UA141631U - DEVICE OF PROTECTION OF POWER CONVERTER POWER CELLS - Google Patents

Abstract

Пристрій захисту силових комірок перетворювача частоти (ПЧ) містить комутаційний механізм, який включає вакуумний роз'єднувач, зв'язаний з фіксатором, що приводиться у дію від електропривода, а також замикаючу пружину і блок живлення електропривода. Пристрій виконаний у вигляді модуля у корпусі моноблокової конструкції з місцями під установку комутаційного механізму з механізмом зведення вакуумного роз'єднувача, накопичувальних елементів блока живлення електропривода і блока управління механізмом комутації, оснащеного інтерфейсами зв'язку з комутаційним механізмом, а також електронними компонентами силових комірок ПЧ і системи управління ПЧ. 2The device for protection of power cells of the frequency converter (IF) includes a switching mechanism that includes a vacuum disconnector connected to the latch actuated by the electric drive, as well as a locking spring and the power supply of the electric drive. The device is made in the form of a module in the housing of a monoblock structure with space for installation of a switching mechanism with a mechanism for erecting a vacuum disconnector, storage elements of the power supply unit and control unit of the switching mechanism, equipped with communication interfaces with the switching mechanism. and inverter control systems. 2

Description

Корисна модель належить до галузі силової електроніки, зокрема до автоматичних пристроїв захисту силових комірок перетворювача частоти (ПЧ) з комутаційними пристроями ланцюгів середньої і високої напруги, виконаних на базі вакуумного роз'єднувача.The useful model belongs to the field of power electronics, in particular to automatic protection devices of power cells of a frequency converter (IF) with switching devices of medium and high voltage circuits, made on the basis of a vacuum disconnector.

Виходячи з відомого рівня техніки, використання вакуумних камер в різних комутаційних пристроях є найбільш поширеним і знайшло широке застосування в електротехніці. Відомі комутаційні пристрої на базі вакуумної камери, таких провідних світових виробників, як: АББBased on the known state of the art, the use of vacuum chambers in various switching devices is the most common and has found wide application in electrical engineering. Well-known switching devices based on a vacuum chamber, such leading world manufacturers as: ABB

Технолоджи, Мітсубіші Електрик Корп, Сіменс та інші.Technologies, Mitsubishi Electric Corp., Siemens and others.

В основу конструкції подібного роду виробів покладено принцип розміщення, замкнених контактів у вакуумній камері, при цьому один з двох контактів виконаний рухомим і приводиться у дію від зовнішнього приводу для замикання ланцюга. Так як швидкість спрацьовування вакуумної камери при замиканні контактів є оптимальною за часом, то це дає можливість отримати високі комутаційні характеристики.The design of this kind of products is based on the principle of placing closed contacts in a vacuum chamber, while one of the two contacts is movable and is actuated by an external drive to close the circuit. Since the speed of activation of the vacuum chamber when closing the contacts is optimal in terms of time, this makes it possible to obtain high switching characteristics.

З рівня техніки відомі, різні варіанти реалізації приводів рухомих контактів, одні з яких базуються на дії електромагнітів, інші - діють під тиском газів від спрацювання піротехнічних пристроїв, або під тиском пари, при випаровуванні рідини.From the state of the art, various options for the implementation of moving contact drives are known, some of which are based on the action of electromagnets, others - act under the pressure of gases from the activation of pyrotechnic devices, or under the pressure of steam, when a liquid evaporates.

Основними недоліками подібного роду пристроїв є відсутність можливості повторного використання, без заміни елементів приводу, зокрема піротехнічних зарядів, а також у випадку з електромагнітними приводами, знижені комутаційні характеристики по відношенню до пристроїв з піротехнічним приводом, необхідність забезпечення електроживлення після спрацьовування і відносно високий рівень споживання електроенергії. Також відомі пристрої мають сепаровану конструкцію, при якій окремі елементи рознесені в просторі, що істотно знижує ремонтопридатність і технологічність конструкції.The main disadvantages of this kind of devices are the lack of reusability, without replacing drive elements, in particular pyrotechnic charges, as well as in the case of electromagnetic drives, reduced switching characteristics in relation to devices with a pyrotechnic drive, the need to provide power supply after activation and a relatively high level of electricity consumption . Also, known devices have a separated design, in which individual elements are spaced apart, which significantly reduces the maintainability and manufacturability of the design.

З патенту на винахід КО 2683956 від 03.04.2019 відомо перетворювальний пристрій, що містить шунтуючий блок (33), який приєднаний до клем 26, 27 таким чином, що він може шунтувати підмодуль 14 або замикати обидві з'єднувальні клеми 26, 27. Шунтуючий блок 33 має два антипаралельно включених тиристори 34 і 35, які можуть забезпечувати незалежне від напрямку струму шунтування підмодуля 40. Для шунтування підмодуля 14 обидва тиристори управляються за допомогою непоказаного блока управління таким чином, щоб вмикатися одночасно. Зважаючи на наявність замикаючої напруги силових напівпровідниковихFrom the invention patent KO 2683956 dated 04/03/2019, a converting device containing a shunt block (33) is known, which is connected to the terminals 26, 27 in such a way that it can shunt the submodule 14 or close both connecting terminals 26, 27. Shunt unit 33 has two thyristors 34 and 35 connected in antiparallel, which can provide independent shunting of the submodule 40. For shunting of the submodule 14, both thyristors are controlled by means of the control unit, not shown, so as to turn on simultaneously. Considering the presence of closing voltage of power semiconductors

Зо перемикачів 17, струм за допомогою розрядника 20 захисту від перенапруги, який може бути виконаний як послідовний ланцюг розрядників захисту від перенапруги, комутується в ланцюг 22 вільного ходу.From the switches 17, the current is switched to the free-running circuit 22 by means of a surge arrester 20, which can be made as a series circuit of surge arresters.

До недоліків описаного технічного рішення можна віднести наявність дорогих комутуючих пристроїв, а також відносно низьку ремонтопридатність, пов'язану з необхідністю інтегрувати пристрій в схему перетворювача.The disadvantages of the described technical solution include the presence of expensive switching devices, as well as relatively low maintainability associated with the need to integrate the device into the converter circuit.

Також з патенту на винахід КО2455723 від 10.07.2012 відомо пристрій для захисту модулів перетворювача, де кожен модуль має асоційований замикаючий пристрій для закорочування підмодуля. Замикаючий пристрій є трубкою (100) вакуумного переривника; при цьому пристрій (1) містить фіксуючий пристрій (300) для фіксації трубки (100) вакуумного переривника в роз'єднаному положенні і для усунення фіксатора; і замикаючу пружину для переміщення трубки (100) вакуумного переривника в її контактне положення. Трубка (100) вакуумного переривника виконана так, що вона може рухатися з роз'єднаного положення в контактне положення, в якому підмодуль закорочений, коли фіксатор видалений.Also, from the invention patent KO2455723 dated 10.07.2012, a device for protecting converter modules is known, where each module has an associated closing device for shorting a submodule. The closing device is a tube (100) of a vacuum interrupter; while the device (1) contains a locking device (300) for fixing the tube (100) of the vacuum interrupter in the disconnected position and for removing the lock; and a closing spring for moving the tube (100) of the vacuum breaker to its contact position. The tube (100) of the vacuum interrupter is designed so that it can move from the disconnected position to the contact position in which the submodule is shorted when the latch is removed.

До недоліків описаного технічного рішення можна віднести підвищене споживання електроенергії електромагнітним приводом, даний пристрій є складовою частиною ПЧ і не має модульної конструкції, що знижує його ремонтопридатність і зручність експлуатації.The disadvantages of the described technical solution include the increased power consumption of the electromagnetic drive, this device is a component of the inverter and does not have a modular design, which reduces its maintainability and ease of use.

Приймаємо вказане технічне рішення за найближчий аналог.We accept the specified technical solution as the closest analogue.

Технічною задачею, на вирішення якої спрямована заявлена корисна модель, є створення компактного і зручного в експлуатації пристрою захисту силових осередків перетворювача частоти.The technical problem, the solution of which is aimed at the declared useful model, is the creation of a compact and easy-to-use protection device for the power cells of the frequency converter.

Технічний результат, що досягається від реалізації заявленого пристрою, полягає в підвищенні ергономічних характеристик пристрою захисту силових комірок перетворювача частоти, таких як технологічність, ремонтопридатність, компактність.The technical result achieved from the implementation of the claimed device consists in increasing the ergonomic characteristics of the device for protecting the power cells of the frequency converter, such as manufacturability, maintainability, compactness.

Суть заявленого технічного рішення полягає в тому, що пристрій захисту силових комірокThe essence of the declared technical solution is that the power cell protection device

ПЧ виконаний у вигляді модуля моноблокової конструкції з місцями під установку комутаційного механізму з механізмом зведення вакуумного роз'єднувача, накопичувальних елементів блока живлення електропривода і блока управління механізмом комутації, оснащеного інтерфейсами зв'язку з комутаційним механізмом, а також електронними компонентами силових комірок ПЧ і системи управління ПЧ.The inverter is made in the form of a monoblock structure module with places for installing the switching mechanism with a mechanism for reducing the vacuum disconnector, storage elements of the power supply unit of the electric drive and the control unit of the switching mechanism, equipped with communication interfaces with the switching mechanism, as well as electronic components of the power cells of the inverter and the system control of the inverter.

Модуль моноблокової конструкції виконаний з можливістю кріплення до корпусу силових комірок за рахунок роз'ємного з'єднання і містить відводи контактних клем, а також перемикач механізму зведення комутаційного механізму.The monobloc design module is made with the possibility of attaching the power cells to the housing by means of a detachable connection and contains taps of the contact terminals, as well as a switch of the mechanism of the switching mechanism.

Блок управління виконаний з можливістю управління електроприводом механізму комутації.The control unit is made with the possibility of controlling the electric drive of the switching mechanism.

Суть заявленого технічного рішення пояснюється, але не обмежується наведеними графічними матеріалами: фіг. 1 - модуль пристрою захисту силових комірок ПУ; фіг. 2 - механізм комутації модуля пристрою захисту силових комірок ПУ; фіг. З - механізм комутації модуля пристрою захисту силових комірок ПЧ у розрізі.The essence of the claimed technical solution is explained, but not limited to the given graphic materials: fig. 1 - the module of the PU power cell protection device; fig. 2 - switching mechanism of the PU power cell protection device module; fig. C - the switching mechanism of the module of the protection device of the power cells of the inverter in section.

На фіг. 1 зображено силову комірку 1 перетворювача частоти з пристроєм 2 захисту (байпасування) силових комірок перетворювача частоти (ПЧ). Пристрій 2 виконано у вигляді модуля у корпусі З моноблокової конструкції, закріпленого на корпусі силової комірки за допомогою роз'ємного з'єднання. У межах внутрішнього простору модуля встановлено комутаційний механізм 4 (фіг. 2). Комутаційний механізм 4, що включає вакуумний роз'єднувач 5, зв'язаний з фіксатором б (фіг. 3), що приводиться у дію від електроприводу 7, а також замикаючу пружину 8.In fig. 1 shows the power cell 1 of the frequency converter with the device 2 for the protection (bypass) of the power cells of the frequency converter (IF). Device 2 is made in the form of a module in a body of a monoblock design, fixed on the body of a power cell with the help of a detachable connection. A switching mechanism 4 (Fig. 2) is installed within the internal space of the module. The switching mechanism 4, which includes the vacuum disconnector 5, is connected to the latch b (Fig. 3), which is actuated by the electric drive 7, as well as the closing spring 8.

Також описаний модуль містить механізмом 9 зведення вакуумного роз'єднувача, блок 10 накопичувальних елементів, що формують блок живлення електропривода 7. Також заявлений пристрій містить блок 11 управління комутаційним механізмом 4, оснащений інтерфейсами зв'язку зі згаданим комутаційним механізмом, а також електронними компонентами силової комірки 1 ПЧ і системи управління ПЧ.Also, the described module contains the mechanism 9 of the assembly of the vacuum disconnector, the block 10 of storage elements forming the power supply unit of the electric drive 7. The claimed device also contains the block 11 of controlling the switching mechanism 4, equipped with communication interfaces with the mentioned switching mechanism, as well as electronic components of the power cells 1 IF and IF control systems.

Заявлений модуль моноблочної конструкції містить відводи контактних клем 12, а також перемикач 13 механізму зведення 9 вакуумного роз'єднувача механізму комутації.The declared module of the monoblock design contains taps of the contact terminals 12, as well as the switch 13 of the assembly mechanism 9 of the vacuum disconnector of the commutation mechanism.

Заявлена конфігурація пристрою є уніфікованою, чим забезпечує зручність експлуатації і підвищує ремонтопридатність силових комірок ПУ.The declared configuration of the device is unified, which ensures ease of use and increases the maintainability of PU power cells.

Заявлене технічне рішення може працювати як в ручному, так і в автоматичному режимах, що підвищує його ергономічність.The declared technical solution can work both in manual and automatic modes, which increases its ergonomics.

Пристрій з реалізованим, технічним рішенням, працює наступним чином.The device with an implemented technical solution works as follows.

Сигнал на включення пристрою захисту надходить від головного керуючого пристроюThe signal to turn on the protection device comes from the main control device

Зо системи управління на блок 11 управління механізмом комутації 4, який в свою чергу контролює роботу блока накопичуючих елементів, що забезпечують подачу необхідної напруги на обмотку електроприводу 7 механізму комутації.From the control system to the control unit 11 of the switching mechanism 4, which in turn controls the operation of the block of storage elements that provide the necessary voltage to the winding of the electric drive 7 of the switching mechanism.

При подачі напруги з блока накопичувальних елементів 10, на обмотку електроприводу 7, під впливом магнітного поля, фіксатор виконує поступальний рух. У нормальному стані фіксатор 6 знаходиться у зачепленні зі штоком вакуумного роз'єднувача 5. Рухомий шток під впливом власного зусилля замикання в вакуумного роз'єднувача і додаткового зусилля замикаючої пружини 8 виконує поступальний рух, перемішуючи, при цьому рухомий контакт в замкнуте положення.When voltage is applied from the block of storage elements 10 to the winding of the electric drive 7, under the influence of a magnetic field, the latch performs translational movement. In the normal state, the latch 6 is engaged with the rod of the vacuum disconnector 5. The movable rod, under the influence of its own closing force in the vacuum disconnector and the additional force of the closing spring 8, performs translational movement, stirring, at the same time, the movable contact into the closed position.

Функціонування при відсутності напруги живлення після спрацьовування забезпечується за допомогою, згаданого механізму зведення 10 вакуумного роз'єднувача.Functioning in the absence of supply voltage after activation is ensured by the mentioned mechanism of reduction 10 of the vacuum disconnector.

Конструктивне виконання і відсутність елементів приводу, що руйнуються, забезпечує можливість багаторазового використання пристрою, без заміни елементів приводу.The design and absence of destructible drive elements ensures the possibility of multiple use of the device, without replacing the drive elements.

Реалізація заявленого технічного рішення забезпечує вирішення поставленої технічної задачі, підвищуючи ергономічні характеристики, пристрої захисту силових комірок перетворювача частоти, такі як технологічність, ремонтопридатність, компактність.Implementation of the stated technical solution provides a solution to the technical problem, increasing the ergonomic characteristics, protection devices of power cells of the frequency converter, such as manufacturability, maintainability, compactness.

Claims (4)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІUSEFUL MODEL FORMULA 1. Пристрій захисту силових комірок перетворювача частоти (ПЧ), який містить комутаційний механізм, який включає вакуумний роз'єднувач, зв'язаний з фіксатором, що приводиться у дію від електропривода, а також замикаючу пружину і блок живлення електропривода, який відрізняється тим, що виконаний у вигляді модуля у корпусі моноблокової конструкції з місцями під установку комутаційного механізму з механізмом зведення вакуумного роз'єднувача, накопичувальних елементів блока живлення електропривода і блока управління механізмом комутації, оснащеного інтерфейсами зв'язку з комутаційним механізмом, а також електронними компонентами силових комірок ПЧ і системи управління ПЧ.1. A device for protecting the power cells of a frequency converter (IF), which contains a switching mechanism that includes a vacuum disconnector connected to a detent actuated by an electric drive, as well as a closing spring and a power supply unit of an electric drive, which is characterized by which is made in the form of a module in a body of a monoblock design with places for installing a switching mechanism with a mechanism for bringing up a vacuum disconnector, storage elements of an electric drive power supply unit and a switching mechanism control unit, equipped with communication interfaces with the switching mechanism, as well as electronic components of the power cells of the inverter and inverter control systems. 2. Пристрій захисту силових комірок перетворювача частоти (ПУ) за п. 1, який відрізняється тим, що модуль у корпусі моноблокової конструкції виконаний з можливістю кріплення до корпусу силових комірок за рахунок роз'ємного з'єднання.2. The device for protecting the power cells of the frequency converter (PU) according to claim 1, which is characterized by the fact that the module in the body of the monoblock structure is made with the possibility of attachment to the body of the power cells due to the detachable connection. 3. Пристрій захисту силових комірок перетворювача частоти (ПУ) за п. 1, який відрізняється тим, що модуль у корпусі моноблокової конструкції містить відводи контактних клем, а також перемикач механізму зведення комутаційного механізму.3. The device for protecting the power cells of the frequency converter (PU) according to claim 1, which is characterized by the fact that the module in the body of the monoblock structure contains taps of the contact terminals, as well as the switch of the mechanism of the switching mechanism. 4. Пристрій захисту силових комірок перетворювача частоти (ПУ) за п. 1, який відрізняється тим, що блок управління виконаний з можливістю управління електроприводом комутаційного механізму. 1 х ц і 7 »х х ООН СОЯ СОБКЯ г Як ОО КК о. ОМ Е с З УЗ 3 Шо СО В ни сення ее ши / У - / Н х к ЩО 7 У 1374. The device for protecting the power cells of the frequency converter (PU) according to claim 1, which is characterized by the fact that the control unit is made with the possibility of controlling the electric drive of the switching mechanism. 1 x ts and 7 »x x UN SOYA SOBKYA g As OO KK o. ОМ Э s Z UZ 3 Sho SO V ny sennya ee shy / U - / N х k ХХО 7 У 137 Фіг.Fig. Я. М т х сх М. й ща ! -щ з о о . о щщ т і - КЗ МУК МК МОМ хх СХ - ща В. УЗ Я о 5 Еш ой ми ЕК ОК ОКУ БО и... у)I. M t x sh M. y shcha ! -sh with o o . o shsch t i - KZ MUK MK MOM xx Х - shcha V. UZ I o 5 Esh oh we EK OK OKU BO i... y) Фіг. 2Fig. 2