www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

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. 1. Наглядное изображение четырех основных видов преобразования электроэнергии при помощи силовых полупроводниковых преобразователей

бойного и резервного питания; гальванотехники и электрохимии; индукционного нагрева; печей сопротивления и освещения; устройств коммутации переменного и постоянного тока; сварки; возбуждения синхронных ма-щин; питания электромагнитов; зарядки аккумуляторных батарей; электростатических установок; катодной защиты металлических конструкций; линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения; компенсации реактивной энергии.

Эта классификация не является исчерпывающей и полной. Применение полупроводниковых преобразователей распространяется на новые области человеческой деятельности. Преобразователи не только вытесняют изготовленное ранее и эксплуатируемое до настоящего времени оборудование, но и позволяют осуществлять новые технические решения, которые вообще не были возможны при использовании классических электротехнических аппаратов и устройств.

Систематизация преобразователей в соответствии с мощностью не имеет в литературе единых, нормализованных критериев и используется редко. В обычной практике и с учетом специфических особенностей преобразователей в отдельных диапазонах мощностей можно разделить силовые преобразователи на следующие группы: малой мощности - до 10 кВт; средней мощности - от 10 до 250 кВт; большой мощности - от 250 кВт до 1 МВт; сверхбольшой мощности - более 1 МВт. Преобразователи малой мощности до 10 кВт имеют в большинстве случаев компактное или встроенное исполнение и специальное целевое назначение. Серийность их изготовления относительно велика. Если они не имеют встроенного исполнения, то, как правило, имеют высокую степень защиты, а иногда масляное охлаждение. В последнее время в качестве основных элементов силовых цепей в них используются силовые транзисторы.

Преобразователи средней мощности от 10 до 250 кВт являются наиболее распространенными. Они выполняются конструктивно в виде шкафа, в последнее время с использованием унифицированных блоков и узлов. В них применяются тиристоры и диоды со штыревым корпусом и интегральные силовые полупроводниковые модули с номинальным током до 160-250 А. Они обычно имеют собственное естественное или принудительное воздушное охлаждение и относительно низкую

СилаВые полупроВадникодые преабризодотвли - I

С естественной каммутицивй

Коммутация от нагрузки

Коммутация от сети

Кимму-тация комбаииро-ванния

Выпрямители

Преобразователи частоты

Цикло-конвер-торы

С принудительной коммутициеи I

импульсные преобразователи

инверторы

Выпрямители

ПреобризоА ватели частоты

щреобраао-ватели. сопротивления

У lt;искадные преабразо-\ витвли

Рис. 2. Классификация важнейших видов преобразователей согласно чехословацкому стандарту dSN34 5175

степень защиты. Шкафы имеют обычно стандартизованные размеры, чтобы обеспечить возможность их установки в общий щит с односторонним доступом. Обычно их выпускают в различном исполнении по мощности в виде стандартных преобразовательных установок со стандартными цепями управления и специально не приспосабливают к устройствам, которые они питают. Шкафы устанавливают в обычных помещениях с нормальными климатическими условиями. Питаемые от них устройства могут находиться на расстоянии десятков и даже сотен метров, причем часто используются дистанционные управление и контроль.

Преобразователи большой мощности от 250 кВт до 1 МВт также относятся к изделиям силовой электроники. Конструктив-. но они выполняются в виде шкафов. В них используются таблеточные тиристоры и диоды, часто с водяным охлаждением. Они обычно имеют специальное назначение, например: преобразователи для тяговых электродвигателей, для прокатных станов, для возбуждения синхронных машин, для транспортеров, для насосов, для индукционного нагрева и т. п. Они все чаще поставляются совместно с тем технологическим оборудованием, для питания которого предназначены. Сложные технологические регуляторы обычно размещают в специальном шкафу информационной электроники. В последнее время такие преобразователи снабжаются микропроцессорным управлением или же управляются от той же управляющей ЭВМ, что и вся технологическая линия или весь производственный процесс.

Преобразователи сверхбольшой мощности свыше 1 МВт всегда имеют специальное назначение. В них часто используются параллельное и последовательное соединения таблеточных



полупроводниковых приборов с водяным или испарительным охлаждением. Они применяются в электроприводах предельной мощности, например в электроприводах вращающихся цементных печей, мельниц, шахтных подъемников, прокатных станов, локомотивов, судов, а также для линий электропередачи сверхвысокого напряжения, в статических компенсаторах и для установок индукционного нагрева. Конструктивно они выполняются в виде ряда шкафов или в виде самостоятельной части строительной конструкции - в специальном климатизированном зале. \

При систематизации преобразователей в соответствии с мощностью необходимо учесть, что этот критерий примеьдам только к преобразователям одинакового функционального назначения и с приблизительно одинаковыми техническими параметрами. Например, преобразователь Частоты с определенной выходной мощностью будет примерно в 2 раза больше, чем управляемый выпрямитель такой же мощности, так как кроме выпрямителя он содержит еще и такой же или даже больший инвертор. Аналогично этому инвертор с большим диапазоном регулирования будет больше и дороже инвертора той же мощности, но с меньшим диапазоном регулирования. На габариты и цену преобразователя оказывают существенное влияние также климатические условия, степень защиты и другие технические требования.

