Классификация систем охлаждения с воздушным хладоагентом проведена по пяти признакам:

первый уровень (I) характеризует тип хладоагента в I контуре системы охлаждения: воздух (В);

на втором уровне (II) выделено два класса по признаку "способ циркуляции воздуха в I контуре": 1 - естественная циркуляция воз­духа, 2 - принудительная циркуляция;

третий уровень (НЕ) имеет только второй класс второго уровня. Он подразделяется на два класса по признаку "тип X контура сис­темы охлаждения": 1 - разомкнутый, 2 - замкнутый;

четвертый уровень формируется по признаку "способ сочетания X и П контуров системы охлаждения". Он имеет три класса: 1 - централизованный, 2 - групповой, 3 - индивидуальный;

пятый уровень (У) формируется по признаку "тип хладоагента во П контуре системы охлаждения"; содержит четыре класса: 1 - воздух, 2 - вода, 3 - фреон, 4 - масло.

Иерархическое дерево совокупности систем воздушного охлажде­ния преобразователей для электропривода приведено на рис. 1. Каж­дая ветвь этого дерева определяет конкретную систему охлаждения по выбранным классификационным признакам.

Рассмотрим практические реализации преобразователей с воз­душными системами охлаждения.

В СССР с середины 60-х годов эксплуатируются преобразовате­ли типа УВКЭ-1 на тяговых подстанциях железных дорог. Преобра­зователь укомплектован вентилями с односторонним воздушным ох­лаждением (причем использованы стандартные охладители из алю­миниевого срлава) и собран по схеме звезда - две обратные звезды с уравнительный реактором [4l]. Имеет защиту от прекращения охлаждения, токов перегрузок и коротких замыканий с общим вре­менем срабатывания не более 0,2 с. Преобразователь предназначен для рароты в отапливаемых и в неотапливаемых электромашинцых

Рис. 1. Классификационная схема систем воздушного охлаждения высоковольтных преобразователей

помещениях (ЭМП). Климатическое исполнение и категория разме­щения близки к типу В5.

Конструктивно преобразователь типа УВКЭ-1 состоит из собст­венно выпрямителя, включающего в себя шесть шкафов с вентиля­ми, и шкафа RC - контуров.

Основные технические данные преобразователя

Номинальное выпрямленное напряжение, кВ 3,3

Максимально допустимое рабочее выпрям­ленное напряжение, кВ 4

Номинальный ток, А..................................... 3000

Номинальная мощность, МВт......................... 9,9

КПД, % ........................................................ не менее 98

Допустимые перегрузки по току, %:

в течение 15 мин.......................................... 25

в течение 2 мин........................................... 50

в течение 10 с................................................ 100

Габаритные размеры, мм:

шкафа с вентилями...................................... 1800x1300x1200

шкафа RС - контуров..................................... 2700x1500x2700

Масса, кг:

шкафа с вентилями.................................................... 850

шкафа RC - контуров ............................................... 1500

Система охлаждения, разработанная "Трансэлектропроектом" для охлаждения тяговой подстанции с двумя преобразователями ти­па УВКЭ-1, показана на рис. 2 [l 7]. Система охлаждения состоит из трех центробежных вентиляторов типа Ц9-57 № 8, всасывающие линии которых присоединены к сборному воздуховоду 21. Воздухо­вод, имеющий П-образное сечение 800x1200x8000 мм, одновремен­но является поддерживающей конструкцией преобразователя. При та­ком исполнении воздуховода, во-первых, увеличивается удельная материалоемкость при изготовлении и, во-вторых, при выходе воз­духа из шкафов возникают внезапные расширения воздушного потока, сопровождаемые потерей энергии на удары, что приводит к повы­шению уровня шума и энергозатрат на охлаждение [41, 42, 47].

Каждый преобразователь состоит из силовых шкафов. Воздух вса­сывается через воздухозаборные жалюзи 1, 2 в стенах ЭМП, про­ходит сверху вниз через шкафы 8-19, далее поступает в сборный воздуховод 21 и двумя вентиляторами 24 выбрасывается из ЭМП через нагнетательные воздуховоды 20. В зимний, весенний и осен­ний периоды осуществляется либо полная рециркуляция по контуру ЭМП - преобразователь - вентиляторы 24 - рециркуляционные жа­люзи 7 - ЭМП, либо частичная рециркуляция с забором и выбросом некоторой части воздуха из ЭМП. Для изменения режима работы системы охлаждения имеются поворотные заслонки 6. На линии на­гнетания вентиляторов установлены регулирующие заслонки 22, с помощью которых можно изменять их производительность и напор. При выходе из строя любого рабочего вентилятора 24 подключает­ся резервный 2 5, камера которого соединяется с воздуховодом 21 разобщительными заслонками 23.

По данным [17], мощность, потребляемая двигателем вентиля­тора, равна 7,3 кВт при суммарной мощности потерь в преобразова­теле 98 кВт (режим работы с током I, = 3000 А), т. е, энерго­затраты на охлаждение равны ^ 2Z = = кВт/кВт.

Величина I 22 получена при средней скорости воздуха в межре - берных каналах охладителя, лимитирующего по нагреванию вентиля, равной 10 м/с.

