АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Дискретные приборы

Дискретные силовые полупроводниковые приборы с диаметром кремниевых структур от 5 до 101 мм на базе 22 типов корпусов штыревой, таблеточной и фланцевой конструкций (рис. 1.29). Производится широкий ряд низкочастотных (для применения в промышленной сети) диодов и тиристоров на токи от 10 до 6300 А и на рабочее напряжение от 200 до 6500 В. По заказам могут быть поставлены приборы с рабочим напряжением до 8000 В и в термодинамически устойчивых корпусах (Isc до 75 кА, i2dt = 13,5+106 А2с).

На основе тех же конструкций разработана и поставляется серия быстродействующих диодов и тиристоров, предназначенных для работы в частотно-импульсных режимах. Диоды этой группы, в зависимости от рабочего напряжения и тока, имеют времена обратного восстановления от 0,1 до 5 мкс. Часбаза рис1
тотные тиристоры выпускаются с характеристиками времени выключения Подпись: Рис 1.29. Силовые полупроводниковые приборы штыревой, таблеточной и фланцевой конструкции.от 8 до 50 мкс. Рабочее напряжение этих приборов от 1000 до 2400 В. По требованиям заказчика предприятие поставляет подобные приборы и с более высокими рабочими напряжениями (до 4000 В и выше) с нормированными временем выключения, которое оптимизировано для инверторных применений.

В зависимости от назначения производятся следующие типы силовых диодов: низкочастотные, быстровосстанавливающиеся, лавинные, кроубарные, роторные. Этими высоконадежными приборами комплектуются выпрямители для питания тяговых и вспомогательных преобразователей электровозов и тепловозов, подстанций железных дорог и муниципального электротранспорта, бесщеточные системы возбуждения электрических машин, различные привода электродвигателей переменного и постоянного тока, преобразователи для электролиза алюминия, сварочное оборудование, источники питания и многие другие устройства.

На предприятии производится целый ряд приборов тиристорного типа в широком диапазоне токов и напряжений:

• тиристоры низкочастотные до 5000 А/6000 В;

• тиристоры быстродействующие и частотно-импульсные до 2000 А/2400 В;

• тиристоры асимметричные до 1000 А/2800 В;

• тиристоры симметричные (триаки) до 1000 А/ 1400 В;

• оптотиристоры до 80 А/1200 В;

• реверсивно включаемые динисторы (RSD) до 350 кА/4000 В.

Для нужд импульсной техники поставляются реверсивно включаемые динисторы, которыми комплектуются высоковольтные коммутаторы тока, способные переключать импульсные мощности в гигаваттном диапазоне. Последние разработки в этой области показали абсолютное превосходство RSD перед всеми другими типами полупроводниковых ключей. В настоящее время RSD выпускаются с диаметрами элементов от 8 до 76 мм с рабочим напряжением до 4000 В и коммутируемым током до 350 кА. Ведутся разработки по созданию мощного твердотельного ключа на импульсные токи до 500–1000 кА.

Диодно – тиристорные модули

На предприятии производится большое семейство диодно-тиристорных модулей с изолированным основанием на токи от 40 до 1250 А с рабочим напряжением до 4400 В в шести базовых конструкциях (рис. 1.30.).

база рис2

Модули выполнены в прижимной конструкции с шириной медного основания 20, 34, 50, 60 и 70 мм. Достоинством этих приборов является высокая энерготермоциклостойкость, надежная работа в режиме больших токовых нагрузок и в тяжелых условиях эксплуатации.

база рис3

Силовые модули удобны для потребителей. При использовании охлаждающего устройства, выполненного в виде моноплиты, модульное исполнение СПП позволяет существенно упростить конструкцию силовой части преобразователя, снизить его массогабаритные параметры, уменьшить затраты на монтаж и обслуживание.

Подпись: Рис 1.32. Быстровосстанавливающиеся диодные модули (SFRD-модули)Подпись: Рис 1.31. Диодные однофазные и трехфазные мосты.

С этого года начат выпуск новой серии диодно-тиристорных модулей (низкочастотных и частотных) с паяными контактами на выходные токи от 40 до 500 А, напряжение до 1600 В, выполненных по схемам однофазных и трехфазных мостов (рис. 1.31.). Эти компактные и дешевые приборы позволяют существенно снизить габариты и массу устройства, а также материальные затраты в производстве преобразователей широкого назначения мощностью до 250 кВт.

