладители, которые вместе с вентилями сблокированы в плечи и стянуты между собой в осевом направлении.The conversion unit according to the patent of the Russian Federation No. 2107357 contains n pairs according to and in series connected through the current lead (busbar AC) tablet semiconductor valves with coolers and with one current-carrying bus connecting the same poles of the pairs of valves. Coolers are connected to opposite poles of semiconductor valve pairs. The supporting structure is formed by current-carrying tires and continuous metal conduits connecting the coolers, which together with the valves are interlocked in the shoulders and pulled together in the axial direction.

Недостатком этого преобразовательного блока является низкая надежность за счет отсутствия защиты от аварийных режимов, низкая мощность в связи с односторонним охлаждением вентилей, недостаточная прочность конструкции из-за отсутствия прочного основания со встроенными в него крепежными элементами с помощью которых могут быть закреплены и силовые шинопрводы, а также сложность конструкции.The disadvantage of this converter unit is its low reliability due to the lack of protection against emergency conditions, low power due to one-way cooling of the valves, insufficient structural strength due to the lack of a solid base with built-in fasteners with which power busbars can be fixed, and also design complexity.

В частности, наличие металлических водоводов способствует более равномерному охлаждению вентилей. Однако, металлические водоводы не приспособлены специально для теплоотвода и лишь незначительно его увеличивают, что ведет лишь к незначительному повышению мощности моста, поскольку основное In particular, the presence of metal conduits contributes to a more uniform cooling of the valves. However, metal conduits are not specially adapted for heat removal and only slightly increase it, which leads only to a slight increase in the power of the bridge, since the main

охлаждение осуществляется охладителем, а он в прототипе установлен лишь с одной стороны вентилей. Кроме того, использование металлических водоводов в качестве рамы снижают ее прочность, а следовательно и надежность конструкции моста.cooling is carried out by a cooler, and in the prototype it is installed on only one side of the valves. In addition, the use of metal conduits as a frame reduces its strength, and therefore the reliability of the bridge design.

Задача полезной модели состоит в повышении надежности работы, мощного трехфазного выпрямительного моста, повышении мощности, надежности, упрощении конструкции.The objective of the utility model is to increase the reliability of operation, a powerful three-phase rectifier bridge, increase power, reliability, simplify the design.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель для решения поставленной задачи, заключается в исключении возможности возникновения аварийного режима, в обеспечении максимального теплоотвода от вентилей, в повышении прочности конструкции и в ее упрощении путем уменьшения количества деталей.The technical result, which is claimed by the claimed utility model to solve the problem, is to exclude the possibility of an emergency, to ensure maximum heat removal from the valves, to increase the strength of the structure and to simplify it by reducing the number of parts.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

По аналогии с известным преобразовательным блоком заявляемый мощный трехфазный выпрямительный мост содержит согласно и последовательно соединенные через шинопровод переменного тока таблеточные полупроводниковые вентили, каждый из которых сблокирован с охладителем, присоединенным к одному из разноименных общих шинопроводов, соединяющему крайние одноименные полюса таблеточных полупроводниковых вентилей, при этом вентили, их охладители и общие разноименные шинопроводы сблокированы между собой в плечи и стянуты в осевом направлении. В отличие от прототипа каждое плечо снабжено взрывным предохранителем, установленным в цепь постоянного тока, и схемой его управления, соединенной с датчиком или с датчиками аварийного состояния, а каждый вентиль снабжен вторым охладителем.By analogy with the known converting unit, the inventive powerful three-phase rectifier bridge contains, in series and sequentially connected through the busbar, AC semiconductor tablet valves, each of which is interlocked with a cooler connected to one of the unlike common busbars connecting the extreme poles of the same name of the tablet semiconductor valves, while the valves , their coolers and common unlike busbars are interlocked in the shoulders and pulled axially . Unlike the prototype, each arm is equipped with an explosive fuse installed in a direct current circuit, and its control circuitry connected to the sensor or to the emergency state sensors, and each valve is equipped with a second cooler.

Кроме того, мощный трехфазный выпрямительный мост снабжен основанием, на котором через изоляционные пластины размещен один из разноименных общих шинопроводов, а вентили с охладителями и общими разноименными шинопроводами стянуты между собой с помощью изолированных шпилек, одни концы которых жестко закреплены в основании, а другие в каждой стяжке соединены между собой попарно упругой перемычкой.In addition, a powerful three-phase rectifier bridge is equipped with a base on which one of the unlike common busbars is placed through the insulating plates, and valves with coolers and common unlike busbars are pulled together with insulated studs, one end of which is rigidly fixed to the base, and the other in each the coupler is interconnected in pairs by an elastic bridge.

В частном случае каждое плечо мощного выпрямительного моста может содержать несколько параллельно установленных вентилей, тогда взрывной предохранитель может быть установлен последовательно с каждым вентилем, а схема его управления соединена с датчиком обратного тока, контролирующим направление тока и установленным в силовой цепи постоянного тока защищаемого вентиля. Датчики In the particular case, each arm of a powerful rectifier bridge can contain several valves installed in parallel, then an explosive fuse can be installed in series with each valve, and its control circuit is connected to a reverse current sensor that controls the current direction and is installed in the direct current power circuit of the protected valve. Sensors

аварийного состояния могут быть выполнены и по иному принципу, например по максимальному току, напряжению, температуре полупроводникового перехода и т.д.emergency conditions can be performed according to another principle, for example, according to the maximum current, voltage, temperature of the semiconductor junction, etc.

Для упрощения конструкции выпрямительного моста его разноименные общие силовые шинопроводы могут быть выполнены пустотелыми, а соответствующие охладители встроены в эти шинопроводы. Тогда отпадает необходимость в наличии отдельных охладителей и большинства водоводов для них, а это существенно уменьшает количество деталей и соединений выпрямительного моста.To simplify the design of the rectifier bridge, its opposite common power busbars can be hollow, and the corresponding coolers are built into these busbars. Then there is no need for separate coolers and most water pipes for them, and this significantly reduces the number of parts and connections of the rectifier bridge.

Отличия заявляемого мощного трехфазного выпрямительного моста от прототипа подтверждает новизну заявляемой полезной модели.The differences between the claimed powerful three-phase rectifier bridge from the prototype confirms the novelty of the claimed utility model.

Защита выпрямительных мостов взрывными предохранителями осуществляется регистрацией аварийного состояния, заключающегося в превышении допустимого значения любым физическим параметром, которое фиксируется датчиком аварийного состояния. Последний может быть выполнен по любому принципу. Датчик запускает схему управления, которая организует подрыв заряда взрывчатого вещества во взрывном предохранителе. Взрыв заряда образует межконтактный промежуток и гасит электрическую дугу отключения. Ток в цепи прекращается, авария ликвидируется.Protection of rectifier bridges by explosive fuses is carried out by recording an emergency condition, which consists in exceeding the permissible value by any physical parameter, which is recorded by the emergency condition sensor. The latter can be performed by any principle. The sensor triggers a control circuit that organizes the detonation of the explosive charge in the explosive fuse. An explosion of charge forms an intercontact gap and extinguishes an electric arc of shutdown. The current in the circuit stops, the accident is eliminated.

В случае если например авария в выпрямительном мосте возникает при отказе вентиля (потери вентиля односторонней проводимости) в силовой цепи этого вентиля возникает «обратный» ток, который может быть зарегистрирован датчиком «обратного» тока. Тогда, с учетом времени нарастания обратного тока (от нуля) и быстродействия взрывного предохранителя аварийный режим можно ликвидировать в самое кратчайшее время. При этом взрывной предохранитель может быть установлен один на все плечо, либо, если плечо представляет собой несколько параллельно установленных вентилей, взрывной предохранитель может быть установлен последовательно с каждым вентилем. Тогда взрывной предохранитель срабатывает по сигналу конкретного датчика обратного тока, установленного в силовой цепи отказавшего вентиля и отключает неисправную ветвь плеча. Выпрямительный мост продолжает свою работу на оставшихся вентилях. Применение датчиков «обратного» тока обеспечивает возможность ликвидировать аварию в ее самом начальном состоянии.If, for example, an accident in the rectifier bridge occurs when a valve fails (loss of a one-way conduction valve), a “reverse” current occurs in the power circuit of this valve, which can be detected by a “reverse” current sensor. Then, taking into account the rise time of the reverse current (from zero) and the speed of the explosive fuse, the emergency mode can be eliminated in the shortest possible time. In this case, an explosive fuse can be installed one on the entire shoulder, or, if the shoulder is a few parallel mounted valves, an explosive fuse can be installed in series with each valve. Then the explosive fuse is triggered by the signal of a specific reverse current sensor installed in the power circuit of the failed valve and disconnects the faulty arm branch. The rectifier bridge continues to operate on the remaining valves. The use of “reverse” current sensors provides the opportunity to eliminate the accident in its very initial state.

