МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ШКАФОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТОКА Российский патент 2015 года по МПК H02M7/00 

Изобретение касается модульной системы шкафов преобразователя тока, снабженного модулем фаз, имеющим по меньшей мере один верхний и один нижний вентиль преобразователя тока, при этом каждый вентиль преобразователя тока имеет по меньшей мере две ячейки преобразователя тока и один дроссель ветви, которые включены электрически последовательно.

Такого рода преобразователь тока, который также называется модульным многоуровневым преобразователем (M2LC), известен из DE 101 03 031 A1. Схема замещения такого рода трехфазного преобразователя тока изображена более подробно на фиг.1.

В соответствии с этой схемой замещения этот преобразователь тока имеет три модуля 1, 3 и 5 фаз, которые имеют каждый один верхний и один нижний вентиль T1, T2 или, соответственно, T3, T4 или, соответственно, T5, T6 преобразователя тока и по одному дросселю LT1, LT2 или, соответственно, LT3, LT4 или, соответственно, LT5, LT6 ветви. Каждый вентиль T1, … T6 преобразователя тока этих модулей 1, 3 и 5 фаз имеет по меньшей мере две ячейки 2 преобразователя тока, которые включены электрически последовательно. На изображенной схеме замещения каждый вентиль T1, … T6 преобразователя тока имеет четыре таких ячейки 2 преобразователя тока. Схема замещения ячейки 2 преобразователя тока M2LC более подробно изображена на фиг.2. Каждый дроссель LT1, … LT6 ветви включен электрически последовательно с последовательной схемой нескольких ячеек 2 преобразователя тока вентиля T1, … T6 преобразователя тока. Посредством этих ячеек 2 преобразователя тока вентилей T1, T2 или, соответственно, T3, T4 или, соответственно, T5, T6 преобразователя тока каждого модуля 1 или, соответственно, 3 или, соответственно, 5 фазы этого M2LC на каждом выходе L1 или, соответственно, L2 или, соответственно, L3 каждого модуля 1 или, соответственно, 3 или, соответственно, 5 фазы генерируется ступенчатое выходное напряжение. Чем больше ячеек 2 преобразователя тока применяется на один вентиль T1, … T6 преобразователя тока, тем большее число ступеней регулирования имеет выходное напряжение на выходе L1 или, соответственно, L2 или, соответственно, L3. Чем большее число ступеней регулирования имеют эти выходные напряжения, тем меньше затрата на выходной фильтр.

Конструкция ячейки 2 преобразователя тока, схема замещения которой изображена более подробно на фиг.2, тоже известна из DE 101 03 031 A1. В качестве ячейки 2 преобразователя тока предусмотрена так называемая двухполюсная подсистема 4, которая имеет два отключаемых полупроводника T11 и T12, два диода D11 и D12 и один накопительный конденсатор CSM. Оба отключаемых полупроводника T11 и T12, в частности, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) включены электрически последовательно. Электрически параллельно этой последовательной схеме включен накопительный конденсатор CSM. Каждый диод D11 или, соответственно, D12 включен антипараллельно одному отключаемому полупроводнику T11 или, соответственно, T12. Из-за этого эти диоды D11 и D12 называются также безынерционными диодами. Подключение X2 ячейки 2 преобразователя тока образуется точкой соединения двух отключаемых полупроводников T11 и T12 двухполюсной подсистемы 2, в отличие от чего другое подключение X1 ячейки 2 преобразователя тока образуется отрицательным полюсом накопительного конденсатора CSM, который электрически проводящим соединением соединен с анодным подключением диода D12 и подключением эмиттера отключаемого полупроводника T12. На этих подключениях X1 и X2 ячейки 2 преобразователя тока действует напряжение VX21 ячейки. На накопительном конденсаторе CSM, в частности электролитическом конденсаторе, действует напряжение VSM конденсатора. Амплитуда напряжения VX21 ячейки, в зависимости от состояния переключения двух отключаемых полупроводников T11 и T12, может быть равна амплитуде напряжения VSM конденсатора или составлять 0 В. Другие подробности преобразователя тока в соответствии с фиг.1 и ячейки 2 преобразователя тока в соответствии с фиг.2 содержатся в DE 101 03 031 A1.

На фиг.3 изображена схема замещения так называемого двойного субмодуля 6, который также может применяться в качестве ячейки 2 преобразователя тока. Такого рода двойной субмодуль 6 известен из DE 10 2005 041 087 A1. Этот двойной субмодуль 6 имеет в соответствии со схемой замещения четыре отключаемых полупроводника T11, T12, T21 и T22, в частности, IGBT, четыре диода D11, D12, D21 и D22, и два накопительных конденсатора CSM. Показанный в DE 10 2005 041 087 A1 электронный узел двойного субмодуля 6 здесь явно не изображен. Эти четыре отключаемых полупроводника T11, T12, T21 и T22 включены электрически последовательно. Электрически антипараллельно каждому из этих отключаемых полупроводников T11, T12, T21 и T22 включен один диод D11, D12, D21 и D22. По одному накопительному конденсатору CSM включено электрически параллельно каждым двум включенным электрически последовательно полупроводникам T11, T12, или, соответственно, T21, T22. Эти два накопительных конденсатора CSM, в частности, электролитических конденсатора, кроме того, включены электрически последовательно. Подключение X2 ячейки 2 преобразователя тока образуется точкой соединения двух отключаемых полупроводников T11 и T12, а подключение X1 ячейки 2 преобразователя тока точкой соединения двух отключаемых полупроводников T21 и T22. На этих подключениях X2 и X1 действует напряжение VX21 ячейки, которое в отличие от варианта осуществления ячейки 2 преобразователя тока в соответствии с фиг.2 имеет четыре ступени потенциала. Другие подробности этого двойного субмодуля 6 содержатся в DE 10 2005 041 087 A1.

