Вентильный преобразователь Советский патент 1993 года по МПК H01L25/00 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения заданного распределения нагрузки между параллельными силовыми элементами мнйграмперных полупроводниковых преобразователей.

Целью настоящего изобретения является увеличение мощности преобразователя путем выравнивания нагрузки между .параллельными модулями.

На фиг.1 изображена конструкция вентильного преобразователя, фронтальный вид; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.З - вариант конструкции токоподводящих шин.

Вентильный преобразователь (фиг.1 и 2) содержит параллельно включенные модули 1-5. сборные шины переменного тока 6, сборные шины постоянного тока 7 и токоподво- дящие шины переменного тока 8.

Модули 1-5, представляющие собой шкафы с трехфазной мостовой схемой включения силовых полупроводниковых элементов (фиг.2), имеют вводы переменного тока 9 и вводы постоянного тока 10 расположенные с противоположных сторон модулей 1-5. С помощью этих в водов 9 и 10 модули 1-5 подключаются к сборным шинам постоянного 7 и переменного 6 тока, объединяясь таким образом, на параллельную работу. На сборных шинах переменного тока 6 имеются точки токоподвода 11, в которых осуществляется подвод тока к сборным шинам 6 с помощью токоподводящих шин переменного тока 8. Токо под водящие шины переменного тока 8

со

ю

g

ю о

расположены вдоль сборных шин переменного тока б одноименных фаз.

Во время работы преобразователя активные сопротивления и индуктивности участников сборных шин между точками подключения к ним модулей вызывают небаланс токов между параллельно включенными модулями. Для преобразователя, конструкция которого представлена на фиг. 1 и 2 и в котором нзт токоподводящих шин, медные сборные шины переменного тока имеют сечение 1920 мм каждая и удалены друг от друга на расстояние 210 мм, а медные сборные шины постоянного тока имеют сечение 2400 мм, пять вентильных модулей подключены к сборным шинам с шагом 600 мм, выполнены расчеты небаланса токов между параллельными модулями. Результаты расчетов сведены в табл.1. В табл.1 плечи трехфазного моста, обозначенные на фиг.2 римскими цифрами I, Н,.„,У, названы группами и обозначены арабскими цифрами, а вентильные модули названы ветвями.

Из табл.1 следует, что в случае отсутствия токоподводящих шин переменного тока небаланс токов во всех плечах преобразователя составляет существенную величину (до 36,2% в четвертом плече пятого модуля). При этом, следует подчеркнуть, наиболее загруженным является пятый модуль (пятые ветви каждой группы параллельных вентилей), а наименее загруженным - первый модуль.

Для выравнивания нагрузок параллельных модулей токоподводящие шины переменного тока, расположены вдоль сборных шин переменного тока одноименных фаз. При этом за счет взаимных индуктивностей между токоподводящими шинами и сборными шинами на участках сборных шин появляются ЭДС взаимоиндукции, направленные навстречу текам небаланса. Величины этих ЭДС определяются коэффициентом взаимной индуктивности, а значит расстоянием h между шинами ввода и сборными шинами. Меняй величину h можно добиться требуемой компенсации небаланса токов.

Для рассматриваемой конструкции преобразователя проведены расчеты по определению величин h для каждой фазы, обеспечивающих минимальный небаланс токов. Расчеты показали (табл.2), что минимальный небаланс токов 8,4% получается при величине h для фазы А 155 мм, для фазы В 49 и для фазы С 47 мм. Указанные величины Ь являются оптимальными. Увеличение их приведет к перегрузке пятого модуля, уменьшение - к перегрузке первого модуля. При изменении параметров конструкции преобразователя - сечения сборных

шин, расстояние между ними, расстояния между точками подключения модулей к сборным шинам - оптимальные величины h могут измениться.

Для более полной компенсации небаланса токов следует уменьшить компенсирующую ЭДС на участке между точками подключения к сборным шинам переменного тока первого и второго модулей. Для этого необходимо увеличить расстояние между токоподводящими шинами и сборными шинами на этом участке. Если этого недостаточно, следует подобрать требуемое расстояние на других участках, переходя от

линейной формы токоподводящих шин к ступенчатой (фиг.З). Изменяя определенным образом величины а, ,Ь, с и d (фиг.З) для каждой фазы можно добиться требуемой компенсации небаланса токов. Так, например, при заданных в табл.4 величинах а, Ь, с и d небаланс токов в предлагаемом преобразователе не превысит 4% (табл.3).

Анализ влияния токоподводящих шин переменного тока на компенсацию небалан

са токов показывает, а расчет подтверждает,

что соотношение между величинами а, Ь, с и d(фиг.З)должно быть следующими Ь с2: d, т.е. преобразователь должен быть выполнен с увеличивающимся по мере удаления от

точек токоподвода расстоянием между токоподводящими шинами и сборными шинами переменного тока. При этом для упрощения токоподводяш,ие шины могут иметь линейную форму и находиться под

определенным углом к сборным шинам. Угол наклона можно определить либо опытным, либо расчетным путем.

При разработке систем охлаждения полупроводниковых преобразователей не

всегда удается обеспечить равную эффективность охлаждения силовых элементов. Так, например, при последовательной подаче хладагента к силовым элементам в худших условиях будет работать последний

элемент в последовательной цепочке. Поэтому, чтобы его температура не превысила температуры других элементов необходимо снизить его нйгрузку.

Предлагаемое изобретение позволяет в

ряде преобразователей распределить нагрузку между силовыми элементами в соответствии с эффективностью их охлаждения с тем, чтобы выровнять температуры силовых элементов и таким образом, получить

наибольшую мощность преобразователя. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Вентильный преобразователь, содержащий параллельно, включенные модули, в которых вводы переменного тока и вводы

постоянного тока выполнены с противоположных сторон модулей, сборные шины переменного тока и сборные шины постоянного тока, объединяющие модули на параллельную работу и содержащие точки токовода, в которых выполнен подвод, тока :: сборным шинам, то ко под водящие шины переменного тока, которые подключены к сборным шинам переменного тока в точках токоподвода, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности преобразователя путем выравнивания нагрузки между параллельными модулями, токоподводящие шины переменного тока расположены вдоль сборных шин переменного тока одноименных фаз в каправлении наименее загруженных модулей. 2. Преобразователь по п. 1. о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что он выполнен с увеличивающимся по мере удаления от точек токоподвода расстоянием между токоподводящими

шинами и сборными шинами переменного тока.-

Таблица 1

Область использования: для обеспечения заданного распределения нагрузки между параллельными силовыми элементами многоамперных полупроводниковых преобразователей. Вентильный преобразователь содержит параллельно включенные модули, сборны шины переменного тока, сборные шины постоянного тока и токопод- водящие шины переменного тока. Модули имеют вводы переменного тока и вводы постоянного тока, расположенные с противоположных сторон модулей. С помощью вводов модули подключаются к -сборным шинам постоянного и переменного тока, объединяясь на параллельную работу. На сборных шинах имеются точки токоподвода, в которых осуществляется подвод тока с помощью токоподводящих шин переменного тока, которые расположены вдоль сборных шин переменного тока одноименных фаз, причем так, что расстояние между токопод- водящими шинами и сборными шинами увеличивается по мере удаления от точек токоподвода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил, 1 табл. ел С

Таблица 2

Таблица 3

Т а б л и ц а 4