Взрывные предохранители исключают возможность отказов в работе выпрямительного моста при возникновении аварийных режимов, что повышает надежность его работы, а, следовательно, и надежность электроснабжения электролизных ванн.Explosive fuses exclude the possibility of failures in the operation of the rectifier bridge in the event of emergency conditions, which increases the reliability of its operation, and, consequently, the reliability of power supply to electrolysis baths.

Токовод во взрывном предохранителе за счет большого сечения не «стареет», что исключает самопроизвольное срабатывание предохранителя и, следовательно, повышает надежность работы моста. Отсутствие теплопотерь во взрывном предохранителе существенно экономит электроэнергию. Большой номинальный ток взрывного предохранителя дает возможность устанавливать в плече выпрямительного моста один мощный вентиль и тем самым решить проблему токораспределения и повысить надежность работы выпрямительного моста. Быстродействие взрывных предохранителей позволяет отключать аварийные токи в режиме токоограничения и исключить термические и электродинамические нагрузки на защищаемое оборудование.The current lead in the explosive fuse due to the large cross-section does not "age", which eliminates spontaneous fuse operation and, therefore, increases the reliability of the bridge. The absence of heat loss in the explosive fuse significantly saves electricity. The high rated current of the explosive fuse makes it possible to install one powerful valve in the rectifier bridge arm and thereby solve the problem of current distribution and increase the reliability of the rectifier bridge. The performance of explosive fuses allows you to turn off emergency currents in the current limiting mode and to exclude thermal and electrodynamic loads on the protected equipment.

Использование второго охладителя для охлаждения вентиля улудшает теплоотвод, повышает его номинальный ток и в целом мощность и надежность выпрямительного моста.Using a second cooler to cool the valve improves the heat sink, increases its rated current and, in general, the power and reliability of the rectifier bridge.

Применение в конструкции выпрямительного моста основания с укрепленными в нем изолированными шпильками, противоположные концы которых попарно соединены упругими перемычками, повышает надежность конструкции, посредством увеличения ее прочности и жесткости, улучшает технологичность сборки и упрощает узел крепления за счет уменьшения в нем количества деталей.The use in the design of the rectifier bridge of the base with insulated studs fixed in it, the opposite ends of which are paired with elastic jumpers, increases the reliability of the structure by increasing its strength and stiffness, improves the manufacturability of the assembly and simplifies the attachment site by reducing the number of parts in it.

Выполнение шпилек с изоляцией позволяет использовать их не только для стяжки элементов фазы в осевом направлении, но и для крепления шинопроводов переменного и постоянного тока, что также улучшает технологичность сборки конструкции и упрощает эксплуатацию.The implementation of studs with insulation allows them to be used not only for screeding phase elements in the axial direction, but also for attaching AC and DC busbars, which also improves the manufacturability of the assembly structure and simplifies operation.

Выполнение общих разноименных силовых шинопроводов пустотелыми со встроенными в них охладителями, упрощает конструкцию и повышает надежность выпрямительного моста.The implementation of common unlike power busbars with hollow busbars with coolers built into them simplifies the design and increases the reliability of the rectifier bridge.

На фиг.1 показан общий вид мощного трехфазного выпрямительного моста с взрывными предохранителями.Figure 1 shows a General view of a powerful three-phase rectifier bridge with explosive fuses.

