1.2 Обзор схемы преобразователя

В преобразователях по мостовой схеме ввод каждой фазы ВО трансформатора присоединяется к узлу последовательного соединения анодной и катодной групп вентилей нагрузка включается между двумя узлами, один из которых является соединением анодов, другой— катодов. Выпрямленное напряжение в трехфазной установке формируется из линейного напряжения ВО трансформатора. В отличие от нулевых схем в мостовых схемах преобразования потоки вынужденного намагничивания отсутствуют, так как МДС обмоток сетевой и вентильной всегда скомпенсированы[2].

Шестифазная мостовая схема (схема Ларионова) представлена на рис. 1.1. Преобразователь по трехфазной мостовой схеме выпрямления состоит из питающего трехфазного трансформатора и шести вентилей. Сетевая или ВО обмотка трансформатора могут быть соединены в звезду или треугольник. Магнитная система трансформатора уравновешенна. Выпрямленноенапряжение имеет шестикратную пульсацию и фазность преобразования (m=6).

Преобразователь имеет ряд преимуществ:

- мощности сетевых обмоток и ВО равны, благодаря чему обеспечивается хорошее использование трансформатора, обратное напряжение распределяется между последовательными включенными вентилями;

- в магнитопроводе трансформатора нет потоков вынужденного намагничивания.

Преобразователь по мостовой схеме находит широкое применение в схеме выпрямления.

Рисунок 1.1 — Трехфазная мостовая схема выпрямления

1.3 Обзор работы схемы преобразователя

Предположим, что в трехфазной мостовой схеме . работают вентили В2 и В2 (рис.1.2,a); Следующим вентилем, вступающим вработу является вентиль В3. В момент времени θ₁ (рис. 1.2,6) на вентиль В3 подается управляющий им­пульс и начинается коммутация тока I_d с вентиля B1 на вентиль ВЗ. На рис. 1.2,в показана эквивалентная схема для интервала коммутации. Следует заметить что контур коммутации, образованный образованый вторичными обмотками трансформатора фаз а и b и вентилями В1 и ВЗ не отличается от. контура коммутации в случае трехфазной схемы со. средней точкой. На рис. 1.2,в кон­тур коммутации отмечен, пунктирной линией. Фаза с на процесс коммутации влияния не оказывает, так как через нее и В2 в этом интервале протекает неизменный ток I_d.

Рис. 1.2 Трехфазная мостовая схема. Кривые токов и напряжений на элементах схемы с учётом коммутации.

На рис. 1.2,б показаны кривые фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора, токов в вентилях и кривые, по которым изменяются потенциалы объеди­ненных катодов и потенциалы объединенных анодов. Как видно из рис. 1.2,б, потенциалы анодов и катодов на внекоммутационных интервалах изменяются по оги­бающим кривых фазных напряжений, а в интервале коммутации (например,θ₁— θ₂) — по кривым полусумм фазных напряжений коммутирующих фаз.

На рис. 1.2,г построена кривая выпрямленного на­пряжения u_d. Одновременно на рис. 1.2,г приведена кривая тока в одной из фаз вторичной обмотки транс­форматора i_a (фаза а). Кривая напряжения на венти­ле В1 построена на рис. 1.2,д.

1.4 Обзор конструкций силовых блоков

Блоки силовых полупроводниковых приборов являются конструктивными узлами силовых полупроводниковых преобразователей. Силовые полупроводниковые приборы практически всегда устанавливаются на охладителе. Так как полупроводниковые приборы в преобразователях образуют определенные функциональные единицы, то охладители вместе с приборами монтируются в конструктивные блоки. Эти блоки кроме полупроводниковых приборов могут содержать различные вспомогательные элементы, например предохранители, датчики температуры, дроссели насыщения, импульсные трансформаторы управляющих цепей тиристоров. Чем больше вспомогательных элементов содержит блок, тем более специфичным является его применение, тем менее он универсален. Поэтому блоки с комплектом вспомогательных элементов используются только в преобразователях высокой серийности.

Основными требованиями к блокам силовых полупроводниковых приборов являются:

• обеспечение рационального охлаждения прибора;

• простота и компактность конструкции;

• простота монтажа электрических токопродводов;

• простота монтажа и демонтажа элементов;

-обеспечение необходимой электрической прочности изоляции и ее электрического сопротивления;

• сменность блоков и их частей;

• простота изготовления;

• надежность.

По способу охлаждения различаются блоки:

• с естественным воздушным охлаждением;

• с принудительным воздушным охлаждением;

• с масляным охлаждением;

• с водяным охлаждением;

-с испарительным охлаждением.

