БЛОК ТАБЛЕТОЧНЫХ ТИРИСТОРОВ Российский патент 2002 года по МПК H01C1/08 H05K10/00 

Изобретение относится к преобразовательной технике.

Известны блоки таблеточных тиристоров с двухсторонним водяным охлаждением тиристоров [1] Недостатком известных блоков является то, что таблеточный тиристор охлаждается электрически неизолированными охладителями от тиристоров, что накладывает большие неудобства в эксплуатации в части подготовки охлаждающей воды, так как ее надо деионизировать. И обычно для этих блоков используются резиновые шланги (для изоляции), срок службы которых очень небольшой. При неизолированных охладителях от тиристоров очень сложно выполнять блоки с несколькими тиристорами с двухсторонним охлаждением.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является блок таблеточных тиристоров с двухсторонним водяным охлаждением тиристоров, содержащий общий охладитель в виде плоской трубы, шесть таблеточных тиристоров с индивидуальными охладителями для каждого тиристора, установленные в ряд по три тиристора с индивидуальными охладителями каждый по обе стороны общего охладителя, трубопроводы, соединяющие индивидуальный охладитель с общим охладителем и индивидуальные охладители по обе стороны общего охладителя между собой с помощью штуцерно-ниппельных соединений, элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций, токосъемные шины с керамическими дисками [2].

Недостатки известного блока тиристоров - сложная конструкция и технология изготовления, занижена степень унификации, надежность блока и, как следствие, завышена его стоимость.

Цель изобретения - упрощение конструкции блока с одновременным повышением его технологичности, степени унификации, надежности и уменьшение стоимости.

Поставленная цель достигается тем, что в блоке таблеточных тиристоров с двухсторонним водяным охлаждением тиристоров, содержащем общий охладитель в виде плоской трубы, шесть таблеточных тиристоров с индивидуальными охладителями для каждого тиристора, установленные в ряд по три тиристора с индивидуальными охладителями каждый по обе стороны общего охладителя, трубопроводы, соединяющие индивидуальный охладитель с общим охладителем и индивидуальные охладители по обе стороны общего охладителя между собой с помощью штуцерно-ниппельных соединений, элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций, токосъемные шины с керамическими дисками, элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций выполнены в виде трубопроводов с одновитковыми спиралями, причем каждый индивидуальный охладитель среднего тиристора с обеих сторон общего охладителя соединен с двумя другими соседними индивидуальными охладителями двух других тиристоров непосредственно через трубопроводы с одновитковыми спиралями, образуя при этом неразборный охладитель, в котором индивидуальные охладители имеют возможность перемещения относительно друг друга.

Токосъемные шины с керамическими дисками, охлаждаемые индивидуальными охладителями, выполнены идентично токосъемным шинам с керамическими дисками, охлаждаемыми общим охладителем.

На фиг.1 показан блок тиристоров в трех проекциях;
на фиг. 2 - трубопровод с одновитковой спиралью, устанавливаемый между средним и крайними соседними индивидуальными охладителями неразборного охладителя;
на фиг.3 - неразборный охладитель, состоящий из среднего индивидуального охладителя, соединенного трубопроводами с одновитковыми спиралями с двумя крайними соседними индивидуальными охладителями;
на фиг.4 - токосъемная шина с керамическим диском, охлаждаемая индивидуальным охладителем;
на фиг. 5 - трубопровод с одновитковой спиралью со штуцерно-ниппельными соединениями для соединения крайнего индивидуального охладителя с общим охладителем;
на фиг. 6 - трубопровод с одновитковой спиралью со штуцерно-ниппельными соединениями для соединения крайних индивидуальных охладителей, находящихся по разные стороны от общего охладителя.

Блок таблеточных тиристоров с двухсторонним водяным охлаждением тиристоров содержит общий охладитель 1 в виде плоской трубы, шесть таблеточных тиристоров 2-7 с индивидуальными охладителями 8-13 для каждого тиристора соответственно 2-7, установленные в ряд по три тиристора 2, 3, 4 и 5, 6, 7 с индивидуальными охладителями каждый соответственно 8, 9, 10 и 11, 12, 13 по обе стороны 14 и 15 общего охладителя 1, трубопроводы с одновитковыми спиралями 16 (см. фиг.2), соединяющие средние индивидуальные охладители 9 и 12 с двумя другими крайними индивидуальными охладителями соответственно 8, 10 и 11, 13 и образующие два неразборных охладителя (см. фиг.3), трубопровод с одновитковой спиралью 17 (см. фиг.5) со штуцерно-ниппельными соединениями для соединения общего охладителя 1 и крайнего индивидуального охладителя 8, находящегося со стороны 14 общего охладителя 1, трубопровод с одновитковой спиралью 18 (см. фиг.6) со штуцерно-ниппельными соединениями для соединения крайних индивидуальных охладителей 10, 13, находящихся по обе стороны 14, 15 общего охладителя 1.