Систематизация преобразователей в соответствии с особенностями конструкции тесно связана с двумя предыдущими видами систематизации (в соответствии с областью применения и мощностью). Конструкция преобразователей должна отвечать климатическим условиям, в которых они будут работать, и мощности потерь, которую нужно от них отвести. Вопрос о том, нужно ли преобразователь приспособить к условиям окружающей среды или лучше создать соответствующие климатические условия для данного преобразователя, является по существу экономическим вопросом, который решается простым экономическим расчетом. Изготовление преобразователя в исполнении, удовлетворяющем неблагоприятным климатическим условиям, увеличивает его стоимость, однако немало стоит и создание нормальных климатических условий в помещении для преобразователя. Как правило, оказывается дешевле купить обычный серийно выпускаемый преобразователь и разместить его в помещении с нормальными климатическими условиями.

В соответствии с конструкцией преобразователи можно разделить на встраиваемые, компактные, шкафы и камерные.

Встраиваемый преобразователь представляет собой комплектное устройство, которое обычно без всякого защитного кожуха устанавливается и закрепляется внутри оборудования, для которого преобразователь предназначен. Электрические

соединения силовых и управляющих цепей обеспечиваются винтовыми зажимами или электрическими разъемами.

Встраиваемые преобразователи используются, например, в обрабатывающих и текстильных станках, подъемниках, транспортных механизмах и т. д. Преобразователь в этом случае является неотъемлемой составной частью этого оборудования, он приспособлен к нему своей формой, способом охлаждения, степенью защиты и климатическим исполнением. Примером конструкции такого встроенного преобразователя является управляемый выпрямитель SPAR - SUI (изделие чехословацкого предприятия ZTS EVU, г. Нова Дубница), предназначенный для токарного станка и обеспечивающий плавное регулирование частоты вращения при мощности преобразователя от. 16 до 40 кВт.

Другим примером встраиваемого преобразователя может служить преобразователь французской фирмы Jeumont - Schneider для приводов постоянного тока мощностью до 12 кВт, размерами 410 х 240 х 170 мм.

Компактная конструкция преобразователя характерна тем, что конструктивные решения ее механической и электрической частей направлены на возможно более тесное размещение всех его элементов и узлов с учетом допустимых расстояний между токоведущими частями и минимальных путей токов утечки по поверхности изоляции. Преобразователь оформляется в виде единой конструкции и закрывается защитным металлическим, а иногда изоляционным кожухом. Силовые и управляющие цепи находятся в тесной близости, иногда прямо на общей панели, Так как компактные преобразователи имеют относительно небольшую мощность потерь, их охлаждение в большинстве случаев выполняется естественным воздушным. Иногда используется небольшой вентилятор для обеспечения хотя бы минимального принудительного движения воздуха в преобразователе. Элементы, в которых возникают наибольшие потери тепла (такие, как диоды, тиристоры, транзисторы, шунты, резисторы и т. п.), иногда крепятся через прокладку к внутренней поверхности кожуха, что обеспечивает тепловой контакт и охлаждение через кожух. В качестве прокладки используются электроизоляционные, но хорошо проводящие тепло пластинки из слюды, полиэтилена .или корунда. Большим прогрессом в этом направлении является применение интегральных силовых полупроводниковых модулей с изолированным основанием, которые можно устанавливать непосредственно на стенки кожуха преобразователя, служащие охладителями.

Компактная конструкция отличается от встраиваемой практически только тем, что компактный преобразователь является самостоятельным изделием с собственным кожухом, предназначенным для крепления на стене, в распредустройстве или на



оборудовании, которое он питает. Сюда относятся различные зарядные устройства, небольшие преобразователи частоты для питания асинхронных электродвигателей, импульсные преобразователи для регулирования постоянного тока и т. п. Конструкция силовых и управляющих цепей компактного преобразователя разрабатывается специально для данного преобразователя с тем, чтобы обеспечить минимальные массу и габарит и, как\ правило, не предполагает их использование в преобразователе другого типа или в серии преобразователей с рядом исполнений по мощности. Обычно такие узлы и невозможно выделить из единой конструкции компактного преобразователя.