В зависимости от типа используемых приборов различают блоки:

• штыревых приборов;

• таблеточных приборов;

• интегральных модулей.

В блоках силовых полупроводниковых штыревых приборов охладители крепятся на относительно массивную электроизоляционную панель. Характерный пример такого блока с текстолитовой панелью показан на рис. 1.7. На этом блоке установлены три тиристора Т 955-100 и три диода О 845-63, имеющие корпус ОК 41. Охладители типа А65 закреплены винтами с задней стороны текстолитовой панели толщиной 10 мм. На панели выполнены отверстия диаметром 60 мм для тиристоров и диодов. Вентиляционный канал для принудительного охлаждения воздухом образует листовая защитная крышка охладителей. Катоды тиристоров выведены на верхнюю сборную шину (+), аноды диодов на нижнюю сборную шину (-), трехфазные токоподводы расположены в промежутке между охладителями и подключены в местах соединения анодов тиристоров и катодов диодов.

Охлаждающий воздух в этом блоке плохо используется, так как между охладителями имеются относительно большие зазоры. Импульсные трансформаторы на таком блоке имеют крышки из медного листа для зашиты от помех.

Блоки таблеточных силовых полупроводниковых приборов принципиально отличаются от блоков штыревых приборов тем, что таблеточные приборы требуют применения прижимного устройства. Прижимное устройство создает необходимое контактное давление между отдельными слоями в самом таблеточном приборе, который не имеет внутри никаких собственных элементов сжатия, а также создает хорошие тепловой и электрический контакты с охладителем и токоподводами.

Рисунок 1.3 Компактный блок с тремя тиристорами и тремя дисками. Охладители А65 закреплены на гетинаксовой плите, на которой, кроме этого,размещены импульсные трансформаторы Т, защитные резисторы К и конденсаторы С

При установке таблеточных тиристоров и диодов на охладители необходимо соблюдать все основные правила, которые нами указаны для блоков штыревых приборов. Так как таблеточные приборы предназначены для больших токов, чем штыревые приборы, и потери в них больше, необходимо при их установке обращать особое внимание на соблюдение требований по подготовке поверхности охладителей и приборов и обеспечение заданного давления прижимным устройством.

Используются два способа установки таблеточных приборов: с одно и, двухсторонним отводом тепла.

Прижимная конструкция может быть электрически соединена с одним выводом (охладителем) или изолирована от обоих выводов (охладителей). Чаще используется первый способ.

Для одностороннего прижатия таблеточных приборов выпускаются прижимные устройства типов 350, 351 и 353.

Прижимное устройство 351 обеспечивает прижатие приборов типов 867 и 967 к охладителю с усилием 15 000 Н. Его электрическая прочность 5 кВ. Пример применения прижимного устройства 351 с охладителем типа С показан на рис. 1.15. Это прижимное устройство снабжено индикатором усилия, принцип действия которого основан на том, что плоская пружина, первоначально изогнутая в виде дуги, при определенном усилии частично выпрямляется, и подвижный язычок индикатора устанавливается при этом усилии напротив риски, нанесенной на неподвижной части. Это позволяет просто и быстро контролировать и устанавливать усилие сжатия прибора.

Пример прижимного устройства для двухстороннего охлаждения таблеточных полупроводниковых приборов показан на рис. 1.16. Эта конструкция фирмы Siemens состоит из двух охладителей 1 и 2, между которыми сжат таблеточный прибор 3. Усилие сжатия обеспечивает система пружин 4, закрепленная на ярме 5, которое подтягивается к нижнему охладителю изолированными шпильками 6. В ярме 5 имеется отверстие, через которое можно видеть положение винта 7, жестко связанного с нажимным диском 8. Если пружины 4 свободны, винт 7 утоплен в отверстие ярма 5.

Рисунок 1.4 - Одностороннее прижимное устройство 351

1 - нижний охладитель; 2 -верхний охладитель; 5 - силовой прибор; система тарельчатых пружин; 5 - - ярмо; 6 - - изолированные болты; 7 -винт; 8—прижимной диск

Рисунок 1.5 - Двухстороннее прижимное устройство фирмы Siemens для таблеточных приборов

Правильное давление на полупроводниковый прибор устанавливается на градуировочном устройстве, после чего винт 7 устанавливается так, чтобы его верхний торец находился на уровне верхней плоскости ярма 5, и фиксируется в этом положении от проворачивания. При установке полупроводникового прибора правильное давление около 2000 Н достигается подтягиванием шпилек 6.

При создании блоков с таблеточными полупроводниковыми приборами можно выгодно использовать их конструктивную симметрию, так как таблеточный прибор можно установить в прижимное устройство (на охладитель или между двух охладителей) в любом из обоих направлений проводимости.