Динамо-машины  Конструирование преобразователей, силовые полупроводниковые приборы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Рис. 43. Г абаритный чертеж двухмодульного блока типа ВНМ предприятия ZTS EVU с гребенчатым охладителем:

/ предохрани!ель, J-соединительная шина: i -модуль: 4 -импульсные трансформаторы: - защитные laquo;Г-иепочки

чтобы модуль не перегревался от более горячего предохранителя (см. sect; 3.4).

Модульный блок с тремя охладителями изготовлен предприятием ZTS EVU. Охладители закреплены на листовом основании и вместе с вентилятором установлены в вентиляционном канале. Такой блок с модулями типа МД 431-63 может обеспечить нагрузку постоянного тока до 100 А.

3.1.3. Универсальный блок силовых полупроводниковых приборов. Чехословацким авторским свидетельством № 214991 защищен универсальный блок силовых полупроводниковых приборов, который входит в систему стандартных узлов унифицированного ряда силовых полупроводниковых преобразователей UKOS (предприятие ZTS EVU). Этот блок пригоден как для штыревых приборов, так и для таблеточных приборов и интегральных модулей. Основное отличие блока от описанного выше в том, что охладители в блоке не прикрепляются винтами ни к передней, ни к задней стороне, а устанавливаются в столбец, в котором они отделяются друг от друга электро-

Рис. 44, Детали универсального полупроводникового блока унифицированной системы UKOS (предприятие ZTS EVU):

/ охладитель- 2 электроизоляционная перегородка; J - электроизоляционный стержень: J - стяжки боковых накладок; 5 -крепежная скоба; й -винты с шайбами; 7-боковая накладка; 8 -электроизоляционный кожух столба охладителей; 9 -специальные прижимные винты

изоляционными прокладками. В продольном направлении охладители стягиваются в вентиляционном канале. Устройство блока из тре-х охладителей показано на рис. 44. Между охладителями 1 находятся электроизоляционные прокладки 2. В отверстия прокладок вставлены электроизоляционные стержни 3, которые входят в паз между верхним основанием и первым ребром охладителя. Столбец охладителей закрыт электроизоляционным кожухом из лакоткани или картона 4 и накладками 5, которые соединены между собой стяжками 7 и 5 и накладками 5, в которые ввинчиваются специальные винты 6. Эти винты сжимают столбец охладителей.

Рис. 45. Детали конструкции электрических соединений в блоке унифицированной системы UKOS, показанном на рис. 44:

/ прокладка; 2- сборная шина; J -угольник; -/-прокладка (второй тип)

Рис. 46. Боковой разрез блока унифицированной системы UKOS, иа котором виден способ его закрепления на рейках / с помощью зацепов 2

Электрические соединения внутри блока выполняются с помощью прокладок, шин и зажимов, как показано на рис. 45. Шины, прокладки и зажимы входят в отверстия электроизоляционных прокладок, в которых они зафиксированы от выпадения. Это позволяет обеспечить любое соединение полупроводниковых приборов в блоке и выполнить выводы из любого места. Электроизоляционные перегородки имеют зажимы для управляющих электродов тиристоров и выполняются из пресс-массы.

Целиком блок представляет собой жесткую конструкцию, снабженную зацепами (рис. 46), с помощью которых блок можно повесить и закрепить на горизонтальных рейках в шкафу преобразователя.

Блок выполняется из трех охладителей А100 для штыревых приборов типа Т956 в корпусе ОК41 либо с двумя охладителями А140 и таблеточными диодами D856-400, закрепленными с помощью прижимных устройств типа 350.

Подробнее об этом способе закрепления узлов преобразователя см. в гл.5.

Ниже перечислены преимущества универсального блока: простота конструкции; малая материалоемкость;

отсутствие используемой ранее массивной изоляционной панели;

пригодность для всех видов силовых полупроводниковых приборов;

отсутствие необходимости сверления крепежных отверстий и нарезания резьбы в охладителях; простота сборки; отличное использование объема;

полная унификация конструкции блоков всех преобразователей;

оптимальное использование охлаждающего воздуха.

Перечисленные преимущества определили использование этих блоков в силовых полупроводниковых преобразователях малой и средней мощности, выпускаемых чехословацким предприятием ZTS EVU.

3.2. ТРАНСФОРМАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

В зависимости от назначения трансформаторное оборудование делится на трансформаторы и дроссели (или реакторы).

Трансформаторное оборудование применяется в силовых полупроводниковых преобразователях для различных целей. Трансформаторы понижают или повышают напряжение и гальванически развязывают электрические цепи, дроссели сглаживают и фильтруют постоянный и переменный ток, формируют кривые токов и вместе с конденсаторами образуют цепи коммутации.

- Трансформаторы почти всегда имеют ферромагнитный сердечник (из электротехнической стали). Они подразделяются на силовые и маломощные.