Предприятие выпускает силовые беспотенциальные модули на основе высокочастотных диодов с мягкими характеристиками обратного восстановления (SFRD-модули) на токи от 20 до 800 А, напряжение от 600 до 3300 В, напряжение изоляции от 2500 В до 15 кВ, имеющих конструктивные исполнения и технологию изготовления, аналогичные IGBT-модулям (рис. 1.32.). Особенностью этих приборов являются лавинные характеристики, очень низкие время (до 0,1 мкс) и заряд обратного восстановления, плавное восстановление и способность работать на высоких частотах.

база рис61.5.2. IGBT – модули

Освоено серийное производство IGBT-модулей на токи от 25 до 3600 А и напряжение до 3300 В, выполненных по схемам одиночных ключей, чопперов и полумостов (рис. 1.33.).

Подпись: Рис 1.33. IGBT –модули с паяными и прижимными контактамиВ модулях предусмотрены защитные диоды обратного тока с мягкими характеристиками обратного восстановления. Основная номенклатура этих приборов выпускается в стандартных корпусах и предназначена для статических преобразователей частоты, используемых в различных отраслях промышленности и в коммунальном хозяйстве.

В течение последних трех лет проведены работы по созданию IGBT-модулей для электроподвижного состава. По требованиям РЖД с учетом особенностей российских железных дорог разработаны IGBT-модули специального исполнения, предназначенные для эксплуатации в циклических режимах нагрузки, при низких отрицательных температурах, в условиях жестких механических воздействий. Для вспомогательных СПЧ бортового питания электровозов и пассажирских поездов разработаны модули с напряжением изоляции более 15 кВ. Ведутся работы по созданию мощных IGBT-модулей на напряжение 6500 В для тягового электропривода магистральных электровозов.

На предприятии проведена разработка базовой технологии производства температуростойких сильноточных высоковольтных управляемых ключей на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором на токи до 1400 А и напряжение до 2500 В в герметичных металлокерамических корпусах с прижимной конструкцией. Приборы имеют высокую энерготермоциклоустойчивость и стойкость к механическим и климатическим воздействиям.

1.5.3. Охлаждающие устройства и силовые блоки

ОАО «Электровыпрямитель» в течение многих лет разрабатывает и производит высокоэффективные охлаждающие устройства для всех типов выпускаемых СПП (рис. 1.34.).

Из последних разработок следует отметить охладители, предназначенные для СПП большой мощности, которые позволяют реализовывать проекты по созданию преобразователей мощностью до нескольких мегаватт. Это воздушные охлаждающие системы типа О273 с тепловым сопротивлением 0,035 °С/Вт и жидкостные охладители типа ОМ109 (Rth(ha) = 0,013 °С/Вт).

Для диодно-тиристорных и IGBT-модулей разработаны охладители — моноплиты типа О55 (аналог охладителя Р3 фирмы Semikron), на которых легко можно собрать различные силовые схемы. Проводится разработка высокоэффективных экструзионных алюминиевых охладителей шириной до 600 мм с запрессованными ребрами, имеющими тепловое сопротивление до 0,015 °С/Вт.

Предприятие выпускает серию изоляционных теплопроводящих элементов таблеточной конструкции на основе оксида и нитрида алюминия с низкими внутренними тепловыми сопротивлениями (до 0,07 °С/Вт) и с напряжением изоляции не менее 10 кВ. На рис. 1.35. представлены примеры силовых блоков, изготовленных по конкретным заказам:

а) трехфазный управляемый выпрямитель (100 кВт);

б)трехфазный регулятор переменного тока (100 и 300 кВт);

в)реверсивный трехфазный управляемый выпрямитель (360 кВт);

г) блок высоковольтного реверсивного моста (1,43 МВт),

д)однофазный регулятор переменного тока (1,5 МВт);

Подпись: Рис 1.35. Силовые блоки: управляемые и неуправляемые выпрямители, регуляторы переменного тока.
база рис8

е) трехфазный управляемый мост с жидкостным охлаждением (500 кВт).

Блоки предназначены для устройств плавного пуска и управления скоростью вращения электродвигателей, для регуляторов температуры и освещенности, для компенсации реактивной мощности, электросварки, индукционного нагрева, гальваники и для источников бесперебойного питания. По требованию заказчиков поставка силовых блоков производится в комплекте с вентиляторами, термодатчиками, драйверами управления, устройствами защиты от перенапряжений, токов перегрузки и коротких замыканий.

Реализация сложных логических функций на интегральных микросхемах