В СССР с середины 60-х годов эксплуатируются выпрямители в двух вариантах: с индивидуальными вентиляторами на шкаф фазы и

общим вентилятором на агрегат [41] . Номинальная мощность по

выпрямителю 10 МВ*А, номинальное выпрямленное напряжение Uj = 3,3 кВ, длительный выпрямленный ток 3000 А. Выпрями­тель собран по схеме звезда - две обратные звезды с уравнитель­ным реактором, расположен в стандартном четырехосном вагоне, который, в случае исполнения с индивидуальным охлаждением шка­фов фаз, имеет три отделения: два крайних предназначены для вен­тильных шкафов, среднее - для систем управления, сигнализации и других вспомогательных нужд. В каждом крайнем отделении име­ется по три шкафа вентилей с двумя вентиляторами на шкаф. Габа­ритные размеры шкафа 1745x1600x720 мм.

Конструктивно шкаф выполнен с двусторонним обслуживанием и содержит два нейтральных каркаса, установленных внутри шкафа на изоляторах. Блоки кремниевых выпрямителей размещены на изо­лированных направляющих внутри нейтральных каркасов. С помощью радиаторов вентилей в каждом шкафу образовано два вентиляцион­ных канала. Принудительное воздушное охлаждение по разомкнутому контуру осуществляется двумя вентиляторами на шкаф типа ЭРВ-4 (производительность Q = 4000 м^/ч, напор Н = 1177 Па, мощ­ность двигателя 4,5 кВт). Вентиляторы расположены под шкафами. Воздух поступает сверху и выбрасывается через боковые отверстия в стенках вагона. В целях защиты от влаги и пыли в вентиляцион­ных проемах в верхней части вагона установлены специальные фильт­ры. На выходных патрубках имеются задвижки для регулирования количества охлаждающего воздуха, а также для изменения циркуля­ции воздушного потока, который выбрасывается в помещение и нару­жу. Для изоляции вентилятора от высокого напряжения подсое­динение его к вентиляционным патрубкам шкафов осуществляется через гетинаксовые патрубки.

Для защиты обслуживающего персонала от шума вентиляторы крепятся к вагону с помощью амортизаторов. Кроме того, потолок в среднем отделении вагона и внутренние перегородки выполнены звуконепроницаемыми. Звуковая изоляция достигнута за счет запол­нения перегородок мипорой и укладкой по контуру перегородок из мягкой листовой резины толщиной 5 мм; двери уплотнены резино­вой трубкой.

В варианте исполнения преобразователя с общей системой охлаж­дения в среднем отделении устанавливаются вентильные шкафы, одно боковое отделение занято вентиляторами, а другое - системами вспо­могательных нужд. Габаритные размеры вентильных шкафов 1750x885x710 мм. Общие тепловые потери в преобразователе с учетом потерь в вентилях и вспомогательных элементах состав­ляют в номинальном режиме 98,3 кВт. Нагнетание воздуха осуще­ствляется центробежным вентилятором Ц9-57 № 8 исп. 1 с элект­родвигателем типа А-72-8 мощностью 14 кВт, 750 об/мин. Рас­четная. необходимая мощность двигателя 12,6 кВт. Для обеспече­ния надежности работы системы р. ентиляции установлен один резерв­ный вентилятор. Расход воздуха на агрегат в номинальном режиме

з з

составляет 21* 10 м /ч при скорости воздуха 10 м/с, суммарные потери напора воздуха для подстанции при такой скорости 1079 Па. Меры по подготовке воздуха и по'снижению уровня щума приняты такие же, как и в исполнении преобразователя с индивидуальными вентиляторами.

С середины 60-х годов на тяговых подстанциях железных дорог эксплуатируются преобразователи типов ПВЭ-2 и ПВЭ-3, выполнен­ные на лавинных вентилях [17]. Основные электрические параметры преобразователя типа ПВЭ такие же, как и преобразователя УВКЭ-1. Проточная часть преобразователя типа ПВЭ-3 в отличие от УВКЭ-1 имеет уменьшенный центральный зазор между вершинами ребер про­тивоположных охладителей, повышенную герметичность стволов с ох­ладителями, что позволило повысить коэффициент полезного исполь­зования охлаждающего воздуха. Принцип выполнения системы охлаж­дения тяговой подстанции с двумя преобразователями типа ПВЭ-3 такой же, как на рис. 2. По данным [l7], мощность, потребляемая двигателем вентилятора системы охлаждения, равна 4,5 кВт при токе нагрузки преобразователя 3400 А и средней скорости воздуха в межреберных каналах лимитирующего по нагреву вентиля 8 м/с. Энергозатраты на охлаждение I = 0,046 кВт/кВт.

В СССР эксплуатируются преобразователи типа ВИПЭ-1, пред­назначенные для работы в отапливаемых и неотапливаемых ЭМП [17].

Технические данные преобразователя типа ВИПЭ-1

Номинальное выпрямленное напряжение, кВ 3,3

Номинальный ток, А.................................. 2000

Наибольшее допустимое рабочее напря­жение, кВ 4

Допустимое перенапряжение на шинах постоянного тока, кВ 9

Перегрузка по току, % ............................... 75 в течение 15 мин

Преобразователь типа ВИПЭ-1 на тиристорах лавинного типа вы­полнен по схеме выпрямления звезда - две обратные звезды с урав­нительным реактором. Имеет централизованную принудительную воз­душную систему охлаждения, эскиз которой приведен на рис. 3. Система охлаждения содержит центробежный вентилятор 8 типа Ц9-57 № 8. Всасывающая линия присоединена к общему сборному воздуховоду 9, на котором установлены шкафы 1-6 выпрямительно­инверторного преобразователя; каждый из них разделен на две полу- фазы - а и б. Конструктивное исполнение каждой полуфазы в шка­фу включает в себя шесть вертикальных столбов тиристоров с ох­ладителями. Каждый столб состоит из 15 последовательно обтекае­мых воздухом охладителей, разделенных между собой R - и RC - це­почками. По данным [і7] , через межреберные каналы охладителей проходит только 73-77% воздуха, подаваемого вентилятором. Мощ­ность, потребляемая двигателем вентилятора, равна 5,8 кВт при