Силовые трансформаторы могут быть однофазными или многофазными.

Маломощные трансформаторы в зависимости от назначения делятся на:

импульсные трансформаторы для управляющих электродов тиристоров;

синхронизирующие трансформаторы;

измерительные трансформаторы;

сетевые трансформаторы блоков питания.

В зависимости от конструкции сердечника трансформаторы делятся на трансформаторы с шихтованным, витым или ферритовым сердечником.

Дроссели в зависимости от назначения делятся на сглаживающие, фильтрующие, коммутирующие и входные.

Иногда дроссель выполняет одновременно две функции, например входной дроссель ограничивает броски тока при включении и коротком замыкании и одновременно используется как коммутирующий для коммутации тиристоров напряжением сети.

В завмс11\1П(.1и от конструкции дросселей различаются дpocceJПl ОС! сердечника (воздушные) и дроссели с сердечником, коюрый может быть шихтованным, витым или ферритовым.

На дроссели распространяется чехословацкий стандарт CSN35 1200, который содержит подробную классификацию дросселей и технические требования к ним. Дроссели для преобразователей составляют лишь небольшую часть всех дросселей.

Трансформаторы и дроссели используются во всех областях электротехники и являются одними из самых старых электрических устройств (машин). Их конструкции, проектированию и охлаждению посвящено много монографий. Поэтому ниже рассмотрены лишь специфические особенности трансформаторов и дросселей, используемых в силовых полупроводниковых преобразователях.

3.2.1. Трансформаторы. Сетевые силовые трансформаторы преобразователей (выпрямительные трансформаторы) по своей конструкции принципиально не отличаются от обычных промышленных трансформаторов. В преобразователях мощностью 10-100 кВт они применяются относительно редко. Они неизбежны в преобразователях на малые выходные напряжения (сварка, гальванотехника, зарядка аккумуляторов), а также в случае если максимальное значение выходного напряжения нельзя получить без повышающего трансформатора, и в некоторых специальных схемах преобразователей, например в преобразователях с ограниченным влиянием на питающую сеть.

На выпрямительные трансформаторы распространяется чехословацкий стандарт CSN35 1170. От обычных си-лювых трансформаторов они отличаются следующими особенностями:

1. Отношение номинальных значений эффективных токов первичной и вторичной обмоток не равно коэффициенту трансформации. Кривые токов не являются синусоидальными, первичные и вторичные токи не имеют одинаковой формы. В некоторых схемах в токе вторичных обмоток имеется постоянная составляющая. Полная ( laquo;кажущаяся raquo;) мощность первичной и вторичной обмоток может отличаться от мощности выпрямительной группы.

Рис. 47. Структурная схема laquo;электронного трансформатора raquo; с преобразователем высокой частоты:

/ -сетевой выпрямитель; 2 инвертор высокой частоты: i - высокочастотный трансформатор: 4 высокочастотный выпрямитель; .5 инвертор низкой частоты

2. Число фаз выходной обмотки может отличаться от трех, и выходные обмотки могут иметь специальную схему соединений.

3. Потери и напряжение короткого замыкания измеряются способом, указанным чехословацким стандартом CSN 35 1170.

С учетом несинусоидальности токов в обмотках, а иногда и постоянной составляющей, типовая мощность выпрямительного трансформатора всегда больше выходной мощности постоянного тока VJi- Степень увеличения типовой мощности зависит от вида нагрузки. У неуправляемых трехфазных выпрямителей типовая мощность увеличивается на 5-55%, у однофазных выпрямителей увеличение достигает 200%.

Силовые трансформаторы являются очень простыми, надежными и относительно дешевыми электрическими машинами. Их недостаток - большая масса. Известно, что масса трансформатора определенной мощности зависит от частоты напряжения. Чем больше частота, тем меньше и легче трансформатор. Поэтому в силовой электронике и в других областях все шире используется трансформация напряжения по структурной схеме, показанной на рис. 47. Принцип работы такого laquo;электронного трансформатора raquo; заключается в том, что питающее напряжение сети сначала выпрямляется диодным (неуправляемым) выпрямителем 1. Выпрямленное напряжение с помощью инвертора 2 превращается в переменное напряжение высокой частоты (сотни герц и даже десятки килогерц), которое трансформируется до нужного значения трансформатором i. Выпрямитель 4 выпрямляет это напряжение высокой частоты, и, если это нужно, инвертор 5 формирует переменное напряжение низкой частоты (например, промышленной). Хотя описанный электронный трансформатор на первый взгляд кажется сложным, такое решение очень часто выгодно не только с точки зрения массы, но и стоимости. Современные компактные выпрямители и инверторы очень надежны и относительно дешевы.

Трансформация электроэнергии в соответствии с блок-схемой рис. 47 уже сейчас широко используется в источниках