Так как изображенный на фиг.1 преобразователь тока имеет множество ячеек 2 преобразователя тока в соответствии с фиг.2 и 3, этот преобразователь тока принадлежит к так называемым ячейковым преобразователям тока. К этим ячейковым преобразователям тока относится также ячейковый преобразователь тока «ROBICON Perfect Harmony» ф.Сименс, который более подробно описан в брошюре Сименс под заголовком «Преобразователь для максимальных требований» с номером для заказа E20001-A10-P590 и датой печати 03/2008. Этот известный ячейковый преобразователь тока в качестве ячейки преобразователя тока имеет преобразователь напряжения промежуточного контура, который из трехфазного переменного напряжения генерирует однофазное переменное напряжение. Для этого каждый преобразователь напряжения промежуточного контура имеет со стороны питания шестиполюсный диодный мост, а со стороны нагрузки четырехполюсный мост IGBT. Обе мостовые схемы со стороны постоянного напряжения посредством конденсатора промежуточного контура соединены друг с другом электрически проводящим соединением. Каждая фаза этого ячейкового преобразователя тока имеет четыре ячейки преобразователя тока, который со стороны нагрузки включены электрически последовательно. Каждая ячейка преобразователя тока со стороны питания связана с трехфазной системой вторичной обмотки сетевого трансформатора преобразователя тока. Это значит, представленный в вышеназванной брошюре Сименс ячейковый преобразователь тока имеет трансформатор преобразователя тока, включающий в себя двенадцать трехфазных систем вторичной обмотки. Если на одну фазу ячейкового преобразователя тока применяется шесть ячеек преобразователя тока, необходим уже трансформатор преобразователя тока, включающий в себя восемнадцать трехфазных систем вторичной обмотки. Три фазы этого ячейкового преобразователя тока включены звездой, на свободных концах которой (фазные подключения) может подключаться нагрузка, например, трехфазный электродвигатель. На странице 10 этой брошюры на левом рисунке в середине изображен вентильный шкаф, включающий в себя 12 ячеек преобразователя тока, при этом ячейки преобразователя тока одной фазы расположены в одном этаже вентилей вентильного шкафа рядом друг с другом. Так как этот ячейковый преобразователь тока имеет три фазы, в вентильном шкафу предусмотрены три этажа вентилей, которые расположены на расстоянии друг над другом. В каждом этаже вентилей помещены ячейки преобразователя тока одной фазы, причем эти ячейки внутри одного этажа расположены рядом друг с другом. На этом рисунке можно также видеть дроссельный шкаф, в котором размещен трансформатор преобразователя тока.

Из EP 1 920 528 B1 известен другой вариант осуществления ячейкового преобразователя тока брошюры Сименс, который вместо шестиполюсного диодного моста каждой ячейки преобразователя тока имеет самоуправляемый импульсный преобразователь тока. Такого рода самоуправляемый импульсный преобразователь тока со стороны питания называется также Active Front End (AFE). Благодаря применению AFE для каждой ячейки этого трехфазного ячейкового преобразователя тока энергия может теперь запитываться обратно в сеть. Кроме того, управление этим AFE может осуществляться таким образом, чтобы коэффициент мощности был cos=1 и чтобы напряжение промежуточного контура каждой ячейки преобразователя тока могло регулироваться постоянно на предопределенную величину. Одна из ячеек преобразователя тока в виде блока изображена на фиг.5 этого европейского патента. На фиг.6 этого европейского патента изображена несущая конструкция для помещения нескольких ячеек преобразователя тока. Эта несущая конструкция включает в себя несколько несущих шин, одну печатную плату задней стенки, по две направляющие шины для одной ячейки преобразователя тока и две боковые стенки. Печатная плата задней стенки имеет подключения для каждой ячейки преобразователя тока. Направляющие шины для ячеек преобразователя тока расположены в три этажа на несущих шинах, которые механически соединяют друг с другом две боковые стенки этой несущей конструкции. Эта несущая конструкция выполнена для трехфазного ячейкового преобразователя тока с соответственно тремя ячейками преобразователя тока на одну фазу. Располагаются ли эти ячейки преобразователя тока одной фазы в одном этаже рядом друг с другом или в трех этажах друг над другом, в этом европейском патенте не указано.

Если необходим ячейковый преобразователь тока с более высоким выходным напряжением, которое по амплитуде лежит выше значения выходного напряжения ячейкового преобразователя тока брошюры Сименс, должна быть предусмотрена по меньшей мере одна дополнительная ячейка преобразователя тока на одну фазу. Чтобы можно было изготавливать такого рода ячейковый преобразователь тока, включающий в себя по пять ячеек преобразователя тока на одну фазу, вентильный шкаф должен расширяться на ширину одной ячейки преобразователя тока. Одновременно трансформатор преобразователя тока должен снабжаться дополнительными тремя трехфазными системами вторичной обмотки. Эти три дополнительные ячейки преобразователя тока должны соединяться каждая с одной дополнительной трехфазной системой вторичной обмотки трансформатора преобразователя тока со стороны питания электрически проводящим соединением, а со стороны выхода включаться электрически последовательно с уже имеющимися четырьмя ячейками преобразователя тока одной фазы.

В брошюре Сименс «Водоохлаждаемый селективный преобразователь среднего напряжения» с номером для заказа E20001-A40-P590, опубликованной в июле 2009 года, описано, как общая ширина преобразователя напряжения промежуточного контура с ячейковым преобразователем тока со стороны нагрузки увеличивается с повышением выходного напряжения преобразователя, при этом изменение зависит от увеличения ширины вентильного шкафа. В соответствии с обеими вышеназванными брошюрами семейство преобразователей тока «ROBICON Perfect Harmony» для различных выходных напряжений имеет в каждом случае преобразователь, включающий в себя несколько шкафов. Это семейство преобразователей не может индивидуально адаптироваться к любым выходным напряжениям.

Поэтому в основе изобретения лежит задача, предложить модульную систему шкафов преобразователя тока для преобразователя тока, включающего в себя множество ячеек преобразователя тока, который может просто индивидуально адаптироваться к различным выходным напряжениям преобразователя тока.

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения.

Благодаря тому, что ячейки преобразователя тока вентилей преобразователя тока модулей фаз вышеназванного преобразователя тока размещаются в двух вентильных шкафах, при этом дроссели ветвей дополнительно встроены в отдельный дроссельный шкаф, каждый вентильный шкаф отдельно с дроссельным шкафом или комбинация двух вентильных шкафов с дроссельным шкафом или комбинация одного вентильного шкафа с дроссельным шкафом может комбинироваться с получением шкафа преобразователя тока. Благодаря применению по меньшей мере одного первого и/или второго вентильного шкафа конструкция преобразователя тока может адаптироваться к требуемому выходному напряжению преобразователя тока.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления модульной системы шкафов преобразователя тока первый вентильный шкаф имеет две сотовые ячейки на один этаж вентилей, в отличие от чего второй вентильный шкаф имеет четыре сотовые ячейки на один этаж вентилей. Вследствие этого второй вентильный шкаф имеет вдвое больше сотовых ячеек на один этаж вентилей, благодаря чему посредством комбинирования первого и второго вентильного шкафа или, соответственно, первого и нескольких вторых вентильных шкафов могут строиться вентили ячейкового преобразователя тока с ячейками преобразователя тока в количестве двух, четырех, шести, восьми, … Это значит, выходное напряжение преобразователя тока может повышаться шагами, равными двум напряжениям ячейки. Благодаря этому предлагаемая изобретением модульная система шкафов преобразователя тока без больших усилий может индивидуально адаптироваться к требуемому выходному напряжению преобразователя тока.

Как уже упомянуто, каждый вентильный шкаф имеет несколько этажей вентилей, которые расположены на расстоянии друг над другом. На каждом этаже вентилей размещаются ячейки преобразователя тока одного вентиля преобразователя тока одного модуля фазы вышеназванного ячейкового преобразователя тока. При трехфазном исполнении этот ячейковый преобразователь тока имеет три модуля фаз с двумя вентилями преобразователя тока каждый. Каждый модуль фазы имеет также два дросселя ветвей, которые соединены электрически проводящим соединением с одним верхним или одним нижним вентилем преобразователя тока. Точка соединения этих двух дросселей ветвей образует выход L1 или, соответственно, L2 или, соответственно, L3 фазы, к которому может присоединяться подключение нагрузки. Таким образом, первый и второй вентильный шкаф имеет шесть этажей вентилей. В каком этаже вентилей размещаются ячейки преобразователя тока одного из шести вентилей преобразователя тока, сначала точно не предписано.

Однако если придается значение простой ошиновке со стороны постоянного напряжения и/или со стороны дросселя, размещение ячеек преобразователя тока каждого вентиля ячейкового преобразователя тока больше не является произвольным.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления ячейки преобразователя тока верхнего и нижнего вентиля преобразователя тока каждого модуля фазы многофазного ячейкового преобразователя тока размещаются в соседних этажах вентилей. Благодаря этому каждый этаж вентилей со стороны дросселя может непосредственно соединяться электрически проводящим соединением с дросселем ветви соответствующего этажа фаз дроссельного шкафа. Ошиновка со стороны постоянного напряжения сложнее, так как вентили преобразователя тока, которые соединены электрически проводящим соединением с потенциалом постоянного напряжения, расположены в каждом втором этаже вентилей вентильного шкафа.