Рис. 3. Схема системы воздушного охлаждения преобразователя типа ВИПЭ-1 а, б - полуфазы преобразователя, расположенные в каждом силовом шкафу; 1-6 - силовые шкафы преобразователя; 7 - рециркуляцион­ные жалюзи; 8 - вентилятор; 9 - сборный воздуховод; 10 - жалю­зи выброса нагретого воздуха

суммарной мощности потерь в преобразователе 98 кВт (режим ра­боты преобразователя с током /j = 3000 А) и при средней ско­рости воздуха в межреберных каналах охладителя, лимитирующего по нагреванию вентиля, равной 14 м/с, т. е. энергозатраты на ох­лаждение равны / 22 = 5,8/98 = 0,059 кВт/кВт.

С начала 70-х годов тяговые подстанции железных дорог СССР оснащались преобразователями типа ВИПЭ-2. Климатическое испол­нение и категория размещения УЗ, но при температуре окружающей среды от +5 до +40°С. Выпрямитель и инвертор выполнены по трехфазным мостовым схемам.

Основные электрические параметры преобразователя типа ВИПЭ-2

Номинальный ток, А:

выпрямительного режима................................. 2500

инверторного режима...................................... 1600

Наибольшее допустимое рабочее напря­жение в обоих режимах, кВ 4

один раз в 2 ч в течение 15 мин

один раз в 2 ч в течение 2 мин

один раз в 2 мин в течение 10 сПреобразователь имеет централизованную принудительную воз­душную систему охлаждения.

Выпрямитель и инвертор представляют собой самостоятельные конструкции в ввде шкафов с двусторонним обслуживанием. Уста­новленные на вентиляционные подставки три шкафа инвертора и два шкафа выпрямителя образуют силовые модули инвертора и выпрями­теля. Масса модуля силового выпрямителя - 2100 кг, модуля си­лового инвертора - 4200 кг. Габаритные размеры преобразователя: выпрямитель - 2 800x900x2250 мм, вентиляционная подставка - 2800x900x750 мм; инвертор - 4800x900x2250 мм, вентиляцион­ная подставка - 4800x900x750 мм. С вентиляционными подставка­ми выпрямителя и инвертора непосредственно сочленены блоки "вентилятор-двигатель", габаритные размеры которых: для выпрями­теля 1400x900x750 мм, для инвертора - 1800x900x750 мм.

Для выпрямительного модуля применен вентилятор Ц4-70 (№ 6,3) с расходом воздуха 6700 м^/ч, мощность двигателя 2,2 кВт. Не­большой расход энергии на охлаждение непосредственно преобразова­теля обусловлен в основном малой разветвленностью вентиляцион­ной сети и неучетом затрат энергии на поддержание температуры от +5 до +40°С в ЭМП,

На основе преобразователя типа ВИПЭ-2 реализован электропри­вод по схеме вентильного двигателя, синхронный двигатель которо­го имеет напряжение статорных обмоток 3 кВ.

В 1972 г. Таллинский электротехнический завод имени М. И.Ка - линина разработал статический преобразователь частоты типа СПЧР-3500/6 для асинхронного частотно-регулируемого электро­привода компрессоров, вентиляторов, насосов и т. д. [її]. Клима­тическое исполнение и категория размещения У4, но при темпера­

туре окружающей среды от +5 до +35°С.

Основные электрические параметры преобразователяНоминальное напряжение на входе

и выходе, кВ.................................

Номинальная частота на выходе, Гц

Номинальная мощность, МВт...........

Номинальный ток на выходе, А.......

Перегрузка по току.........................

КПД в номинальном режиме, % ....... 6

50

3,5

374

140% в течение 20 с 93Силовая схема преобразователя состоит из трехфазного мостово­го управляемого выпрямителя и автономного инвертора тока. Кон­структивно преобразователь выполнен в виде шкафов с двусторон­ним обслуживанием. В комплект преобразователя входят: шкаф уп­равляемого выпрямителя (ШУВ), шкаф инвертора (ШИ), шкаф уп­равления (ШУ), шкаф вспомогательной аппаратуры (ШВА) и шкаф сопротивлений (ШС). Охлаждение шкафов ШУВ, ШИ и ШС - воз­душное принудительное по разомкнутому циклу. ШИ установлен на подставке с вентиляторами, подающими воздух для охлаждения ти­ристоров ШУВ и ШИ. ШС имеет отдельные вентиляторы охлаждения, расположенные рядом с подставкой шкафа. Габаритные размеры пре­образователя: 8000x1250x3000 мм. Масса - 7500 кг.

С 1975 г. Таллинский электротехнический завод имени М. И.Ка - линина выпускает модернизированный преобразователь типа СПЧР-7000/6 вместо СПЧР-3500/6, причем он имеет улучшен­ные массо-габаритные показатели, мощность повышена до 3,75 МВт, номинальный ток на выходе 400 А [11]. Ддя электропривода с син­хронным двигателем разработан преобразователь типа СПЧРС-10000/700, который состоит из трех шкафов выпрямителя и трех шкафов инвертора. Потери в выпрямителе в номинальном ре­жиме 19,8 кВт. Для охлаждения выпрямителя использован венти­лятор типа Ц4-70 (№ 6,3) с двигателем АОЛ2-32-6 мощностью

2,2 кВт, расход воздуха (7,2-12)«10^ м^/ч при давлении 353-618 Па. Энергозатраты на охлаждение выпрямителя I 22 = 0,111 кВт/кВт.

Таллинский электротехнический завод имени М. И.Калинина выпус­кает выпрямители типа ВРВ [37]. Климатическое исполнение и ка­тегория размещения У4. Технические характеристики преобразо­вателей типа ВРВ приведены в табл. 2. КПД в номинальном режи­ме не менее 99,2%. Охлаждение силовых шкафов преобразователей - воздушное принудительное по разомкнутому контуру.

Выпрямители типов ВРВ-400/8000 и BPJ3-400/14000 выпол­нены по схеме трехфазного управляемого моста на тиристорах ти­пов Т15-250-11 и Т15-250-15 соответственно. Схемы выпрями­телей типов ВРВ-800/8000 и ВРВ-800/14000 содержат два трех­фазных управляемых моста, работающих параллельно через уравни­тельный реактор. Конструктивно выпрямители типов ВРВ-400/8000 и ВРВ-400/14000 выполнены каждый в металлическом шкафу с двусторонним обслуживанием. Габаритные размеры шкафа с тирис­торами 1800x1200x2400 мм. Шкаф установлен на подставку, в которой расположены индивидуальные формирователи импульсов и воздуховод. Габаритные размеры подставки 1800x2000x750 мм.

К воздуховоду, подставки через гибкое переходное устройство под­соединяется вёнтилятор. Габаритные размеры вентилятора с гибкие переходным устройством 854x800x827 мм. В состав выпрямите­лей типа ВРВ-800/8000 входят два силовых шкафа и уравнитель­ный ‘реактор.

Таблица 2 1 ................................ Тип преобразователя Параметр О о о СО ч О 0 1 СЯ CL CQ ВРВ-400/14000 ВРВ-800/8000 ВРВ-800/14000 Номинальное выпрямлен­ ное напряжение, кВ 8 14 8 14 Номинальный выпрямлен­ ный ток, А. 400 400 800 800 Перегрузка по току в течение 20 с, А 480 480 1040 1040 Пределы регулирования выпрямленного напряже­ния, кВ От 0 От 9 От 0 От 9 до 8 до 14 до 8 до 14 Номинальная мощность, МВт 3,2. 5,6 6,4 11,2 Масса, кг 2 800 2800 5500 5500

Интенсивность охлаждения оценивается по скорости воздуха на выходе из шахты с силовыми тиристорами, которая не должна быть менее 8 м/с. Потери в выпрямителе типа ВРВ-400/14000 в но­минальном режиме равны 25,5 кВт. Для выброса тепла из преобра­зователя используется вентилятор типа Ц14-46 № 4 с двигателем мощностью 5,5 кВт, т. е. ^ 22 ~ кВт/кВт.

Фирма Toshiba разработала электропривод с двигателем мощ­ностью 25 МВт, выполненный по схеме вентильного двигателя [23]. Синхронный двигатель имеет две трехфазные статорные обмотки. Функциональная схема электропривода отличается от приведенной на рис. 4 отсутствием выходного трансформатора у ТПЧ.

Основные технические данные ТПЧ

Номинальная мощность, МВ-А.............. 30

Номинальное напряжение, кВ............ 6,6

Номинальная частота выходного

напряжения, Гц................................... 61,7

Перегрузка по току, % 125 в течение 1 мин

Габаритные размеры, мм;

силовых шкафов............................................. 2х(5600х2200х2900)

шкафа управления............................... 1600x800x2300

реактора в звене постоянного

тока ............................................................ 2х(3000х2600х3000)

Масса, кг:

силовых шкафов....................................... 2x8500

шкафа управления............................... 1600

реактора............................................. 2x10000

Каждый трехфазный мост в преобразователе расположен в одном шкафу размером 2000x2200x3200 мм. Охлаждение преобразова­теля воздушное принудительное по разомкнутому контуру. На каждый шкаф с тиристорами установлен вентилятор, мощность двигателя ко - 3301- 4торого 1,5 кВт; всего установлено четыре вентилятора с общей сум­марной мощностью двигателей 6 кВт. Потери в преобразователе в номинальном режиме равны 250 кВт, т. е. затраты на охлажде­ние ^22 = 0,024 кВт/кВт.

Фирма ТозКТБа поставила в 1981 г. электропривод по схеме вентильного двигателя для воздуходувки [60]. Мощность привода

10,5 МВт. Синхронный двигатель - серийный, шестиполюсный,

U = 10 кВ. На входе и выходе преобразователя установлены

ПН

трансформаторы. Номинальное напряжение преобразователя 3,5 кВ. Охлаждение преобразователя - воздушное, принудительное, по ра­зомкнутому циклу. Габаритные размеры преобразователя 8000x1500x2300 мм. Масса 12000 кг.

Фирма ВВС (Швейцария) разработала преобразователи серии Verithyr на основе тиристоров типов CS601, CS661 и CS1000 [б7]. Преобразователи предназначены для возбудителей турбо - и гидрогенераторов; преобразователей частоты, соединяющих сети различных частот; электроприводов переменного тока; пусковых уст­ройств насосно-аккумулирующих гидроэлектростанций и т. д.

Серия Verithyr состоит из двух подсерий: L и LW. Подсерия L - мощностью до 4,5 МВт, напряжением 4,5 кВ; подсерия LW - мощностью до 3,3 МВт, напряжением 1,5 кВ. Конструктивно пре­образователи серии Verithyr выполнены в шкафах с двусторон­ним обслуживанием. Охлаждение - воздушное принудительное по ра­зомкнутому контуру. Вентилятор установлен сверху шкафа. Преобра­зователи допускают работу от централизованной системы охлажде­ния. Для тиристоров использованы двусторонние охладители с та­рельчатыми пружинами.

Фирма Siemens (ФРГ) поставила электропривод по схеме вентиль­ного двигателя для воздуходувки, мощность которого по двигателю равна 30 МВт [53J. Конструктивно силовая часть ТПЧ электропри­вода имеет модульное исполнение. Модули выполнены на тиристорах с неповторяющимся напряжением 3,2 кВ. При наборе из модулей ТПЧ модули изолируются друг от друга изоляторами на 6 кВ. Мо­дульная система позволяет выпускать ТПЧ на диапазон напряжения от 3 до 30 кВ. Охлаждение тиристоров - воздушное принудитель­ное. Из модулей компонуются стойки, каждая из которых состоит из четырех модулей, расположенных друг над другом и рассчитан­ных на размещение 12 последовательно соединенных тиристоров. Расположенные друг над другом модули образуют воздушный канал для воздуховода. Три стойки модулей располагаются на одной раме и образуют один трехфазный мост. Стойки изолированы от рамы изоляторами на 20 кВ. Данный ТПЧ содержит четыре трехфазных моста.

ТПЧ имеет встроенную вентиляционную систему. Воздушная ка­мера под вентиляторами обеспечивает изоляционный промежуток между вводом питания и вентиляторами, находящимися под потен­циалом земли, и предназначена для лучшего распределения воздуха между тремя параллельно расположенными тиристорными группами. Воздушный поток контролируется электронными устройствами. Каж­дый вентилятор в ТПЧ имеет резервный.

Преобразователи типа ПВТ [Зі] разработаны на напряжение 8, 14, 20 кВ и номинальный выпрямленный ток 250, 500, 800 и 1500 А. каждого из напряжений, т. е. 12 типоисполнений преобразо­вателей. Преобразователи выполнены по трехфазной мостовой схеме на тиристорах типа T3-320 или Т2-800. Предусмотрены защита от рабочих и аварийных перегрузок по току, от нарушения охлажде­ния и др.

Конструктивно преобразователи выполнены в виде шкафов с дву­сторонним обслуживанием. Шкаф содержит шесть высоковольтных тиристорных блоков (ВТБ), которые набраны из чередующихся охла­дителей и тиристоров, собранных в механическом зажимном устрой­стве. Нормированное сжатие (порядка 9,81'Ю^ Н) обеспечивает требуемый контакт между тиристорами и охладителями. Тиристоры с охладителями вместе с механическим прижимным устройством раз­мещены в стеклотекстолитовом цилиндре - воздуховоде. Он доста­точно плотно охватывает оребренную поверхность радиаторов, благо­даря чему объемы охлаждающего воздуха, проходящего через ребра радиаторов, и воздуха, поступающего в ВТБ, практически равны.

По этому показателю преобразователи типа ПВТ имеют существен­ное преимущество по сравнению с рассмотренными выше, т. е. кон­структивное исполнение ВТБ обусловливает потенциальную возмож­ность создания преобразователей с низкими величинами энергозатрат

^22 на охлаждение*

Охлаждение преобразователей - воздушное принудительное, по разомкнутому контуру от внешнего вентилятора. Вход охлаждающе­го воздуха осуществляется через люки, расположенные в боковой стенке шкафов, а выход - через люки в верхних крышках шкафов.

В [39J рассмотрены вопросы построения высоковольтных преоб­разователей с вихревым воздушным охлаждением. Вихревой эффект реализуется в так называемом вихревом холодильнике, позволяющем получить холодный воздух, температура которого от плюс 5-15 до минус 20-50°С [4, 26, 39]. Габаритные размеры вихревого холо­дильника с расходом сжатого воздуха 0,04 м^/с при избыточном давлении около 9,81*10^ Па следующие: диаметр трубы холодиль­ника 35 мм, длина - 200 мм.

Этот способ построения системы охлаждения имеет два основных недостатка: требуется подача сжатого воздуха в вихревой холодиль­ник; высокий уровень шума, создаваемый вихревым холодильником. Первый недостаток может быть несущественным, когда на объекте используется для технологических целей сжатый воздух; во всех остальных случаях для системы охлаждения требуется установка компрессора. Второй недостаток требует применения в системах ох­лаждения глушителей шума.

В [5, 3 9j приведено сравнение массо-габаритных показателей высоковольтного преобразователя с водяной и вихревой воздушной системами охлаждения при одном и том же допустимом токе на вентиль. При вихревой воздушной системе охлаждения массо-габа - ритные показатели высоковольтного преобразователя снижаются при­мерно на 30% за счет отсутствия теплообменника, водяного насоса, ионообменных фильтров, приборов контроля воды и т. д., которые не­обходимы при водяной системе охлаждения. При сравнении предпола­галось, что подача сжатого воздуха в вихревой холодильник осуще­ствляется из заводской магистрали.

Фирма Toshiba разработала электропривод мощностью 23 МВт для компрессоров газоперекачивающих станций, выполненный по схе­ме вентильного двигателя (см. рис. 4) [23].

