Силовая электроника №1'2005

Новые высокомощные силовые диоды и тиристоры для промышленности, транспорта и энергетики

Валентин Мартыненко
Геннадий Чумаков


ОАО «Электровыпрямитель» освоило производство и приступило к выпуску высокомощных силовых диодов и тиристоров таблеточной конструкции для преобразовательного оборудования, используемого в промышленности, энергетике, транспорте, металлургии, на крупных объектах коммунального хозяйства и др. Новые полупроводниковые приборы изготавливаются на основе кремниевых структур диаметром от 63 до 101 мм, собираются в металлокерамические корпуса и предназначены для эксплуатации во всех климатических зонах России, а также в районах с холодным и тропическим климатом.


Тиристоры

Предприятие выпускает широкий ряд полупроводниковых приборов с напряжением от 600 В до 6,5 кВ, которые работают в силовых схемах с питающим напряжением от 230 до 1000 В и более.

Разработаны серии тиристоров как для низковольтных, так и для высоковольтных применений. Они наиболее полно учитывают режимы работы и условия эксплуатации у различных потребителей.

Электрофизические параметры и конструкция кремниевых структур тиристоров спроектированы для достижения оптимального баланса между потерями во включенном состоянии и динамическими потерями. Это позволяет эффективно управлять максимальными мощностями в диапазоне частот от 50 до 400 Гц.

Тиристоры имеют разветвленную топологию управления четырехслойной структурой с внутренним усилением сигнала управления и эффективную шунтировку катодного эмиттера, что обеспечивает прибору быстрое и однородное включение, длительную эксплуатацию в режиме высоких скоростей коммутации анодного тока (≥200 А/мкс) и напряжений (≥1000 В/мкс).

Применение радиационно-легированного кремния, патентованная технология управления диффузионными профилями и временем жизни неосновных носителей заряда в технологическом цикле изготовления тиристоров позволили минимизировать технологический разброс выходных параметров, таких, как UTM, tqt, QRR, IRR, tRR, и полностью удовлетворить требования потребителей при поставках полупроводниковых приборов, предназначенных для работы в схемах с последовательным и параллельным соединением.

Силовые диоды и тиристоры ОАО «Электровыпрямитель» имеют высочайшую стабильность прямых падений напряжений, что гарантирует им точный подбор для параллельной работы и высокую симметрию токов в силовых ветвях преобразователей на весь период эксплуатации. Полупроводниковые приборы обладают повышенной механической прочностью, они надежно работают при воздействии вибрационных нагрузок в диапазоне частот 1–2000 Гц с ускорением 200 м/с2, одиночных и многократных ударов с ускорением соответственно 10000 и 1500 м/с2, могут без повреждений выдерживать значительные перекосы сжимающих усилий, которые зачастую имеют место в реальной эксплуатации.

Низковольтное применение — электролиз цветных металлов, электрохимия, компенсаторы реактивной мощности с напряжением до 3 кВ, индукционный нагрев, электроприводы постоянного тока, плавный пуск асинхронных двигателей, преобразователи для питания тяговых двигателей магистральных и карьерных электровозов и другие мощные источники постоянного тока.

Здесь используются тиристоры с рабочим напряжением от 200 В до 3,4 кВ, токами до 5,5 кА и временем выключения от 63 мкс (табл. 1).

Высоковольтное применение — преобразователи линий электропередач постоянного тока, мощные высоковольтные статические компенсаторы реактивной энергии, выпрямители систем возбуждения мощных турбо- и гидрогенераторов, электроприводы и плавный пуск высоковольтных электродвигателей постоянного и переменного тока, преобразователи тяговых подстанций, различные высоковольтные ключи переменного тока и пр.

Для этих преобразователей поставляются тиристоры с напряжением от 3,6 до 6,5 кВ, токами до 3,2 кА и временем выключения от 250 мкс (табл. 2).

При необходимости ОАО «Электровыпрямитель» может разработать и поставить силовые диоды и тиристоры с рабочим напряжением до 8,0 кВ.

Анализ результатов многолетней эксплуатации тиристоров предыдущих поколений, а также проводимые на предприятии исследования надежности силовых полупроводниковых приборов позволяют по требованиям потребителей производить поставки мощных таблеточных тиристоров с увеличенным сроком службы (25 лет и более).

Силовые диоды

Предприятие выпускает широкий ряд новых мощных силовых диодов, конструкция которых оптимизирована на низкие потери в проводящем состоянии. Силовые диоды имеют блокирующие напряжения от 800 В до 6,5 кВ, рабочие токи до 10,0 кА и подходят для эксплуатации в силовых сетях с частотой 50–400 Гц и напряжением до 3 кВ (табл. 3).

Эти высоконадежные полупроводниковые приборы необходимы для всех применений, где требуется преобразование AC/DC, включая входные выпрямители для различных электроприводов, преобразователей транспорта, тяговых подстанций, сварки и мощных источников питания постоянного тока.

ОАО «Электровыпрямитель» имеет хорошо отработанную технологию производства силовых диодов, большой опыт поставок (десятки миллионов штук) и эксплуатации. На многих объектах России и за рубежом силовые диоды ОАО «Электровыпрямитель» проработали уже более 40 лет, они успешно эксплуатируются и по сей день.

Охладители

Ряд обычных и специальных охладителей производства ОАО «Электровыпрямитель», применяемых для серийных силовых полупроводниковых приборов [1], пополнен новыми охлаждающими системами для силовых диодов и тиристоров большой мощности (табл. 4 и 5). Они удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к современным полупроводниковым компонентам, спроектированы с учетом оптимизации характеристик и эффективности теплосъема при естественном и принудительном воздушном, масляном и водяном способах охлаждения. Максимальная мощность рассеивания, достигнутая на охладителях воздушного и жидкостного охлаждения, составляет соответственно 2,0 кВт и 5,5 кВт.

Рис. 9
Рис. 10
Рис. 11
Рис. 12

Силовые блоки

По заказам ОАО «Электровыпрямитель» проектирует и поставляет силовые блоки, используя всю имеющуюся на предприятии номенклатуру мощных силовых диодов и тиристоров, силовых модулей, охладителей, изоляторов, предохранителей, ограничителей напряжения, конденсаторов, резисторов и драйверов управления.

Пример силового блока, выполненного на тиристорах 173-й серии по схеме однофазного ключа переменного тока на ток 3500 А и напряжение 0,4 кВ представлен на рис. 13.

Рис. 13

Перед запуском в производство по техническим требованиям заказчика проводятся моделирование и компьютерные расчеты режимов работы силового блока, после чего выбирается наиболее оптимальный (по техническим характеристикам и цене) вариант конструкции сборки. Весь процесс проектирования, начиная с выдачи технического задания до представления заказчику законченного конструкторского решения, цен и сроков изготовления заказанных блоков, производится с использованием электронной связи. Это позволяет оперативно удовлетворять потребности заказчика.

Поставляемые ОАО «Электровыпрямитель» силовые сборки производятся по современным технологиям, они имеют высокие технико-экономические показатели, так как базируются на постоянно проводимых предприятием исследованиях и разработках в области СПП и преобразовательной техники.                 

Литература

  1. ОАО «Электровыпрямитель». Полупроводниковые приборы силовой электроники. Краткий каталог. 2004.

Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2005_01_8.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо