Классификацию систем водяного охлаждения проведем по пяти классификационным признакам:

первый уровень (I) характеризует тип хладоагента в Г контуре системы охлаждения: вода (ВД);

на втором уровне (II) выделен один класс по признаку "способ циркуляции воды в 1 контуре": 2 - принудительная циркуляция (этот уровень выделен в настоящей классификации с методической точки зрения);

третий уровень (Ш) сформирован по признаку "тип 1 контура системы охлаждения". В нем выделен только один класс: 2 - замк­нутая система;

четвертый уровень (HZ’) подразделяется на три класса по при­знаку "способ сочетания I и II контуров системы охлаждения":

1 - централизованный, 2 - групповой, 3 - индивидуальный;

пятый уровень (X) формируется по признаку "тип хладоагента во II контуре": 1 - воздух, 2 - вода, 3 - фреон, 4 - масло.

В данной классификации не выделен класс разомкнутых систем охлаждения, так - как работы по разработке таких систем еще не вышли из стадии поисковых.

Иерархическое дерево совокупности систем водяного охлаждения преобразователей для электропривода приведено на рис. 25.

Фирма General Electric (США) разработала радиаторы с водя­ным охлаждением типа G6 и G10 [72]. Радиатор G6 имеет массивный корпус, обеспечивающий хорошее прижатие полупроводни­кового прибора. В радиаторе G10 вода омывает непосредственно поверхность прибора, что создает меньшее тепловое^ сопротивление по сравнению с системой, выполненной на радиаторах G6. Тепло­вое сопротивление устанавливается в течение 10 с, т. е. намного быстрее, чем у воздушного радиатора. Циркулирующая вода охлаж­дается в теплообменнике воздухом. При'расходе воды 0,38 л/с теп­ловое сопротивление типичного теплообменника 0,0035°С/Вт. При одновременном охлаждении 12 тиристоров теплообменник типа 1020SP обеспечивает тепловое сопротивление 0,042°С/Вт на каж­дый прибор. Расход воздуха, охлаждающего теплообменник, составля­ет 15 м3/мин. Фирма использует также малогабаритный теплооб

ис, 25. Классификационная схема систем водяного охлаждения высоковольтных преобразователей

менник типа 1010SP, который обеспечивает тепловое сопротивле­ние на прибор 0,09°С/Вт при расходе охлаждающего воздуха 7 м^/мин. Суммарная постоянная времени радиатора G10, жидко­сти и теплообменника равна приблизительно 1 мин.

Фирма Jeumont—Schneider разработала [56] унифицированный модуль с водяным охлаждением для компоновки преобразователей. Модуль имеет от четырех до семи тиристоров, рабочее напряжение 6 кВ. Для преобразователей с номинальным напряжением свыше 6 кВ допустимо последовательное соединение нескольких модулей в плече. В [5б] приведена фотография общего вида модуля, содер­жащего пять тиристоров со следующими электрическими характерис­тиками: эффективное номинальное напряжение - 6 кВ; средний по­стоянный ток при угле проводимости 120 эл. сети с частотой 60 Гц - 1500 А.

Фирма AEG-Telefunken (ФРГ) разработала [73] блочную кон­струкцию преобразователей с водяным охлаждением типа MEGASEMI, которая позволяет реализовать все схемы преобразователей поDIN 41-761 мощностью от 5 до 100 МВт при напряжении от 6 до 30 кВ. Основу блочной конструкции составляют тиристорный мо­дуль и кассетная стойка. Модуль - это конструктивный узел преоб­разователя, содержащий от пяти до десяти тиристоров. Схема любо­го преобразователя набирается из этих модулей. Модуль состоит из рамы, тиристорного столба с охладителями, RC - цепочек, системы труб охлаждения и ячеек слаботочной электроники. Рама объединяет все узлы модуля и рассчитана на высокое напряжение. Тиристорный столб набран из чередующихся охладителей и тиристоров, размещен­ных в механическом зажимном устройстве. Система охлаждения мо­дуля состоит из сборной трубы с отверстиями в соответствии с числом тиристоров. Каждый охладитель имеет собственное водоснаб­жение, причем последовательно с ним подключается охлаждаемое сопротивление R из R С - цепочки. Вода из сборной трубы поступает сначала в охладитель тиристора, затем в охладитель сопротивления и оттуда в часть сборной трубы, связанной с выходной трубой. Гид­равлическое сопротивление каждого из образованных таким образом параллельных контуров обеспечивает равномерное обтекание водой всех контуров. При выходе из строя тиристоров в столбе заменяют весь модуль.

Для установки модулей и защитных дросселей, требуемых при по­следовательно-параллельном соединении, используются кассетные стойки, которые состоят из рам и колонн разной высоты. Для схем с тремя модулями используется трехэгэжная кассетная стойка с га­баритными размерами 1600x1300x2000 мм. Схемы, содержащие шесть мод/лей, располагаются в двух трехэтажных кассетных стой­ках, при этом стойка имеет общую раму в основании. Габаритные размеры шестимодульной стойки 3000x1300x2000 мм. 12-модуль - ная кассетная стойка состоит из двух шестиэтажных колонн модулей. Габаритные размеры 12-модульной конструкции 3000x1300x3500мм. Кассетные стойки содержат сборную систему труб системы водяного охлаждения, ванны для сбора воды утечки на каждом этаже, а также центральный узел контроля утечки воды. На трех стандартных стой­ках реализуются преобразователи мощностью от 3 до 56 МВт, дан­ные о которых приведены в табл. 10. Типовая гидравлическая схема системы охлаждения преобразователей типа MEGASEMI приведена на рис. 26. Система охлаждения двухконтурная. В первом контуре используется деионизованная вода. Контур состоит из насоса, фильт­ра, деионизационной установки и теплообменника "вода-вода". Во втором контуре используется техническая вода.

В [73J приведены данные о составляющих потерь в трехфазном мостовом выпрямителе типа В6-ZM5-10/1000 (см. табл. 10).

В модуле использованы тиристоры с обратным напряжением 4,2 кВ, При коэффициенте запаса по напряжению 2,1 в каждом плече моста применяются пять последовательно соединенных тиристоров, т. е.

30 шт. в мосту. Структура составляющих потерь следующая: в ти­ристорах - 30x0,6 кВт = 18 кВт; в RС - контурах - 30x0,5 кВт

= 15 кВт; в дросселях - 6x0,2 кВт = 1,2 кВт; дополнительные - 0,5 кВт,

Таким образом, суммарные потери в тиристорной части преоб­разователя В6-ZM5-10/1000 составляют « 35 кВт, КПД при этом приближается к 99,65%. В типовой гидравлической схеме сис­темы охлаждения рис. 26 применительно к преобразователю типа B6-ZM5-10/1000 используется насос с двигателем мощностью 0,8 кВт, т. е. энергозатраты на охлаждение равны I ^ = 0,8/33 =

= 0,0243 кВт/кВт. Действительная величина I ^ Для рассматри­ваемого типа преобразователя, очевидно, имеет меньшее значение, так как при вычислении I 22 взяты суммарные потери в R С - кон­турах, в то время как водой охлаждаются только резисторы.

Фирма Siemens поставила тиристорный преобразователь частоты мощностью 50 МВт для подстанции, связывающей две сети 220 кВ, 50 Гц в Парагвае и 130 кВ, 60 Гц в Бразилии [з]. Каждая сторо­на тиристорного преобразователя частоты выполнена по 12-фазной эквивалентной схеме, что реализуется на основе двух трехфазных мостов. Напряжение в звене постоянного тока 25,6 кВ, ток 1950 А. Каждое плечо трехфазного моста выполнено на основе высоковольт­ного тиристорного вентиля (ВТВ) с водяным охлаждением. ВТВ сос­тоит из последовательно соединенных тиристоров (с шайбами диа­метром 75 мм).

Конструктивно каждая пара каскадно соединенных трехфазных мостов блока (выпрямителя или инвертора) смонтирована на общем каркасе длиной 8000 мм, высотой 2365 мм, установленном на опорных изоляторах. Каркас состоит из четырех рамных стоек с тре­мя изолированными друг от друга этажами, на которых смонтиройа - но по одному модулю 25,6 кВ с дросселем. Таким образом, каждый этаж образует одну фазу из четырех плеч парных мостов. Система охлаждения - двухконтурная. Первый контур - замкнутый, охлажде­ние тиристоров деионизованной водой. Охлаждающая вода подводит­ся к каждой рамной стойке по напорной изолирующей трубе и по та­кой же трубе отводится обратно, т. е. все восемь рамных стоек ТПЧ подключаются параллельно к теплообменнику. Во втором контуре про­изводится охлаждение деионизованной воды воздухом в теплообмен­нике "вода-воздух". Среднесуточная температура окружающей среды +33 С, среднегодовая +23°С. Удельный объем здания, где распо­ложен ТПЧ, составляет всего 3,2 м^/МВт.

Фирма ВВС выпускает серию преобразователей частоты из восьми типоразмеров для электроприводов по схеме вентильного двигателя мощностью от 0,7 до 27 МВт [75, 78].

Номинальная мощность, МВт........................................... 11,5

Напряжение-, кВ...................................................... 6,5

Ток, А...................................................................... 1225

Напряжение промежуточного звена постоянного

тока, кВ................................................................... 8

Ток промежуточного звена, А........................................... 1500

Температура окружающей среды, С............................. 35

Основу преобразователя составляют два трехфазных моста.

Каждое плечо моста состоит из восьми последовательно включен­ных тиристоров. Конструктивно два плеча одной фазы моста образу­ют блок, включающий два тиристорных модуля с водяными охлади­телями, вспомогательные элементы схемы и штуцеры водяного ох­лаждения. Время замены модуля в случае выхода тиристора из строя не превышает 20 мин. Преобразователь оснащен защитой от перенапряжений, короткого замыкания в промежуточной цепи, пере­грева вследствие отказа системы охлаждения. Габаритные размеры силовой части преобразователя: 7400x1600x2500 мм; системы управления 4000x800x2200 мм; части системы охлаждения, рас­положенной вне преобразователя, 1600x700x2300 мм.

Фирма ВВС сообщает [43, 75] ,что свыше 80 преобразователей мощностью от 0,7 до 12 МВт находятся в эксплуатации-, изготов­лении или заказаны.

В [80] сообщается об эксплуатации с 1979 г. двух тиристор­ных компенсаторов, каждый из которых состоит из трех однофазных схем, выполненных из встречно-параллельно включенных тиристоров. Плечо однофазной схемы содержит два последовательно включенных тиристора типа АСЕС Т615/25. Номинальная мощность компенса­тора 3,3 МВ*А, питается через трансформатор 6/1,95 кВ. Тирис­торы охлаждаются деионизованной водой, причем контур охлаждения каждой однофазной схемы, состоящей из четырех тиристоров, отде­лен от остальных. Расход воды в контуре 4 л/мин, температура воды на входе 20°С, на выходе - 25°С, удельная проводимость деионизованной воды не более 1 ц S /см. Давление воды на входе системы 716 кПа, падение давления в системе 224 кПа. Система охлаждения имеет устройства контроля давления воды на входе, а также температуры на входе и выходе компенсатора. Система ох­лаждения деионизованной водой является общей для объекта и ти­ристорного компенсатора, т. е. это пример системного подхода к вы­бору типа охлаждения для тиристорного преобразователя.