Основные технические данные ТПЧ

Номинальная мощность преобразо­вателя, МВ*А 29,840 (2x14,920)

Рабочий диапазон изменения частоты

выходного напряжения, Гц................ 25-52,5

Структура силовой цепи преобразо­вателя двойная, трехфазная

Номинальное выходное напряже­ние, кВ 6,4

Перегрузка по току.......................... 105% в течение 15 с

Выпрямители и инверторы преобразователя собраны на тиристо­рах типа SF1500Gx21. Каждое плечо инверторов и выпрямите­лей содержит восемь последовательно соединенных тиристоров. Ох­лаждение тиристоров - воздушное принудительное по замкнутому контуру (рис. 5). Воздух охлаждается в теплообменнике фреоном. Система охлаждения состоит из вентилятора 2, теплообменника 3 и компрессорно-конденсаторного агрегата 9. Теплообменники и вен­тилятор расположены в верхней части тиристорного шкафа. Компрес­сорно-конденсаторный агрегат 9 устанавливается вне шкафа и вне помещения и содержит два компрессора и четыре вентилятора. При одном работающем компрессоре нагрузка на шкаф должна снижаться на 20%. На рис. 6 приведен эскиз шкафа, на котором направление прохождения воздуха показано стрелками. Охлаждение тиристоров происходит на горизонтальном участке прохождения воздуха в шка­фу, т. е, на пути воздуха от передней двери шкафа к задней. Конст­рукция шкафа - герметичная. Выход воздуха из камеры охлаждения 4 в шкаф только через вентилятор 2.

На рис. 7 приведен эскиз системы охлаждения преобразователя электропривода, которая включает в себя четыре компрессорно-кон - денсаторных агрегата. Агрегаты способны работать в широком диа­пазоне температур. Габаритные размеры силовой части преобразова­теля 16000x2700x4000 мм. Масса 25000 кг.

Рис. 5. Эскиз системы охлаждения шкафа преобразователя фирмы Toshiba 1 - вентильный шкаф; 2, 11 - вентиляторы; 3 - теплообменник; 4 - стойки с тиристорами; 5 - часть плоскости, находящаяся в по­мещении; 6 - трубопровод фреона в жидкой фазе; 7 - часть плос­кости, находящаяся вне помещения; 8 - компрессор; 9 - компрес - сорио-кондеисаторный агрегат; 10 - установка вне помещения; 12 - змеевиковый конденсатор; 13 - трубопровод фреона в газо­образной фазе

г j

Рис. 6. Эскиз конструкции шкафа преобразователя фирмы Toshiba а, б - соответственно вид шкафа спереди и сбоку; 1 - стойка вен­тилей; 2 - вентилятор; 3 - теплообменник; 4 - камера охлаждения; 5 - коробка для подсоединения кабелей

Рис. 7. Эскиз системы охлаждения преобразователя фирмы Toshiba мощностью 23 МВт 1 - тиристорный преобразователь; 2 - шкафы управления; 3 - шкаф возбудителя; 4 - компрессорно-конденсаторные агрегаты

Фирма Toshiba разработала электропривод мощностью по двига­телю 30 МВт, 5000 об/мин для компрессоров газоперекачивающих станций, выполненный по схеме вентильного двигателя. Синхронный двигатель имеет две трехфазные статорные обмотки. Функциональ­ная схема электропривода отличается от приведенной на рис. 4 от­сутствием выходного трансформатора у ТПЧ [23J.

Основные технические данные ТПЧ

Номинальная мощность, МВ«А 38,95

Номинальное напряжение, кВ.......... 9

Номинальная частота выходного

напряжения, Гц............................. 83,3

Перегрузка по току, % .................... 125 в течение 1 мин

Габаритные размеры, мм:

силовых шкафов............................ 2х(9600x2 200 х2600)

реактора в звене постоянного

тока .............................................. 2х (3 400x3000x3600)

шкафа управления......................... 16.00x800x2300

Масса, кг:

силовых шкафов...................................... 2х1250С

шкафа управления......................... 1600

Каждый трехфазный мост преобразователя расположен в двух шкафах с габаритными размерами 2х(2000х2200х2600) мм. Ох­лаждение вентилей в преобразователе осуществляется с помощью замкнутой системы принудительного воздушного охлаждения. Воздух охлаждается в теплообменнике фреоном. Потери в преобразователе в номинальном режиме 300 кВт. Конструктивно и функционально система охлаждения выполнена так же, как у описанного выше пре­образователя мощностью 23 МВт.

Фирма Toshiba рассмотрела вариант воздушного принудительного по разомкнутому контуру охлаждения преобразователя электроприво­да мощностью 30 МВт. На каждый шкаф с тиристорами установлен вентилятор, мощность двигателя которого 1,5 кВт, т. е, всего уста­новлено восемь вентиляторов суммарной мощностью 12 кВт. Габа­ритные размеры силового шкафа с такой системой охлаждения 2000x2200x2 900 мм.

Фирма Toshiba поставила в 1980 г. три комплекта электро­приводов в Саудовскую Аравию для насосов. Электроприводы выпол­нены по схеме вентильного двигателя. Синхронный двигатель мощ­ностью 7000 л. с., U^ н = 1000 В. Функциональная схема элект­ропривода отличается от схемы рис. 4 отсутствием выходного трансформатора Т2. Электродвигатель имеет две трехфазные ста­торные обмотки, каждая из которых питается от индивидуального модуля, созданного по системе выпрямитель - инвертор с трехфаз­ным выходом.

Выпрямитель и инверторы выполнены на таблеточных тиристорах с повторяющимся напряжением 4 кВ и током 1,5 кА, каждое плечо трехфазного моста имеет два тиристора, включенных в параллель. Охлаждение тиристоров - воздушное принудительное по замкнутому контуру. Воздух охлаждается в теплообменнике с фреоном.