Токосъемные шины 19-24 с керамическими дисками 25-30 (см. фиг. 4), охлаждаемые индивидуальными охладителями 8-13, выполнены идентично токосъемным шинам 31-36, охлаждаемым общим охладителем 1, т.е. токосъемные шины 19-24 получены загибом под углом 90^o токосъемных шин 31-36.

Шпильки 37, гайки 38, шайбы простые 39, шайбы пружинные 40 служат для крепления к общему охладителю 1 с обеих сторон 14, 15 токосъемных шин 19-24, 31-36 с керамическими дисками, тиристоров 2-7 и двух неразборных охладителей (см. фиг. 3) посредством прижатия их траверсами 41 через изоляторы 42 (см. фиг.1).

Крепление трубопровода 17 к штуцерам общего охладителя 1 и индивидуального охладителя 8, трубопровода 18 к штуцерам индивидуальных охладителей 10, 13 осуществляется с помощью ниппельных соединений на концах трубопроводов 17, 18 (см. фиг.5, 6).

Крепление блока в преобразователе осуществляется с помощью угольников 43, приваренных к общему охладителю в виде плоской трубы 1 (см. фиг.1).

Подключение блока к системе водяного охлаждения осуществляется через штуцеры 44 и 45.

Выполнение элементов компенсации осевых смещений и температурных деформаций в виде трубопроводов с одновитковыми спиралями 16 и непосредственное соединение (например, пайкой) средних индивидуальных охладителей 9 и 12 с двумя другими крайними соседними индивидуальными охладителями соответственно 8, 10 и 11, 13 через трубопроводы с одновитковыми спиралями 16 позволили упростить конструкцию блока с одновременным повышением его технологичности, степени унификации, надежности, уменьшения стоимости, так как:
- исключены сильфоны, специальные трубопроводы, ниппели, штуцеры, гайки, необходимые в прототипе для соединения индивидуальных охладителей друг с другом, которые имеют сложную конструкцию и технологию изготовления и сборки с обеспечением герметичности (надежности) соединений, а сильфон может быть изготовлен только на специализированном предприятии со сложным специальным технологическим оборудованием и спецоснасткой;
- исключены сложные по конструкции и технологии изготовления индивидуальные охладители с сильфонами;
- исключена необходимость выдерживания точного размера по толщине "наборов" со стороны 14 общего охладителя 1 из составных частей: токосъемные шины 19, 20, 21, тиристоры 2, 3, 4, токосъемные шины 31, 32, 33. Размеры этих "наборов" в различных группах тиристоров могут колебаться в больших пределах из-за предельных отклонений размеров составляющих звеньев. Аналогично и с "наборами" со стороны 15 общего охладителя 1.

В предложенном решении трубопровод с одновитковой спиралью (фиг.4), обладая пружинящими свойствами из-за специального зазора 38 между концами 39, 40 витка трубопровода, позволяет компенсировать осевые смещения (сдвиг осей обоих концов 30, 40 трубопровода относительно друг друга), а значит имеется возможность перемещения горизонтальных плоскостей индивидуальных охладителей 8, 9, 10 и 11, 12, 13 (см. фиг.1) относительно друг друга в каждом неразборном охладителе (см. фиг.3), что в свою очередь позволяет компенсировать предельные отклонения размеров "набора" из составных частей: токосъемная шина 21, таблетка тиристора 4, токосъемная шина 33 (аналогично и для других "наборов").

Температурная компенсация в ту или иную сторону обеспечивается также трубопроводами с одновитковыми спиралями 16 путем деформации спирали (уменьшением или увеличением ее размеров).

Выполнение токосъемных шин 19-24 с керамическими дисками для тиристоров, охлаждаемых индивидуальными охладителями идентично (см. фиг.6) токосъемным шинам 31-36 с керамическими дисками для тиристоров (см. фиг.1), охлаждаемых общим охладителем 1, позволило упростить конструкцию шин и повысить технологичность, степень унификации и уменьшить стоимость, так как шины отличаются друг от друга только загибами, тогда как все детали и технология сборки абсолютно одинаковы.