На фиг.2 - то же, вид сбоку.Figure 2 is the same side view.

Мощный трехфазный выпрямительный мост состоит из трех одинаковых модулей (фаз) 1, 2, 3, которые соединены между собой шинопроводами постоянного тока. Каждая фаза содержит два сильноточных таблеточных диода (вентиля) - 4 и 5, которые с одной стороны снабжены охладителями 6, 7, соединенными через взрывные предохранители 8, 9, с шинопроводом переменного тока 10 и с другой стороны охладителями 11, 12, встроенными в шинопроводы постоянного тока соответственно 13, 14, которые опираются на изоляционные пластины соответственно 15, 16.A powerful three-phase rectifier bridge consists of three identical modules (phases) 1, 2, 3, which are interconnected by DC busbars. Each phase contains two high-current tablet diodes (gates) - 4 and 5, which on one side are equipped with coolers 6, 7 connected through explosive fuses 8, 9, with an alternating current busbar 10 and on the other hand with coolers 11, 12 built into the busbars DC, respectively 13, 14, which are based on insulating plates, respectively 15, 16.

Шинопровод переменного тока 10 электрически соединяет выпрямительный мост и трансформатор, который на фиг.1 не показан.An AC busbar 10 electrically connects the rectifier bridge and a transformer, which is not shown in FIG.

Каждый взрывной предохранитель 8, 9, снабжен схемой управления с датчиками аварийного состояния (на фиг.1, 2 не показана). Схема управления может быть установлена в любом месте выпрямительного моста, либо рядом с ним. Датчики аварийного состояния предпочтительно устанавливать в силовых шинопроводах выпрямительного моста, либо около них. В случае, например, применения датчика «обратного» тока, он должен быть установлен в силовой цепи каждого вентиля.Each explosive fuse 8, 9 is equipped with a control circuit with emergency sensors (not shown in FIGS. 1, 2). The control circuit can be installed anywhere in the rectifier bridge, or next to it. It is preferable to install emergency sensors in or near the power busbars of the rectifier bridge. In the case of, for example, the use of a “reverse” current sensor, it must be installed in the power circuit of each valve.

Узел крепления фаз 1, 2, 3, включает в себя основание 17, с встроенными изолированными шпильками 18, попарно соединенными упругой перемычкой 19. Регулировка усилия стяжки элементов каждой фазы в осевом направлении осуществляется гайками 20 и передается упором 21.The mounting unit of the phases 1, 2, 3, includes a base 17, with integrated insulated studs 18, pairwise connected by an elastic jumper 19. The tension of the elements of each phase in the axial direction is adjusted by the nuts 20 and transmitted by the stop 21.

На фиг.2 представлен общий вид этой же конструкции трехфазного выпрямительного моста сбоку.Figure 2 presents a General view of the same design of a three-phase rectifier bridge from the side.

Возможны и другие варианты исполнения трехфазных выпрямительных мостов, не выходящие за рамки заявляемой конструкции, содержащей взрывные предохранители со схемой управления, таблеточные вентили с охладителями по обеим торцам, стянутые между собой в осевом направлении изолированными шпильками, закрепленными в основании. В частности, шпильки могут быть заменены общей рамой для всех трех фаз, а охладители 11, 12 могут быть встроены в пустотелый шинопровод переменного тока. Тогда вентили каждой фазы будут располагаться на шинопроводе переменного тока, затем охладители и взрывные предохранители. Шинопроводы постоянного тока 13, 14 в этом случае могут быть выполнены непустотелыми. В качестве вентилей могут быть использованы тиристоры. В плече может быть установлено несколько параллельных вентилей.There are other possible versions of three-phase rectifier bridges that do not go beyond the scope of the claimed design, containing explosive fuses with a control circuit, tablet valves with coolers at both ends, axially tightened together by insulated studs fixed to the base. In particular, the studs can be replaced by a common frame for all three phases, and coolers 11, 12 can be integrated into the hollow AC busbar. Then the valves of each phase will be located on the busbar AC, then coolers and explosive fuses. DC busbars 13, 14 in this case can be made hollow. As valves, thyristors can be used. Several parallel valves can be installed in the shoulder.