Основные электрические параметры преобразователя

Номинальное выходное напряжение, кВ 2x1

Номинальная мощность, МВ*А............... 7,05

Перегрузка по току, % .................... 110 в течение 1 мин

Рабочий диапазон изменения выходной

частоты, Гц............................................ 18-60

Конструктивно система охлаждения построена так же, как в элек-т троприводе мощностью 23 МВт (см. рис. 7). Весь электропривод установлен вне помещения [23].

Фирма Toshiba в 1978 г. сдала в эксплуатацию ТПЧ для пус­ка синхронных двигателей насосной гидроаккумулирующей станции [60]. На станции, установлено шесть агрегатов "синхронный двига­тель - насос" и два комплекта преобразователей. Выпрямитель и ин­вертор преобразователя выполнены по трехфазной мостовой схеме.

В каждом плече выпрямителя и инвертора включено последователь­но по 24 тиристора с повторяющимся напряжением 2,5 кВ и током 1500 А.

Основные электрические параметры преобразователя

Номинальное напряжение на выходе выпрямителя, кВ 13,1

Номинальный ток в звене постоянного тока, А.................... 1270

Номинальное переменное напряжение на выходе

инвертора, кВ................................... ................................ 11

Номинальная частота на входе выпрямителя и на

выходе инвертора, Гц......................................................... 60

Конструктивно преобразователь выполнен в виде герметичных шкафов. Система охлаждения - двухконтурная: первый контур - замкнутый контур воздушного принудительного охлаждения тирис­торов и вспомогательных элементов в шкафах, второй - контур ох­лаждения воздуха в теплообменнике. Компоновка преобразователя осуществлена следующим образом: в нижней части (высота 1700 мм) расположено оборудование для охлаждения преобразователя и им­пульсные генераторы для управления тиристорами. Нижняя часть служит подставкой, на которой устанавливается антресоль для об­служивания шкафов преобразователя (высота антресоли 100 мм).

На антресоли расположены шкафы преобразователя высотой 2650мм.

Фирма Jeumont—Schneider разработала [5б] унифицированный модуль с воздушным охлаждением для компоновки высоковольтных преобразователей частоты. Модули допускают создание сборки из 12 уровней, смонтированных электрически и механически последо­вательно. Каждый уровень допускает соединение 14 тиристоров в параллель, т. е. сборка может содержать 48 тиристоров.

Основные электрические параметры модуля

Эффективное номинальное напряжение, кВ......... 8,5

Пиковое напряжение, кВ................................... 32

Средний постоянный ток при угле проводимости

120° эл. сети с частотой 60 Гц, А........................ 660

Фирма разработала [56J высоковольтный преобразователь часто­ты на основе автономного инвертора для запуска синхронных дви­гателей мощных насосов. Преобразователь частоты подключен к ши­нам запуска насосной станции, на которой установлено три двига­теля с насосами.

Основные электрические параметры электропривода

Номинальная мощность, MB-А:

синхронной машины.......................................... 100

автономного инвертора...................................... 13,5

Номинальное напряжение, кВ............................. 12

Номинальная мощность при запуске, МВт...... 8,5

Длительность запуска одного двигателя, с....... 180Преобразователь частоты набран из двенадцати вышеуказанных модулей: шесть модулей - выпрямитель, шесть - автономный ин­вертор. Каждый модуль содержит десять последовательно соединен­ных тиристоров по два в параллель. Охлаждение тиристоров - воз­душное принудительное по замкнутому контуру. Воздух охлаждается водой в теплообменнике.

Фирма Siemens для преобразователя типа 8МР разработала пы­ленепроницаемый шкаф с передней и задней дверяли. В верхней части воздушной шахты установлен центробежный вентилятор, при­водимый во вращение двигателем с переключаемым числом полюсов и внешним ротором. Вентилятор укреплен на металлической проре­зиненной сетке для снижения уровня шума. При частоте вращения вентилятора 1380 об/мин уровень шума, замеренный на расстоя­нии 1 м, составляет 70 дБ. При сниженном номинальном токе пре­образователя допустим режим работы двигателя вентилятора с шестью полюсами. В этом случае уровень шума снижается до 60 дБ. На рис. 8 показано расположение функциональных узлов и системы охлаждения шкафа преобразователя. Направление прохождения воз­духа показано стрелками. Всасываемый снизу воздух проходит че­рез тиристорные блоки и в задней части шкафа опять направляется вниз, где перед подъемом проходит через теплообменник. Система охлаждения обеспечивает отвод тепловых потерь от двух тиристор­ных мостов (шкафов). При номинальном токе каждого шкафа 2x1500 А и температуре воды 25 С расход воды составляет 3 м^/ч. Перед входом в теплообменник техническая вода очищает­ся фильтром. Габаритные размеры шкафа 600x1000x2200 мм.

Шкаф содержит 12 тиристоров типа R16 с радиаторами типа РК01 [74].

Фирма Siemens разработала герметичную конструкцию шкафа для преобразователей [58J. Охлаждение тиристоров внутри шкафа - воздушное принудительное по замкнутому контуру. Двери шкафа вы­полняют функции теплообменника. Они имеют ребристую поверхность с внутренним и наружным вентиляторами, при этом двусторонняя циркуляция воздуха позволяет осуществить отвод потерь в тирис­торах при закрытой конструкции шкафа. Разность температур между поверхностью шкафа и окружающим воздухом при мощности потерь 2 кВт составляет 20°С.