В другом предпочтительном варианте осуществления модульной системы шкафов преобразователя тока вентили преобразователя тока модулей фаз вышеназванного ячейкового преобразователя тока распределены по этажам вентилей вентильного шкафа таким образом, что ячейки преобразователя тока верхних вентилей преобразователя тока трех модулей фаз размещены в трех верхних этажах вентилей, а ячейки преобразователя тока нижних вентилей преобразователя тока трех модулей фаз в трех нижних этажах вентилей. Благодаря этому токовые шины положительного потенциала постоянного напряжения и токовые шины отрицательного потенциала постоянного напряжения пространственно отделены друг от друга. Это значит, ошиновка этажей вентилей вентильного шкафа на стороне постоянного напряжения получается особенно простой. Однако надо смириться с тем, что ошиновка со стороны дросселя получается сложнее.

В другом предпочтительном варианте осуществления модульной системы шкафов преобразователя тока ячейки преобразователя тока нижних вентилей преобразователя тока трех модулей фаз ячейкового преобразователя тока размещены в верхних трех этажах вентильного шкафа, так что ячейки преобразователя тока верхних вентилей преобразователя тока трех модулей фаз теперь размещены в нижних трех этажах вентилей вентильного шкафа. При этом ячейки преобразователя тока нижних вентилей преобразователя тока в верхних этажах вентилей и ячейки преобразователя тока верхних вентилей преобразователя тока в нижних этажах вентилей распределены таким образом, что ячейки преобразователя тока нижнего и верхнего вентиля преобразователя тока одного модуля фазы размещены в соседних этажах вентилей. Благодаря этому ошиновка на стороне постоянного напряжения вентильного шкафа остается неизменно простой, при этом потенциалы поменяны местами. Ошиновка со стороны дросселя при этом расположении упрощается, так как по меньшей мере вентили преобразователя тока одного модуля фазы размещены в соседних этажах вентилей, благодаря чему соответствующие дроссели ветвей в дроссельном шкафу могут соединяться непосредственно с этими вентилями преобразователя тока.

Исполнение несущей конструкции вентильного шкафа, в которой размещаются множество ячеек ячейкового преобразователя тока, содержится в зависимых пунктах 14-18 формулы изобретения.

Так как внутри вентильного шкафа возникают различные потенциалы напряжения, несущая конструкция состоит из электрически изолирующего материала. Эта несущая конструкция выполнена таким образом, что в каждом этаже вентилей рядом друг с другом расположено соответствующее количество сотовых ячеек. Размер этих сотовых ячеек выбран таким образом, что в каждой сотовой ячейке может помещаться одна ячейка преобразователя тока одного вентиля преобразователя тока. Благодаря сотовому исполнению помещенные ячейки преобразователя тока ограждены со всех сторон, так что последствия неисправности одной ячейки преобразователя тока остаются локально ограниченными.

Для дополнительного пояснения изобретения ссылаемся на чертеж, на котором схематично наглядно показан один из вариантов осуществления предлагаемой изобретением модульной системы шкафов преобразователя тока.

На фиг.1 показана схема замещения трехфазного ячейкового преобразователя тока,

на фиг.2 изображена схема замещения ячейки ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1,

на фиг.3 показана другая схема замещения ячейки ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1,

на фиг.4 показана ячейка ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1,

на фиг.5 изображены несущая конструкция первого и второго вентильного шкафа модульной системы шкафов преобразователя тока в соответствии с изобретением в перспективе рядом друг с другом,

на фиг.6 показан вариант осуществления одного модульного шкафа преобразователя тока модульной системы шкафов преобразователя тока,

на фиг.7-9 изображены различные схемы занятости этажей вентилей ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1.

На фиг.4 изображена ячейка 2 преобразователя тока согласно схеме замещения в соответствии с фиг.3. Эта ячейка 2 преобразователя тока имеет два блока, а именно, один блок 8 полупроводников и один блок 10 конденсаторов. Оба эти блока 8 и 10 механически и электрически соединены друг с другом. Блок 10 конденсаторов, наряду с множеством электролитических конденсаторов, имеет также пакет токовых шин, с помощью которого эти электролитические конденсаторы включены друг с другом электрически последовательно и/или электрически параллельно. В соответствии со схемой замещения фиг.3 блок 10 конденсаторов имеет три подключения, который соединены электрически проводящим соединением с тремя подключениями 12, 14 и 16 блока 8 полупроводников. В этом блоке 8 полупроводников, наряду с полупроводниками T11, T12, T21, T22, D11, D12, D21 и D22 размещены пакет токовых шин и охладитель 18 для этих вышеназванных полупроводников. С помощью этого пакета токовых шин эти отключаемые полупроводники T11, T12, T21, T22 и их безынерционные диоды D11, D12, D21 и D22 соединены друг с другом согласно схеме замещения фиг.3.

На фиг.5 изображены две несущие конструкции 20 и 22 первого и второго вентильного шкафа 24 и 26. Каждая несущая конструкция 20 и 22 имеет две боковые стенки 28 и 30 или, соответственно, 32 и 34, которые посредством распорок 36 или, соответственно, 38 удалены на расстояние друг от друга. Из этих распорок 36 и 38 на этом изображении видны только верхние. Боковые стенки 28, 30, 32 и 34 имеют с передней стороны множество выемок 40, которые расположены каждая в узких сторонах 42 боковых стенок 28, 30, 32 и 34. В каждой выемке 40 двух боковых стенок 28, 30 или, соответственно, 32, 34. В каждой выемке 40 двух боковых стенок 28, 30 или, соответственно, 32, 34 несущей конструкции 20 или, соответственно, 22 первого или, соответственно, второго вентильного шкафа 24 или, соответственно, 26 расположена поперечина 44. Между каждыми двумя поперечинами 44 находится один этаж V1, V2, V3, V4, V5, V6 вентилей, которые в соответствии с несущей конструкцией 20 первого вентильного шкафа 24 имеют две сотовые ячейки 46, а в соответствии с несущей конструкцией второго вентильного шкафа по четыре сотовые ячейки 46. Каждая сотовая ячейка 2 выполнена таким образом, что может помещаться одна ячейка 2 преобразователя тока в соответствии с фиг.4.

На фиг.6 более подробно изображен один из вариантов осуществления предлагаемой изобретением модульной системы шкафов преобразователя тока. Эта модульная система шкафов преобразователя тока имеет один первый вентильный шкаф 24, один второй вентильный шкаф 26 и один дроссельный шкаф 48. В первом вентильном шкафу 24 размещена несущая конструкция 20 фиг.4, при этом каждая сотовая ячейка 46 этой несущей конструкции 20 уже имеет одну ячейку 2 модульного трехфазного ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1. Несущая конструкция 22 фиг.4 размещена во втором вентильном шкафу 26. Ее сотовые ячейки 46 также укомплектованы ячейками 2 модульного трехфазного ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1. По этому варианту осуществления модульного трехфазного ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1 ячейки 2 преобразователя тока каждого вентиля T1, … T6 преобразователя тока включены электрически последовательно. Эта последовательная схема ячеек 2 преобразователя тока осуществляется посредством токовых шин 50 с передней стороны этих двух вентильных шкафов 24 и 26. Для этого каждая токовая шина 50 соединяет подключение X1 первой ячейки 2 преобразователя тока с подключением X2 следующей ячейки 2 преобразователя тока всегда внутри одного этажа V1, … V6 вентилей. Подключения X1 или, соответственно, X2 второй ячейки 2 преобразователя тока каждого этажа V1, … V6 вентилей первого вентильного шкафа 24 соединены посредством токовой шины 50 с подключением X2 или, соответственно, X1 первой ячейки 2 преобразователя тока каждого этажа V1, … V6 вентилей электрически проводящим соединением. Подключение X2 или, соответственно, X1 четвертой ячейки 2 преобразователя тока каждого этажа V1, … V6 вентилей второго вентильного шкафа 26 всегда посредством токовой шины 52 соединено электрически проводящим соединением с дросселем LT1, … LT6 ветви дроссельного шкафа 48. Каждая точка соединения двух дросселей LT1, LT2 или, соответственно, LT3, LT4 или, соответственно, LT5, LT6 ветвей каждого этажа P1, P2 или, соответственно, P3 фаз выведена, например, сзади вверх или вниз из этого дроссельного шкафа 48, так что может подключаться машина с вращающимся магнитным полем. При этом варианте осуществления двух вентильных шкафов 24 и 26 предлагаемой изобретением модульной системы шкафов преобразователя тока сотовые ячейки 46 этажей V1, … V6 вентилей согласно схеме занятости в соответствии с фиг.9 укомплектованы ячейками преобразователя тока в соответствии с фиг.4. Эта изображенная на фиг.6 модульная система шкафов преобразователя тока имеет, в отличие от схемы замещения модульного ячейкового преобразователя тока в соответствии с фиг.1, шесть ячеек 2 преобразователя тока на один вентиль T1, … T6 преобразователя тока вместо четырех ячеек 2 преобразователя тока, которые распределены между первым и вторым вентильным шкафом 24 и 26. Если бы преобразователь тока согласно схеме замещения был реализован в виде системы шкафов преобразователя тока в соответствии с фиг.1, то только второй вентильный шкаф 26 должен был бы соединяться с дроссельным шкафом 48. Другой вариант осуществления этой системы шкафов преобразователя тока заключается в том, что первый вентильный шкаф 24 соединяется с дроссельным шкафом 48. В других вариантах осуществления системы шкафов преобразователя тока по меньшей мере два вторых вентильных шкафа 26 соединены с дроссельным шкафом 48 или, соответственно, по меньшей мере два вторых вентильных шкафа 26 и один первый вентильный шкаф 24 и один дроссельный шкаф 48 соединены друг с другом электрически проводящим соединением.

С помощью двух основных типов вентильных шкафов (вентильные шкафы 24 и 26) и одного дроссельного шкафа 48 может всегда строиться система шкафов преобразователя тока, которая в каждом случае отличается количеством примененных ячеек 2 преобразователя тока. Отдельные конфигурации систем шкафов преобразователя тока всегда отличаются в каждом случае двумя ячейками 2 преобразователя тока на один вентиль T1, … T6 преобразователя тока. Это значит, что выходное напряжение преобразователя тока от одной конфигурации к другой повышено на удвоенное напряжение UX21 ячейки. Таким образом может создаваться система шкафов преобразователя тока, которая может индивидуально просто адаптироваться к желаемому напряжению преобразователя тока.

На фиг.7 показана первая схема занятости шести этажей V1, … V6 вентилей ячейками 2 преобразователя тока модульного преобразователя тока согласно схеме замещения в соответствии с фиг.1. Согласно этой схеме замещения каждый вентиль T1, … T6 преобразователя тока имеет четыре ячейки 2 преобразователя тока, которые включены электрически последовательно. Согласно этой схеме замещения три верхних вентиля T1, T3 и T5 преобразователя тока подключены каждый первым подключением к шине P0 положительного потенциала, в то время как их вторые подключения соединены электрически проводящим соединением с одним подключением дросселя LT1, LT3 или LT5 ветви. Нижние вентили T2, T4 и T6 подключены каждый первым подключением к шине N0 отрицательного потенциала, в то время как их вторые подключения соединены электрически проводящим соединением с одним подключением дросселя LT2, LT4 или LT6 ветви. Каждая точка соединения двух дросселей LT1, LT2 или, соответственно, LT3, LT4 или, соответственно, LT5, LT6 ветвей одной фазы 1 или, соответственно, 3 или, соответственно, 5 образует выход L1 или, соответственно, L2 или, соответственно, L3 преобразователя тока.

Оба вентильных шкафа 24 и 26 для каждого вентиля T1, … T6 преобразователя тока имеют один этаж V1, … V6 вентилей, который, например, пронумерованы сверху вниз. Каждый трехфазный модульный ячейковый преобразователь тока имеет шесть вентилей T1, … T6 преобразователя тока, в отличие от чего однофазный модульный ячейковый преобразователь тока имеет только четыре вентиля T1, … T6 преобразователя тока. Таким образом, оба вентильных шкафа 24 и 26 соответственно количеству имеющихся вентилей T1, … T6 преобразователя тока должны иметь этажи V1, … V6 вентилей, которые должны быть расположены друг над другом в вентильном шкафу 24 или, соответственно, 26 либо с возрастанием, либо с убыванием. На трех схемах занятости в соответствии с фиг.7-9 расположены шесть этажей вентилей, начиная снизу, с убыванием (начиная сверху, с возрастанием).

Согласно схеме занятости фиг.7 ячейки 2 преобразователя тока вентиля T1 преобразователя тока расположены в первом этаже V1 вентилей, а ячейки преобразователя тока вентиля T2 преобразователя тока во втором этаже V2 вентилей. Ячейки 2 преобразователя тока вентилей T3 или, соответственно, T4 второго модуля 3 фазы расположены в этаже V3 или, соответственно, V4 вентилей. Ячейки 2 преобразователя тока вентилей T5 и T6 третьего модуля 5 фазы модульного преобразователя тока расположены в этажах V5 и V6 вентилей. Это значит, что ячейки 2 преобразователя тока вентилей T1, T2 или, соответственно, T3, T4 или, соответственно, T5, T6 преобразователя тока каждого модуля 1 или, соответственно, 3 или, соответственно, 5 фазы размещены в двух соседних этажах V1, V2 или, соответственно, V3, V4 или, соответственно, V5, V5 вентилей. С помощью этой схемы занятости дроссели LT1, LT2 или, соответственно, LT3, LT4 или, соответственно, LT5, LT6 ветвей каждого модуля 1, 3 и 5 фазы могут соединяться с вентилями T1, T2 или, соответственно, T3, T4 или, соответственно, T5, T6 преобразователя тока соответствующих модулей фаз. Это значит, ошиновка подключений дросселей ветвей получается особенно простой. Ошиновка верхних вентилей T1, T3 и T5 преобразователя тока и нижних вентилей T2, T4 и T6 преобразователя тока получается несколько более трудоемкой, так как вентили T1, T3 и T5 или, соответственно, T2, T4, T6 преобразователя тока, которые соединены электрически проводящим соединением с шиной P0 или, соответственно, N0 положительного или, соответственно, отрицательного потенциала, расположены в находящихся на расстоянии этажах V1, V3, V5 или, соответственно, V2, V4, V6 вентилей.