Мощный трехфазный выпрямительный мост работает следующим образом. В исходном состоянии мощные таблеточные вентили исправны, по охладителям протекает охлаждающая жидкость, взрывной предохранитель с зарядом взрывчатого вещества в норме, схема управления работоспособна, и на нее подано напряжение питания.Powerful three-phase rectifier bridge operates as follows. In the initial state, the powerful tablet valves are operational, coolant flows through the coolers, the explosive fuse with the explosive charge is normal, the control circuit is operational, and the supply voltage is applied to it.

Силовой ток от трансформатора идет по шинопроводу переменного тока 10 (фиг.1, 2) через взрывной предохранитель 9, охладитель 7, вентиль 5, встроенный охладитель 12, шинопровод постоянного тока 14 (плюсовой) на серию электролизных ванн. Далее по минусовому шинопроводу постоянного тока 13, встроенному охладителю 11, вентилю 4, охладителю 6, взрывному предохранителю 8 возвращается The power current from the transformer goes through an alternating current busbar 10 (Fig. 1, 2) through an explosive fuse 9, a cooler 7, a valve 5, an integrated cooler 12, a DC busbar 14 (positive) to a series of electrolysis baths. Further along the negative busbar of direct current 13, built-in cooler 11, valve 4, cooler 6, fuse 8 returns

на шинопровод 10 В случае возникновения любой аварийной ситуации, например, потери вентилем способности не пропускать обратную полуволну тока, в плече этого вентиля появляется «обратный ток», который регистрируется датчиком обратного тока. Сигнал от датчика поступает на схему управления, которая подает электрический импульс на заряд взрывчатого вещества во взрывном предохранителе. Происходит взрыв, который образует во взрывном предохранителе межконтактный промежуток. Ток прекращается, авария ликвидируется.to busbar 10 In the event of any emergency, for example, if the valve loses its ability not to pass the reverse half-wave of current, a “reverse current” appears in the arm of this valve, which is detected by the reverse current sensor. The signal from the sensor enters the control circuit, which supplies an electrical impulse to the explosive charge in the explosive fuse. An explosion occurs that forms an intercontact gap in the explosive fuse. The current stops, the accident is liquidated.

В том случае, когда в плече мощного трехфазного выпрямительного моста установлены два и более вентилей, последовательно с каждым из которых установлен взрывной предохранитель, отказ одного вентиля в плече сопровождается срабатыванием конкретного взрывного предохранителя, и исключением этой ветви из работы. Остальные вентили обеспечивают штатную эксплуатацию выпрямительного моста.In the case when two or more valves are installed in the arm of a powerful three-phase rectifier bridge, an explosive fuse is installed in series with each of them, the failure of one valve in the arm is accompanied by the operation of a specific explosive fuse, and this branch is excluded from operation. The remaining valves provide regular operation of the rectifier bridge.

Claims

1. A powerful three-phase rectifier bridge, containing according to and sequentially connected through the busbar alternating current tablet semiconductor valves, each of which is interlocked with a cooler connected to one of the unlike common busbars connecting the extreme poles of the same name semiconductor valves, while the valves, their coolers and common unlike busbars are interlocked in the shoulders and pulled in the axial direction, characterized in that each arm is equipped with an explosive protector installed in the DC circuit and its control circuit, connected to the sensor or sensors of an emergency condition, and each valve is provided with a second cooler.

2. The rectifier bridge according to claim 1, characterized in that it is provided with a base on which one of the unlike common busbars is placed through the insulating plates, and valves with coolers and common unlike busbars are pulled together with insulated studs, one ends of which are rigidly fixed at the base, and the others in each screed are interconnected in pairs by an elastic bridge.

3. The rectifier bridge according to claim 1, characterized in that each shoulder of the bridge contains two or more parallel connected valves.

4. The rectifier bridge according to claims 1 and 3, characterized in that the explosive fuse is installed in series with each valve, and reverse current sensors installed in the DC power circuit of each valve are used as emergency status sensors.

5. The rectifier bridge according to claim 1, characterized in that the unlike common busbars are hollow, and coolers are built into them.