Доступность узлов преобразователя для обслуживания, ревизии и ремонта является важным условием, определяющим общее и детальное конструктивное решение преобразователя. Принципиально ничто не мешает тому, чтобы преобразователь был сконструирован так, чтобы все его узлы и детали были легко и быстро доступны для осмотра и замены. Однако такой преобразователь был бы большим, тяжелым и дорогим. Но преобразователь можно сконструировать очень рационально с точки зрения экономии места, материала и трудоемкости изготовления и выполнить его так, что его узлы будут труднодоступны или вообще недоступны, например залиты компаундом. Необходимо найти разумный компромисс между этими двумя крайностями. В первую очередь необходимо исходить из того, что должны быть выполнены требования нормативных документов, относящихся к возможности ревизии, безопасности эксплуатации и охраны здоровья. Органы управления должны быть расположены снаружи кожуха или шкафа или установлены в блоке дистанционного управления. Оперативный обслуживающий персонал не должен быть вынужден открывать шкафы и кожухи, и вопрос доступности для него не должен существовать.
О статических преобразователях справедливо говорят, что по сравнению с предшествующими им вращающимися или контактными преобразовательными устройствами они проще в эксплуатации. Вмешательство персонала здесь требуется гораздо реже и сводится обычно к простой и быстрой замене блока или узла, в котором произошло повреждение. Следовательно, речь идет о том, чтобы любая неисправность могла быть легко и быстро обнаружена и чтобы соответствующий сменный узел преобразователя можно было быстро заменить новым. Особенно легко должны быть доступны для оперативного персонала аппараты защиты, т. е. предохранители, автоматические выключатели и т. п. Доступными должны быть и платы с цепями управления. Важнейшие сигналы о работе и неисправностях оборудования должны быть выведены на панель сигнализации снаружи или внутри шкафа, а контрольные точки для поиска неисправности должны быть сосредоточены на специальной панели. Доступность узлов при более крупных ремонтах не является решающей, так как при таком ремонте, как правило, снимается вся защитная оболочка шкафа и появляется доступ со всех сторон.
Односторонний доступ ко всем узлам преобразователя может быть достигнут размещением их вдоль всех стенок шкафа. Однако при этом плохо используется объем шкафа, отношение мощности к объему невелико. Кроме того, при такой конструкции имеется повышенная опасность поражения электрическим током при проведении измерений под напряжением. Наилучший доступ к узлам преобразователя достигается при их рациональном размещении, например, в двух плоскостях с использованием поворотной рамы с вертикальной осью поворота.
2. Современные мощные полупроводниковые приборы и
их функциональные особенности
Выбор базового ключевого элемента играет решающую роль в конструировании преобразователя любого типа. В течение ряда десятилетий, с момента изобретения в 50-х и промышленного освоения в 60-х годах, силовой триодный тиристор на базе классической четырехсложной р-n-р-n - структуры оставался практически единственным полупроводниковым прибором для преобразовательных устройств мощностью более 500 кВт. Тиристор быстро вытеснил с рынка своего функционального предшественника — ртутный вентиль. Преимущества одного перед другим были очевидны. Однако функционально тиристор от ртутного вентиля не отличался. И тот и другой — однооперационные ключи, приспособленные для схем с естественной коммутацией. Все годы использования тиристоров шел в основном количественный рост их параметров за счет успехов технологии. Серьезных изменений, в основе которых лежали бы новые физические идеи, не было (за исключением, возможно, изобретения и освоения регенеративного управляющего электрода). Неизменность функциональных возможностей базовых приборов привела к тому, что и основные схемные решения по преобразователям на их основе длительное время также оставались неизменными. Такое положение позволяло прогнозировать пути развития преобразовательной техники на ближайшие десятилетия.
Ситуация в силовой электронике кардинально изменилась в конце 80-х годов с промышленным освоением силовых запираемых тиристоров (GTO). Физические основы их работы были известны давно, но технологические трудности долгое время оставались непреодолимыми. На сегодня основные статические параметры GTO сравнимы с таковыми для обыкновенных тиристоров. Главный недостаток GTO — значительные токи управления, приводящие к необходимости создания громоздких и мощных блоков управления и систем передачи энергии на потенциал тиристоров. Именно это обстоятельство сдерживает широкое использование GTO в преобразователях.
К середине 90-х годов появились другие полупроводниковые приборы ключевого типа — мощные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Уступая GTO по статическим параметрам, они принципиально превосходят их по динамике (прежде всего, по времени включения и запирания). Кроме того, IGBT, имеющий в составе своего электрода управления полевой транзистор, не требует больших токов для запуска процессов включения и запирания, тем самым облегчая систему управления.
В настоящее время транзисторы IGBT выпускаются, как правило, в виде модулей с односторонним прижимом и охлаждением, и только кампания "Toshiba Semiconductor Group" сообщает о создании IGBT в таблеточном корпусе (РР HV IGBT -- press-park high voltage IGBT), что позволяет осуществлять двустороннее охлаждение прибора.
IGBT - модуль по внутренней электрической схеме может представлять собой единичный IGBT, двойной модуль (half-bridge), где два IGBT соединены последовательно, прерыватель (chopper), в котором единичный IGBT последовательно соединен с диодом, однофазный или трехфазный мост. Во всех случаях, кроме прерывателя, модуль содержит параллельно каждому IGBT встроенный обратный диод. Основные параметры наиболее мощных единичных и двойных IGBТ - модулей представлены, соответственно, в табл.1 и 2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.