Диодные однофазные, трехфазные (полумосты, мосты) модули на лавинных кристаллах

В первом квартале 2022 года было разработано и собрано несколько конструкций изделий серии ДМ на бескорпусных диодах с лавинной характеристикой пробоя кристалла с согласованием конечных конструкций и параметров с заказчиками. ДМ разработаны и собраны с потенциальным и диэлектрическим основанием по однофазной и трехфазной схеме включения (табл.).

Диодные модули производства АО «Оптрон-Ставрополь» делятся на три серии:

• Серия ДМ 1 включает в себя изделия, собранные по полумостовой схеме без использования диэлектрика (керамики) между основанием и кристаллом, основание (подкова) потенциальное (рис. 1).
• Серия ДМ 2 также включает в себя изделия, собранные по полумостовой схеме с использованием диэлектрика (керамики) между основанием и кристаллом, но основание (подкова) здесь диэлектрическое (рис. 2).
• Серия ДМ 3 включает в себя изделия, собранные по мостовой схеме с использованием диэлектрика (керамики) между основанием и кристаллом, основание (подкова) диэлектрическое (рис. 3а, б).
• Изделия прошли несколько серий испытаний, в том числе:
• ПСИ;
• измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса генератора и между электрическими разобщенными цепями в холодном состоянии;
• определение правильности чередования фаз генератора, проверка времени самовозбуждения генератора и времени вхождения выходного напряжения генератора в зону установившегося отклонения напряжения ±1% номинального;
• определение коэффициента небаланса линейных напряжений генератора;
• испытания при номинальном режиме;
• определение пределов изменения установки напряжения;
• измерение сопротивления изоляции обмотки относительно корпуса генератора и между электрическими разобщенными цепями в нагретом состоянии;
• испытания коротким замыканием (трехфазное КЗ, двухфазное КЗ, однофазное КЗ) в составе генераторов серий БГ, ГС и Stamford.

Рис. 1. Диодный модуль ДМ 1.1-80(Х)-16-У2

Рис. 2. Диодный модуль ДМ 2.1-70Л(Х)-16-У2

Рис. 3. Диодные модули серии ДМ 3:
а) ДМ 3.1-160Л(Х)-16-У2;
б) ДМ 3.2-160Л(Х)-16-У2

Результаты испытаний положительные, все изделия допущены к эксплуатации в сериях генераторов БГ, ГС и Stamford.

Использование лавинных кристаллов в сериях диодных модулей (ДМ) позволит отказаться от применения варисторов для защиты диодных сборок от перенапряжения — например, при кратковременном коротком замыкании. Лавинные диоды входят в режим обратимого электрического пробоя при приложении к ним напряжения выше напряжения класса. При этом резко возрастает обратный ток через диод с одновременным ограничением напряжения на нем. Если обеспечен достаточный теплоотвод от кристалла (путем выбора подходящих по температурному коэффициенту линейного расширения материалов подложек и покрытий), то в режиме лавинного пробоя данный диод может довольно длительное время рассеивать избыточную мощность при перенапряжении, не переходя в необратимый тепловой пробой и не разрушаясь. После снятия перенапряжения лавинный диод продолжает работать как выпрямительный. При этом лавинный диод не имеет такого недостатка, как ограниченный срок эксплуатации в случае варистора.

К преимуществам серий диодных модулей, которые разрабатываются и серийно выпускаются АО «Оптрон-Ставрополь», можно отнести:

1. Технологию сборки диодных модулей на бескорпусных элементах (лавинных и обычных выпрямительных кристаллах). Преимуществом данной технологии является одновременная пайка диодных элементов и шин в едином технологическом процессе на металлическую/керамическую подложку с медным напылением и дальнейшая защита и герметизация изделия. Представленная технология позволяет избежать проблемы, которая возникает при запрессовке, вкручивании корпусных диодов в алюминиевое основание (подкову), — разрушение кристалла в конструкции корпусного диода при запрессовке или вкручивании вследствие сложности точного регулирования силы механического воздействия при вкручивании или запрессовке корпусного диода. При использовании данной технологии исключается проблема смещения, сдвига, а в дальнейшем и выпадения корпусного диода относительно отверстия для запрессовки/вкручивания в связи с долгой эксплуатацией при большом количестве термоциклов, а также при механических и вибрационных воздействиях.
2. Большое расстояние между выводными, фазными и силовыми втулками и используемым компаундом для заливки изделий. Большое расстояние между фазными и силовыми выводами и использование диэлектрического, теплопроводного компаунда марки (VSC-150) позволяет до нуля минимизировать воздействие соляных туманов, росы, влаги, льда, а также загрязнение поверхности металлической стружкой и другим мусором, что приводит к короткому замыканию по корпусу корпусных диодов серий: Д104, Д204, Д304, ОД 104, ОД 304 по отдельности и в составе различных выпрямительных сборок (СВ 8.1-М2-10-6; СВ 8.1-М2-12(12Х)-6; CВ 8.3-М3-40(40Х)-6; СВ 8.4-МЗ-40(40Х)-6; СВ 8.5-В6-40-6; СВ 8.6-В6-80-6; СВ 8.7-М2-25-6; СВ 8.9-В2-25-6; СВ 8.10-МЗ-80(80Х)-6; СВ 10.1-В2-10-6; СВ 10.2-В6-16-6; СВ 10.3-В2-25-6 и других).

Все приборы имеют гарантийный срок эксплуатации 2–25 лет.