Zagrożenia zwarciowe i przetężeniowe półprzewodnikowych przyrządów energoelektronicznych

Praca niniejsza obejmuje zagadnienia dotyczące: - wytrzymałości zwarciowej przyrządów energoelektronicznych; - wytrzymałości eksplozyjnej obudów tych przyrządów; - doboru przyrządów półprzewodnikowych do warunków zwarciowych występujących w przekształtnikach energoelektronicznych dużej mocy. W rozdziale drugim omówiono zagadnienia związane z wyznaczaniem ustalonej rezystancji cieplnej i przejściowej impedancji cieplnej przyrządów energoelektronicznych w sposób obliczeniowy i eksperymentalny. Przedstawiono przykład określania tych parametrów dla konkretnego przyrządu energoelektronicznego. W oparciu o opracowany program komputerowy przeprowadzono obliczenia temperatury struktury krzemowej przyrządu energoelektronicznego przy obciążeniu impulsami prądowymi o róż-nym czasie trwania i zmiennej amplitudzie. Wyniki obliczeń zweryfikowane zostały eksperymentalnie. W rozdziale trzecim przeprowadzono obliczenia prądu zwarcia symetrycznego w układzie trójfazowym mostkowym. Obliczenia wykazały, iż impulsy prądu zwarcia w gałęzi mostka z przyrządem półprzewodnikowym mogą zmieniać wartości szczytowe i czas trwania w czasie jednego cyklu zwarciowego. Stwarza to trudności przy doborze diod i tyrystorów do tych warunków gdyż odpowiednie dane deklarowane przez wytwórców dotyczą półsinusoidalnych impulsów prądowych o stałej wartości szczytowej i czasie trwania 10 milisekund. W rozdziale czwartym omówiono mechanizmy uszkodzeń diod i tyrystorów powodowane nadmiernym prądem zwarcia. Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych, które wykazały, że występują różne mechanizmy uszkodzeń tych przyrządów charakterystyczne dla warunków przed wystąpieniem zwarcia określonych napięciem wstecznym i temperaturą. Wprowadzono do obliczeń zwarciowych przekształtników temperaturę struktury krzemowej jako kryterium doboru diod i tyrystorów do tych warunków występujących w przekształtnikach. Zaproponowano eksperymentalny sposób wyznaczania deklarowanej przeciążalności prądowej (metoda prób niszczących) jako najbardziej wiarygodny. Uwzględnia on bowiem czynniki technologiczne, materiałowe i wykonawcze trudne do ujęcia w metodach obliczeniowych. Rozdział piąty obejmuje wyniki badań eksperymentalnych wytrzymałości eksplozyjnej diod i tyrystorów o obudowie tradycyjnej (pastylkowej i wkręcanej) oraz tranzystorów o obudowie modułowej z tworzywa sztucznego. Badania wykazały, że eksplozja obudowy wywołana nadmiernym prądem zwarcia występuje przy kilkakrotnie mniejszym prądzie w przyrządzie o obudowie modułowej niż w odpowiednim przyrządzie o obudowie tradycyjnej. Podane zostały wyznaczone doświadczalnie wartości prądu, energii i całki i2t powodujące eksplozję obudowy. Oceniono iż najbardziej miarodajnym czynnikiem określającym wytrzymałość eksplozyjną przyrządów energoelektronicznych jest energia wydzielana w przyrządzie w wyniku prądu zwarcia. Ponieważ energia ta nie daje się obliczyć na podstawie parametrów obwodu zwarcia w danym przekształtniku, do oceny zagrożeń eksplozyjnych przyrządów w układach energoelektronicznych wykorzystana została całka i2t. Przeprowadzone zostały obliczenia tej wartości dla przypadków zwarć w prostowniku dużej mocy i falowniku napięcia. W rozdziale szóstym, na podstawie opracowanych w poprzednich rozdziałach sposobów obliczeń, dokonano weryfikacji doboru diod prostownika dużej mocy, do warunków zwarciowych. Prostownik ten opracowany i wykonany w Instytucie Elektrotechniki wprowadzony został do eksploatacji na podstacji zasilającej sieć trakcyjną linii szybkiego ruchu.

Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: automatyka, elektronika i elektrotechnika