Выполнение трубопроводов 17, 18 также с одновитковыми спиралями (см. соответственно фиг.5, 6) дает дополнительную возможность смещения:
- оси штуцера общего охладителя 1 (см. фиг.1) относительно оси штуцера левого верхнего индивидуального охладителя 8 в верхнем неразборном охладителе (трубопроводом 17);
- осей штуцеров правых индивидуальных охладителей 10 и 13 соответственно с верхнего и нижнего неразборных охладителей (трубопроводом 18).

Одновременно деформацией (изменением размеров спиралей) указанных трубопроводов с одновитковыми спиралями осуществляется компенсация температурных деформаций этих трубопроводов в блоке, тем самым также компенсируются предельные отклонения размеров вышеуказанных "наборов" тиристоров с токосъемными шинами как с одной стороны общего охладителя (трубопроводом 17, см. фиг. 1), так и с его обеих сторон (предельное отклонение двух суммарных "наборов", трубопроводов 18).

Штуцер 44 является входным штуцером для подключения входа воды, а штуцер 45 является выходным штуцером для подключения выхода воды. Штуцер 44 (см. фиг. 1, фиг.3) приварен к индивидуальному охладителю 11 нижнего неразборного охладителя, а штуцер 45 приварен к общему охладителю 1 (правое отверстие, см. в сечении А-А). Штуцеры, аналогичные штуцеру 44, приварены к индивидуальным охладителям 8, 10 и 13. Второй штуцер, аналогичный штуцеру 45, приварен к общему охладителю 1 (левое отверстие, см. в сечении А-А). С этим вторым штуцером соединен нижний конец трубопровода 17 (см. фиг.1, 5), верхний конец которого соединен со штуцером 44 индивидуального охладителя 8 верхнего неразборного охладителя (см. фиг.1).

Трубопроводом 18 соединены между собой верхний неразборный охладитель (см. фиг.3) через штуцер индивидуального охладителя 10 с нижним неразборным охладителем через штуцер индивидуального охладителя 13.

Посредством этих соединений получается единая система для прохождения воды через составные части блока в следующей последовательности: входной штуцер 44 нижнего неразборного охладителя, весь нижний неразборный охладитель, трубопровод 18, весь верхний неразборный охладитель, трубопровод 17, штуцер левого отверстия общего охладителя 1, левое отверстие общего охладителя 1, соединительный канал двух отверстий общего охладителя (на фиг. 1 канал не показан) со стороны правого угольника 43, правое отверстие общего охладителя 1 и выходной штуцер 45.

Как видно из описания заявки, блок тиристоров является составной частью статических (полупроводниковых) преобразователей с водяным охлаждением. Конструкция и технология изготовления статических преобразователей с блоками таблеточных тиристоров рассмотрены во многих источниках, общедоступных до даты приоритета изобретения [1, 3, 4].

Таблеточные тиристоры [5] и керамические диски [6] выпускаются серийно по техническим условиям. Плоские трубы с двумя круглыми параллельными отверстиями также выпускаются серийно [7], они описаны в [3], с.251. Индивидуальные охладители различной формы выпускаются промышленностью, например, охладитель круглой формы приведен в [1], с. 183, а охладитель каблукообразной формы использован в преобразователях типа ТВ1, информация о которых приведена в [4] , с.145, 150. В прототипе [2] выбран охладитель каблукообразной формы (см. поясняющие чертежи, приложение 1, охладитель 001). В нашей заявке индивидуальный охладитель выбран также в форме "каблука" (см. фиг.3). Технология его изготовления идентична в [1, 2, 4].

Трубопроводы и штуцерно-ниппельные соединения серийно выпускаются промышленностью [8, 9]. Элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций, в частности сильфоны, примененные в прототипе, также общеизвестны [10] , но они очень трудоемки в изготовлении и выпускаются специализированными предприятиями. Поэтому в настоящей заявке вместо них предложены трубопроводы с одновитковыми спиралями (см. фиг.2), которые очень просты в конструктивном исполнении и технологичны в изготовлении.

Обычная медная труба (диаметром 10, 12 мм) определенной длины заполняется кварцевым песком, концы трубы заглушаются, труба отжигается в печи, затем охлаждается до комнатной температуры и вокруг технологической оправки эллипсовидной формы навивается один виток спирали, при этом выдерживаются необходимые размеры и зазор 38 (см. фиг.2) в пределах 2-3 мм. Концы 39, 40 формируются под определенный радиус, при этом оси концов трубопровода располагаются соосно. После гибки труба освобождается от песка и элемент компенсации осевых смещений и температурных деформаций (трубопровод с одновитковой спиралью) изготовлен.

Токосъемные шины 31-36 (см. фиг.1) могут быть прямоугольными [1], с.183, специальной формы [4] или как в прототипе (см. поясняющие чертежи, приложение 1, шина 176). Гнутая токосъемная шина 19-24 (см. фиг.4) получается гибкой под углом 90^o прямой токосъемной шины 31-36.

Керамический диск к шине и к круглому медному диску (на фиг.4 расположен сверху керамического диска) может быть припаян или соединен с ними клеевым соединением для упрощения сборки блока, чтобы при сборке блока не нарушалась соосность шины, керамического диска и круглого медного диска. Круглый медный диск служит элементом теплопроводности между охладителем, керамическим диском с токосъемной шиной и тиристором (см. фиг.1). Соосность индивидуальных охладителей, тиристоров и токосъемных шин при сборке блока обеспечивается штифтами (см. фиг.1, сечение А-А).

Предлагаемый блок тиристоров внедрен в изделие [11], которое успешно принято госкомиссией в 2000 г. и рекомендовано к серийному выпуску.

Источники информации
1. И. Славик. Конструирование силовых полупроводниковых преобразователей. М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 182-183.

2. Статический преобразователь электрической энергии типа ТПТ-34, МРТУ 16 529768-72, ВНИИСТАНДАРТэлектро, г. Москва, 1972 г.

3. Резинский С.Р., Лабковский B.C. и др. Конструирование силовых полупроводниковых преобразовательных агрегатов. М., "Энергия", 1973 г.

4. Бондаренко Н. Н., Братолюбов В.Б. Низковольтные преобразователи для гальванотехники и электрохимических станков. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 184 с.: ил.

5. Тиристор 2 ТБ 143-400-11-644-В2 ТУ16 729.363-82.

6. Диск керамический металлизированный ДКМ-60/3 - 0,2 ТУ16.525. 190-89.

7. Труба ГПРХ 80х25х15х1400 М1 ТУ 48-21-705-80.

8. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн.2 под ред. П.Н. Учаева - 3 изд., исправл. - М.: Машиностроение, 1988. - 544 с.: ил.

9. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т 3, 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1979, - 557., ил.

10. Андреев Г.Н. и др. Теория механизмов и детали точных приборов: Учеб. пособие для машиностроительных техникумов/ Г.Н. Андреев, Б.Н. Марков, Е.И. Педь - М.: Машиностроение. 1987 г. - 272 с., ил.

11. Инвертор ТУ162000 ИЖРФ435006ТУ.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Блок таблеточных тиристоров с двухсторонним водяным охлаждением тиристоров содержит общий охладитель в виде плоской трубы, шесть таблеточных тиристоров с индивидуальными охладителями для каждого тиристора, установленные в ряд по три тиристора с индивидуальными охладителями каждый по обе стороны общего охладителя, трубопроводы, соединяющие индивидуальный охладитель с общим охладителем и индивидуальные охладители по обе стороны общего охладителя между собой с помощью штуцерно-ниппельных соединений, элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций, токосъемные шины с керамическими дисками. Элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций выполняют в виде трубопроводов с одновитковыми спиралями, причем каждый индивидуальный охладитель среднего тиристора с обеих сторон общего охладителя соединяют с двумя другими соседними индивидуальными охладителями двух других тиристоров непосредственно через трубопроводы с одновитковыми спиралями, образуя при этом неразборный охладитель, в котором индивидуальные охладители имеют возможность перемещения относительно друг друга. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Блок таблеточных тиристоров с двухсторонним водяным охлаждением тиристоров, содержащий общий охладитель в виде плоской трубы, шесть таблеточных тиристоров с индивидуальными охладителями каждого тиристора, установленные в ряд по три тиристора с индивидуальными охладителями каждый по обе стороны общего охладителя, трубопроводы, соединяющие индивидуальный охладитель с общим охладителем и индивидуальные охладители по обе стороны общего охладителя между собой с помощью штуцерно-ниппельных соединений, элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций, токосъемные шины с керамическими дисками, отличающийся тем, что элементы компенсации осевых смещений и температурных деформаций выполнены в виде трубопроводов с одновитковыми спиралями, причем каждый индивидуальный охладитель среднего тиристора с обеих сторон общего охладителя соединен с двумя другими соседними индивидуальными охладителями двух других тиристоров непосредственно через трубопроводы с одновитковыми спиралями, образуя при этом неразборный охладитель, в котором индивидуальные охладители имеют возможность перемещения относительно друг друга. 2. Блок таблеточных тиристоров по п. 1, отличающийся тем, что токосъемные шины с керамическими дисками, охлаждаемые индивидуальными охладителями, выполнены идентично токосъемным шинам с керамическими дисками, охлаждаемым общим охладителем.