Примером компактной конструкции служит тиристорный преобразователь постоянного тока для импульсного регулирования электропривода аккумуляторного электропогрузчика типа UHHS101 с выходными напряжением 80 В и током 200 А (предприятие ZTS EVU, ЧССР). Датская фирма Danfoss выпускает преобразователь частоты VLT2, размерами 306 х X 328 X 320 мм и мощностью 2 кВА. Тиристорные вьшpямитe- ли типа Minisemi фирмы AEG (ФРГ), предназначенные для монтажа на стену или в распределительном устройстве, выпускаются как серия с исполнениями по мощности до 100 кВт и имеют унифицированные конструкции управляющих цепей. В трехфазном инверторе типа Microverter фирмы AEG мощностью 1,3 кВ-А на силовых транзисторах отдельные платы выполнены откидными и легко заменяемыми. Габаритные размеры инвертора 262 x311x160 мм, масса 5,5 кг.

Конструкция преобразователей типа шкафа чаще всего используется для преобразователей средней и большой мощности. Шкафы изготавливаются из листового металла с помощью сварки или резьбовых креплений и имеют различные поверхностные покрытия. Шкафы отдельных изготовителей имеют в большинстве случаев стандартизованные размеры и форму, а также унифицированную технологию изготовления. В рамках СЭВ внедряется единый ряд размеров шкафов, предложенный международной организацией по экономическому и научно-техническому сотрудничеству в области электротехнической промышленности Интерэлектро. Ряд предусматривает следующие диапазоны размеров шкафов: ширина от 600 до 1400 мм; глубина от 400 до 1200 мм; высота от 800 до 2200 мм.

Элементы в шкафах крепятся на планках, рамах, скобах, панелях и т. д. Отдельные узлы относительно часто повторяются и используются во многих типах преобразователей. Управляющие цепи конструктивно выполняются на больших платах и часто размещаются на дверях шкафа или в кассете, но всегда отдельно от силовых цепей. Шкафы обычно имеют принудительное воздушное охлаждение с нагнетательной или вытяжной вентиляцией. Водяное охлаждение используется пока только в

преобразователях большой и сверхбольшой мощности. Модули с изолированным основанием (фланцем) принесли с собой новые возможности использования водяного охлаждения также и в области малых и средних мощностей.

Примером простого одинарного шкафа с естественным воздушным охлаждением является однофазный инвертор типа Convertomat WE 30 кВ А швейцарской фирмы Gutor, предназначенный для бесперебойного питания потребителей. Габаритные размеры шкафа 800 x1100 x2000 мм. На двери шкафа размещены измерительные приборы с мнемонической схемой, аппараты управления и сигнализация. Кроме того, на двери размещены кассеты с устройствами управления, которые доступны спереди после отвинчивания винтов крепления прозрачной крышки. Реверсивный выпрямитель фирмы AEG (ФРГ) с принудительным воздушным охлаждением имеет конструкцию одинарного шкафа. Габаритные размеры шкафа (без вентилятора) 600 X 600 X 2200 мм.

Одинарный шкаф управляемого преобразователя (выпрямителя) для электроприводов постоянного тока типа Jistrol512 французской фирмы Jeumont - Schneider имеет габаритные размеры 650 х 850 х 2300 мм. Вентилятор увеличивает высоту шкафа до 2650 мм. Мощность преобразователя 500 кВт, масса 500 кг. Степень защиты шкафа 1Р20Ч Цепи управления смонтированы на большой плате (без кассет), укрепленной на двери шкафа.

Сдвоенный шкаф преобразователя частоты Simovert фирмы Siemens (ФРГ) стандартного ряда 8MF л ой фирмы. Габаритные размеры шкафа (состоящего из двух одинаковых частей) бООх 1200 X 1800 мм. Мощность преобразователя 70 кВ-А. Для преобразователей мощностью от 100 до 160 кВ-А используется тройной шкаф того же стандартного ряда и его ширина . увеличивается на 600 мм.

В тройном шкафу преобразователя частоты типа YRRA 400 А шведской фирмы ASEA с габаритными размерами 2038 X 680 X 2300 мм размещены коммутационные аппараты, выпрямитель и инвертор с принудительной коммутацией. Дверь левой части шкафа разделена на две части. На верхней части расположены рукоятки коммутационных аппаратов. Принудительную вентиляцию имеет только правая часть шкафа, в которой размещены наиболее нагруженные в тепловом отношении силовые полупроводниковые приборы и элементы цепей коммутации. Масса тройного шкафа преобразователя 1000 кг.

Устройство бесперебойного питания типа М31-03 предприятия ZTS EVU представляет сварной одинарный шкаф с двумя

Расшифровка обозначения степени защиты приведена в табл. 1 и 2.- Прим. науч. ред.



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