В [17, 42J приведены результаты испытаний выпрямителя с ес­тественным воздушным охлаждением типа ПВКЕ-2 (БВКЕ в блоч­ном исполнении). Преобразователь предназначен для наружной уста­новки на тяговых подстанциях. Номинальное выпрямленное напряже­ние 3,3 кВ, ток 3400 А.. Преобразователь состоит из 12 шкафов - полуфаз й работает по схеме звезда - две обратные звезды с урав­нительным реактором.

В каждом шкафу на нейтральном каркасе смонтирована полуфаза преобразователя, Полуфаза набрана из вентилей со специальными радиаторами, которые имеют развитую поверхность и окрашены в

Рис. 8. Эскиз системы охлаж­дения шкафа фирмы Siemens (вид сбоку, справа лицевая сторона)

1 - вентилятор; 2 - тиристор­ные блоки; 3 - блок управле­ния; 4 - теплообменник;

5 - подвод воды

черный цвет. Радиаторы скомпонованы в блоки, в которых они скреплены друг с другом с помощью изоляторов. Блоки, в свою очередь, укреплены на изоляторах на нейтральном каркасе, который также изолирован от корпуса шкафа изоляторами. Блоки в шкафу расположены ступенчато, что способствует улучшению условий ох­лаждения. В нижней части шкафа имеются отверстия, закрытые сет­кой, а в верхней расположен дефлектор, предотвращающий попадание воды и снега внутрь шкафа. Для создания необходимой естественной тяги воздуха через радиаторы расстояние между нижней частью деф­лектора и верхним рядом вентилей принято равным 500 мм. Рас­стояние от основания нейтрального каркаса шкафа до поверхности земли равно 0,8-1,0 м. Поток охлаждающего воздуха поступает ес­тественной тягой снизу шкафа и выходит наружу сверху. Для лучше­го использования охлаждающего воздуха его направляют с помощью экранов через радиаторы с вентилями, создавая равномерное есте­ственное обдувание их.

Результаты испытаний выпрямителя подтвердили его высокую нагрузочную способность: длительно допустимая нагрузка выпрями­теля при допустимом превышении температуры р - п - структуры вен­тиля 80°С составила 3400 А; в случае увеличения высоты шкафа на 500 мм нагрузка возрастает до 3750 А. Превышение температуры воздуха внутри шкафа над температу­рой окружающего воздуха при этих нагрузках было 40°С. Вследст­вие нагрева солнцем конструкции шкафа температура воздуха внут­ри шкафа повышалась на 7°С при температуре окружающего воздуха +35 С. Длительно допустимый ток этого выпрямителя = 3400 А оказался таким же, как и для выпрямителя с принудительным воз­душным охлаждением со скоростью воздуха 12 м/с (при одном и том же числе параллельно соединенных вентилей в плече, равном пяти). Это свидетельствует, конечно, не о преимуществах естест­венного воздушного охлаждения вентилей перед принудительным, а скорее подчеркивает тот факт, что при тщательной проработке лю­бой системы охлаждения от нее можно добиться высокой эффектив­ности.

Преобразователи с испарительными системами охлаждения

Классификация систем испарительного охлаждения проведена по пяти признакам.

На первом уровне системы разделяются в зависимости от харак­тера жидкого промежуточного теплоносителя: 1 - в качестве тепло­носителя применяется диэлектрическая жидкость, например фреон-113 2 - в качестве теплоносителя применяется сильно полярная жидкость, например дистиллированная вода. От этого зависит конструкция сис­темы охлаждения. Так, в первом случае система охлаждения может содержать элементы, находящиеся под разным электрическим по­тенциалом, а во втором случае это недопустимо.

С целью упрощения начертания, иерархическое дерево для 1-го и 2-го классов первого уровня построено раздельно и приведено соответственно на рис. 9 и 10.

На втором уровне выделено три класса по признаку "способ по­строения I контура системы охлаждения": 1 - испаритель со свои­ми теплоотводящими поверхностями погружен в теплоноситель, но его стенка, к которой прижат силовой полупроводниковый прибор (СПП), находится вне теплоносителя; 2 - СПП вместе с испари­телем погружены в теплоноситель; 3 - теплоноситель циркулирует внутри полого испарителя, к которому СПП прижат с внешней сто­роны.

На третьем уровне системы различаются по способу циркуляции жидкости во внутреннем контуре: 1 - принудительная циркуляция жидкости под действием компрессора. За счет энергии внешнего источника происходит сжатие паров теплоносителя и тем самым повышение его температуры. Таким образом увеличивается темпе­ратурный напор, позволяющий осуществить теплоотвод к внешней среде при небольших габаритах; 2 - циркуляция за счет сил гра­витации (двухфазные замкнутые термосифоны); 3 - циркуляция за

Рис. 9. Классификационная схема систем испарительного охлажде­ния с диэлектрической жцдкостью (фреоном) во внутреннем контуре

Рис. 10. Классификационная схема систем испарительного охлажде­ния с сильно полярной жидкостью (водой) во внутреннем контуре

счет капиллярных сил в капиллярно-пористых структурах (фитиль­ные тепловые трубы).

Все изложенные разновидности внутренних контуров являются замкнутыми.

На четвертом уровне системы испарительного охлаждения разли­чаются по способу связи между первым и вторым контурами, т. е. соединения конденсатора с испарителями: 1 - централизованный (один конденсатор на несколько шкафов); 2 - групповой; 3 - инди­видуальный.

На пятом уровне различие между системами состоит в зависи­мости от типа и способа циркуляции внешнего теплоносителя: 1 - воздушное с естественной циркуляцией; 2 - воздушное с принуди­тельной циркуляцией; 3 - принудительное водяное.

В настоящее время не все возможные варианты исполнений сис­тем испарительного охлаждения реализованы.