Электронные преобразователи и аппараты. Цель лекции :рассмотреть вопросы: принципы конструирования электронных преобразователей

Лекция 11

Цель лекции:рассмотреть вопросы: принципы конструирования электронных преобразователей.

ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Основные конструктивные узлы силовых преобразователей. В со­став преобразовательного агрегата входят: блоки силовых полупро­водниковых приборов; блоки управления, защиты и сигнализации; трансформаторно-реакторное оборудование; конденса­торы; система охлаждения; силовые шины; каркас; коммутационная аппаратура. В некоторых видах преобразователей часть из этих узлов может отсутствовать.

Требования к конструкциям полупроводниковых преобразователей. Требования зависят от назначения и условий эксплуатации преобра­зовательных агрегатов. Но имеются общие требования, которым должны удовлетворять все агрегаты:

каждый узел и элемент преобразователя должен надежно работать в нормальном режиме и безотказно выполнять функции в непредус­мотренных режимах, отличающихся от нормальных, а также восста­навливать работоспособность после отключения устройствами защи­ты в аварийных режимах; в нормальном режиме температура токоведущих частей, изоляци­онных и конструкционных деталей не должна превышать значений, установленных для соответствующих материалов; токоведущие детали должны выдерживать без остаточных дефор­маций термические и электродинамические перегрузки, возможные в процессе работы; изоляция каждого элемента должна выдерживать возможные пере­напряжения с запасом, учитывающим ухудшение свойств изоляции из-за старения, загрязнения, увлажнения; преобразовательный агрегат должен иметь высокую степень завод­ской готовности, быть выполненным в виде крупных блоков, требу­ющих минимума монтажных и наладочных работ при установке на объекте; конструкция каждого элемента преобразователя должна обеспечи­вать удобство и безопасность обслуживания и минимальные затраты на ремонт и наладку; преобразователь должен иметь наименьшие размеры, массу и сто­имость, конструкция должна быть технологичной, допускать автома­тизацию производственных процессов при изготовлении и эксплуата­ции; преобразовательный агрегат должен быть технически совершен­ным, экономически оправданным и эстетически выразительным.

Унификация узлов преобразовательных агрегатов. Под унифика­цией понимается рациональное сокращение числа типов, видов и размеров изделий одинакового функционального назначения. В ее основе лежит взаимозаменяемость, достигаемая благодаря стандартизации размеров изделий, комплексности (с учетом возможности раз­личных уровней унификации — цеховой, заводской, отраслевой и т.д.), нормализации конструкции в результате заимствования их из различных нормалей и государственных стандартов, построения раз­мерно-параметрических рядов с возможностью определения опти­мального количества унифицируемых параметров. Следует заметить, что унификация не всегда дает непосредственный экономический эф­фект, так как при ее проведении используется принцип избыточного запаса (прочности, емкости и т.д.). Это значит, что на изделия мень­ших типоразмеров устанавливаются детали и узлы большей прочнос­ти, чем это требуется по условиям работы. При серийном производ­стве преобразователей, как правило, унификация приносит общий экономический эффект.

Технологичность конструкции. Это понятие предусматривает кон­струирование, которое при соблюдении всех эксплуатационных ка­честв изделия (производительность, надежность, экономичность, удобство в обслуживании) обеспечивает минимальные трудоемкость изготовления, материалоемкость и себестоимость, а также возмож­ность быстрого освоения серийного выпуска на базе применения со­временных высокопроизводительных методов изготовления деталей и сборки узлов.

При отработке конструкции на технологичность решают следую­щие задачи: обоснованный выбор компоновочной схемы конструк­ции; достижение простоты и целесообразности конструктивно-техно­логических решений деталей и узлов; построение изделия по блочно-узловому способу и разделение сложных узлов на части для возможности параллельной независимой сборки, пооперационного контроля и наладки; обеспечение селективной сборки на базе взаимо­заменяемости деталей и узлов, унификации, нормализации и стандар­тизации деталей, узлов и комплектующей аппаратуры.

Технологичность конструкции оценивается рядом количественных показателей. Обобщающей характеристикой технологичности кон­струкции является ее стоимость.

Надежность полупроводниковых преобразователей и аппаратов. Надежность как главный показатель качества определяется безопас­ностью и ремонтопригодностью. Благодаря соответствующей надеж­ности обеспечивается сохранение эксплуатационных показателей пре­образователя в заданных пределах. Отказом называется событие, за­ключающееся в полной или частичной утрате работоспособности объекта.

Безотказностью называется свойство объекта непрерывно сохра­нять работоспособность и нормально выполнять свои функции в пре­делах допусков в течение заданного времени в режимах, определен­ных техническими условиями. Количественно безотказность оценивается длительностью или объемом бесперебойной работы, а также косвенными вероятностными показателями (интенсивностью отказов, наработкой на отказ и др.).

Долговечность — это свойство изделия длительно (с возможными перерывами на ремонт) сохранять работоспособность в любых рабо­чих режимах, оговоренных в технических условиях, до разрушения или другого предельного состояния; количественно характеризуется техническим ресурсом, измеряющимся продолжительностью периода от начала эксплуатации до изнашивания за вычетом времени ремонта.

Ремонтопригодность преобразователя характеризует приспособ­ленность его конструкции к восстановлению исправного состояния и поддержанию заданного технического ресурса посредством предуп­реждения, обнаружения и устранения неисправности и отказов; коли­чественно оценивается трудоемкостью восстановления работоспособ­ности.

Надежность, как и другие параметры преобразователя, должна задаваться в технических заданиях на разработку. Чем выше требова­ния к надежности, тем больше усилий и материальных затрат требу­ется для ее обеспечения. Поэтому уровень надежности определяется как компромисс между затратами и полученным эффектом. Надеж­ность полупроводниковых преобразовательных агрегатов зависит от надежности комплектующих изделий (в основном силовых полупро­водниковых приборов) и аппаратуры, качества схемы и конструкции основных элементов агрегата.

обеспечение нормального режима работы элементов, повышение тех­нологичности изделия и его узлов, унификация элементов и узлов, повышение ремонтопригодности. Важнейшее значение имеет обеспе­чение температурного режима СПП. Особенно негативно на работу СПП влияет сочетание тяжелого температурного режима с цикличес­кими изменениями нагрузки, так как СПП недостаточно устойчивы к циклическим изменениям температуры. Все комплектующие преобра­зовательного шкафа элементы делят на термически активные (выде­ляющие тепло при работе) и термически пассивные элементы (не рассеивающие тепло, но обычно очень чувствительные к температу­ре). Термически активные элементы (СПП, трансформаторы, анодные дроссели, мощные резисторы, токоограничивающие реакторы, индук­тивные делители, силовые шины) устанавливаются в специальном отсеке шкафа, отгороженном от других элементов экранами или пере­городками из теплоизолирующего материала, выносятся за пределы шкафа или крепятся на его крышке. При необходимости применения принудительного охлаждения охлаждающий воздух или жидкость на­правляется сначала через более холодные пассивные, а далее через нагретые активные элементы.

Компоновка преобразовательных а1регатов. При компоновке важ­ное значение имеют взаимное расположение основных элементов агрегата и взаимное расположение узлов каждого элемента. Различают моноблочную, функционально-узловую, совмещенную компоновки элементов в агрегате. При моноблочной компоновке трансформатор, силовая часть с СПП, коммутационная, сигнальная и защитная аппа­ратура размещаются в одном шкафу или в щите, представляющем собой единую конструкцию. Если основные элементы преобразова­тельного агрегата представляют функционально законченные изде­лия, каждое из которых оформлено в отдельное конструктивное целое, то компоновка осуществляется по функционально-узловому принципу. При этом агрегаты могут компоноваться с установкой основных элементов (преобразовательный трансформатор, шкаф си­ловых полупроводниковых приборов, шкаф распределительных устройств) вплотную друг к другу с механическим и электрическим соч­ленениями, обеспечивающими единый конструктивный комплекс, или монтироваться непосредственно на объекте применения преобразова­теля (в различных местах, предусмотренных для них). Совмещенной называется компоновка, при которой для уменьшения размеров и массы преобразовательный трансформатор и силовая часть с полу­проводниковыми приборами оформляются в общий блок с общей системой охлаждения.

Для агрегатов малой мощности (до 25—40 кВт) оптимальным является моноблочный вариант. Агрегаты средней мощности (до 1000 кВт), как правило, имеют функционально-узловую компоновку в виде единого конструктивного комплекса. При больших мощ­ностях полупроводниковые агрегаты монтируются по функциональ­но-узловому способу с раздельной установкой основных элементов. Таким способом монтируются выпрямительные агрегаты тяговых подстанций, преобразователи электроподвижного состава.

При компоновке отдельных элементов важное значение имеет оформление в конструктивно законченный узел одного или несколь­ких СПП, установленных на охладителях и собранных по определен­ной схеме, аппаратуры защиты и управления приборами и шинных выводов. Такие узлы полупроводниковых преобразователей называ­ют силовыми блоками. Различают силовые блоки СПП с естественным, принудительным воздушным и жидкостным охлаждением. Из отдель­ных унифицированных силовых блоков могут монтироваться преоб­разователи по различным схемам и рассчитываться на различные мощности. При этом силовые блоки должны обеспечивать: полную взаимозаменяемость, простоту, технологичность и целесообразность конструкции; равномерное деление тока; единую систему охлаждения; удобство сборки; простоту обслуживания; удобство контроля; массу не более 20—25 кг; максимальную унификацию и стандартизацию деталей; технологичность, эстетичность и минимальную стоимость конструкции.

Дата добавления: 2014-01-07