Когда, напротив, согласно схеме занятости фиг.8 ячейки 2 преобразователя тока верхних вентилей T1, T3 и T5 преобразователя тока размещены в соседних верхних этажах V1, V2, V3 вентилей, а ячейки 2 преобразователя тока нижних вентилей T2, T4 и T6 преобразователя тока в нижних соседних этажах V4, V5, V6 вентилей, упрощается ошиновка на стороне постоянного напряжения, при этом шина P0 и N0 положительного и отрицательного потенциала могут располагаться на расстоянии друг от друга. Недостатком этой схемы занятости является более сложная ошиновка дросселей LT1, … LT6 ветвей, так как всегда два вентиля T1, T2 или, соответственно, T3, T4 или, соответственно, T5, T6 преобразователя тока одного модуля фазы пространственно отделены друг от друга всегда двумя этажами V1, V2 или, соответственно, V3, V4 или, соответственно, V5, V5 вентилей.

На фиг.9 изображена другая схема занятости этажей V1, … V6 вентилей вентильных шкафов 24 и 26 с ячейками 2 преобразователя тока вентилей T1, … T6 преобразователя тока. Эта схема занятости отличается от схемы занятости в соответствии с фиг.8 тем, что расположение верхних и нижних вентилей T1, T3 и T5 и T2, T4 и T6 преобразователя тока внутри вентильного шкафа 24 или, соответственно, 26 поменяны местами. Это значит, верхние вентили T1, T3 и T5 преобразователя тока теперь расположены в нижних этажах V4, V5, V6 вентилей, а нижние вентили T2, T4 и T6 модульного преобразователя тока в соответствии с фиг.1 в верхних этажах V1, V2, V3 вентилей. Дополнительно размещение ячеек 2 преобразователя тока вентилей T4, T6 и T1, T3 преобразователя тока в этажах V2, V3 и V4, V5 поменяно местами таким образом, что теперь в соседних этажах V3 и V4 вентилей размещены вентили T4 и T3 преобразователя тока модуля 3 фазы. Благодаря этому дроссели LT3 и LT4 ветвей второго модуля 3 фазы могут непосредственно соединяться электрически проводящим соединением с подключением вентиля T3 и T4 преобразователя тока. Таким образом, упрощается сложная ошиновка схемы занятости в соответствии с фиг.8, без изменения простой ошиновки на стороне постоянного напряжения.

Благодаря тому, что ячейки 2 преобразователя тока каждого вентиля T1, … T6 модульного многофазного ячейкового преобразователя тока расположены рядом друг с другом в одном этаже V1, … V6 вентилей, и в соответствии с изобретением два различных вентильных шкафа 24 и 26 вместе или отдельно ошиновываются с одним дроссельным шкафом 48, каждый модульный многофазный ячейковый преобразователь тока без больших усилий может индивидуально адаптироваться к требуемым выходным напряжениям преобразователя тока.

Изобретение касается модульной системы шкафов преобразователя тока, снабженного по меньшей мере одним модулем (1, 3, 5) фазы, имеющим один верхний и один нижний вентиль (T1, … T6) преобразователя тока, при этом каждый вентиль (T1, … T6) преобразователя тока имеет по меньшей мере две ячейки (2) преобразователя тока и один дроссель (LT1, … LT6) ветви, которые включены электрически последовательно. В соответствии с изобретением модульная система шкафов преобразователя тока включает в себя первый вентильный шкаф (24), второй вентильный шкаф (26) и дроссельный шкаф (48), при этом вентильные шкафы (24, 26) имеют каждый несколько находящихся на расстоянии друг над другом, имеющих несколько расположенных рядом друг с другом сотовых ячеек (46) этажей (V1, … V6) вентилей, при этом дроссельный шкаф (48) имеет несколько находящихся на расстоянии друг над другом этажей (P1, P2, P3) фаз, и при этом каждые два этажа (V1, V2, V3, V4, V5, V6) вентилей по меньшей мере одного вентильного шкафа (24, 26) соединены электрически проводящим соединением каждый с одним этажом (P1, P2, P3) фаз дроссельного шкафа (48), которые расположены рядом друг с другом. Технический результат - получают систему шкафов преобразователя тока, которая может просто индивидуально адаптироваться к различным выходным напряжениям преобразователя тока. 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Модульная система шкафов преобразователя тока, снабженного по меньшей мере одним модулем (1, 3, 5) фазы, имеющим один верхний и один нижний вентиль (Т1,... Т6) преобразователя тока, при этом каждый вентиль (Т1,... Т6) преобразователя тока имеет по меньшей мере две ячейки (2) преобразователя тока и один дроссель (L_T1,…, L_T6) ветви, которые включены электрически последовательно, включающая в себя первый вентильный шкаф (24), второй вентильный шкаф (26) и дроссельный шкаф (48), при этом вентильные шкафы (24, 26) имеют каждый несколько находящихся на расстоянии друг над другом, имеющих несколько расположенных рядом друг с другом сотовых ячеек (46) этажей (V1,..., V6) вентилей, при этом дроссельный шкаф (48) имеет несколько находящихся на расстоянии друг над другом этажей (Р1, Р2, Р3) фаз, и при этом каждые два этажа (V1, V2, V3, V4, V5, V6) вентилей по меньшей мере одного вентильного шкафа (24, 26) соединены электрически проводящим соединением каждый с одним этажом (P1, P2, Р3) фаз дроссельного шкафа (48), которые расположены рядом друг с другом.

2. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что первый вентильный шкаф (24) имеет две сотовые ячейки (46) на один этаж (V1,…, V6) вентилей.

3. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что второй вентильный шкаф (26) имеет четыре сотовые ячейки (46) на один этаж (V1,…, V6) вентилей.

4. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что ячейки (2) преобразователя тока верхней и нижней ветви (Т1, Т2; Т3, Т4; Т5, Т6) вентилей каждого модуля (1, 3, 5) фазы расположены в сотовых ячейках (46) соседних этажей (V1, V2; V3, V4; V5, V6) вентилей вентильного шкафа (24, 26).

5. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что ячейки (2) преобразователя тока каждого верхнего вентиля (T1, T3, Т5) преобразователя тока модулей (1, 3, 5) фаз преобразователя тока и ячейки (2) преобразователя тока каждого нижнего вентиля (Т2, Т4, Т6) преобразователя тока модулей (1, 3, 5) фаз преобразователя тока расположены всегда в соседних этажах (V1, V2; V3, V4; V5, V6) вентилей вентильного шкафа (24, 26).

6. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 5, отличающаяся тем, что ячейки (2) преобразователя тока верхних вентилей (T1, T3, Т5) расположены на верхних этажах (V1, V2, V3) вентилей вентильного шкафа (24, 26), причем эта последовательность соответствует последовательности модулей (1, 3, 5) фаз преобразователя тока.

7. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 5, отличающаяся тем, что ячейки (2) преобразователя тока нижних вентилей (Т2, Т4, Т6) преобразователя тока расположены в верхних этажах (V1, V2, V3) вентилей вентильного шкафа (24, 26), при этом последовательность нижних и верхних вентилей (T2, T4; Т6, Т1; Т3, Т5) преобразователя тока модулей (1, 3, 5) фаз в верхних и нижних этажах (V1, V2; V3, V4; V5, V6) вентилей выбрана таким образом, что один нижний и один верхний вентиль (Т4, Т3) одного модуля (1, 3, 5) фазы расположены в соседних этажах (V3, V4) вентилей.

8. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что первый вентильный шкаф (24) и дроссельный шкаф (48) соединены друг с другом электрически проводящим соединением.

9. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что второй вентильный шкаф (26) и дроссельный шкаф (48) соединены друг с другом электрически проводящим соединением.

10. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что первый вентильный шкаф (24), второй вентильный шкаф (26) и дроссельный шкаф (48) соединены друг с другом электрически проводящим соединением.

11. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что два вторых вентильных шкафа (26) и дроссельный шкаф (48) соединены друг с другом электрически проводящим соединением.

12. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что один первый вентильный шкаф (24), два вторых вентильных шкафа (26) и дроссельный шкаф (48) соединены друг с другом электрически проводящим соединением.

13. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что три вторых вентильных шкафа (26) и дроссельный шкаф (48) соединены друг с другом электрически проводящим соединением.

14. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что этажи (V1,... V6) вентилей одного вентильного шкафа (24, 26) расположены на расстоянии друг над другом между двумя боковыми стенками (28, 30; 32, 34).

15. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 14, отличающаяся тем, что две боковые стенки (28, 30; 32, 34) посредством двух распорок (36, 38) над верхним этажом (V1) вентилей и двух распорок (36, 38) под нижним этажом (V6) вентилей удалены на расстояние друг от друга.

16. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 14, отличающаяся тем, что каждая боковая стенка (28, 30; 32, 34) с передней стороны имеет выемку (40) для каждого этажа (V1,..., V6) вентилей.

17. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 16, отличающаяся тем, что в каждом случае в выемках (40) двух удерживаемых на расстоянии боковых стенок (28, 30; 32, 34) расположены поперечины (44).

18. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 17, отличающаяся тем, что образованная из боковых стенок (28, 30; 32, 34), распорок (36, 38) и поперечин (44) несущая конструкция (20, 22) множества ячеек (2) преобразователя тока вентильного шкафа (24, 26) состоит из электрически изолирующего материала.

19. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве ячейки (2) преобразователя тока предусмотрена двухполюсная подсистема (4), которая имеет два включенных электрически последовательно отключаемых полупроводника (T₁₁, T₁₂) каждый с антипараллельно включенным диодом (D_1l и D₁₂) и один накопительный конденсатор (С_sм), причем этот конденсатор включен электрически последовательно этой последовательной схеме.

20. Модульная система шкафов преобразователя тока по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве ячейки (2) преобразователя тока предусмотрен двойной субмодуль (6), который имеет четыре включенных электрически последовательно отключаемых полупроводника (T₁₁, T₁₂, T₂₁, Т₂₂) каждый с антипараллельно включенным диодом (D₁₁, D₁₂, D₂₁, D₂₂) и два накопительных конденсатора (C_sm), причем эти два накопительных конденсатора (C_sm) включены с одной стороны электрически последовательно, а с другой стороны каждый электрически параллельно последовательной схеме двух отключаемых полупроводников (Т₁₁, Т₁₂, T₂₁, T₂₂).