eng
Многие силовые системы требуют применения встречно-параллельного включения тиристоров. При этом нередко приходится применять несколько антипараллельных тиристоров, каждый со своим монтажным креплением и охладителем.
И, конечно, для таких систем проблема уменьшения площади силового устройства весьма актуальна. Она успешно решена компанией ABB Switzerland Ltd., Semiconductors, где в ходе совершенствования мощных тиристоров фазового управления (Phase Controlled Thyristors, PCT) был создан симметричный тиристор (Bi-directional Control Thyristor, BCT). Он представляет собой два встречно-параллельных тиристора, выполненных на одной пластине. Малая площадь прибора – не единственное достоинство ВСТ. Размещение двух встречно-параллельных тиристоров на одной пластине позволяет использовать более компактные снабберы и схемы управления. Это упрощает силовую систему и удешевляет ее на 30%.
В результате разработчики компенсаторов реактивной мощности, статических переключателей, устройств плавного пуска и тяговых электроприводов получили возможность выполнять все более жесткие требования, предъявляемые к габаритам, компоновке, надежности и цене конечного продукта.
И, конечно, для таких систем проблема уменьшения площади силового устройства весьма актуальна. Она успешно решена компанией ABB Switzerland Ltd., Semiconductors, где в ходе совершенствования мощных тиристоров фазового управления (Phase Controlled Thyristors, PCT) был создан симметричный тиристор (Bi-directional Control Thyristor, BCT). Он представляет собой два встречно-параллельных тиристора, выполненных на одной пластине. Малая площадь прибора – не единственное достоинство ВСТ. Размещение двух встречно-параллельных тиристоров на одной пластине позволяет использовать более компактные снабберы и схемы управления. Это упрощает силовую систему и удешевляет ее на 30%.
В результате разработчики компенсаторов реактивной мощности, статических переключателей, устройств плавного пуска и тяговых электроприводов получили возможность выполнять все более жесткие требования, предъявляемые к габаритам, компоновке, надежности и цене конечного продукта.
Конструкция симметричного тиристора
Симметричный тиристор – уникальный полупроводниковый прибор, предоставляющий пользователю возможность применять два встречно-параллельных тиристора, изготовленных на одной кремниевой пластине. Анодные и катодные области тиристоров (обозначаемых А или В) расположены с двух противоположных сторон (рис.1). При диаметре пластины 4” (100 мм) площадь тиристора составляет 27см2. Каждый тиристор имеет управляющий электрод, который идентичен управляющему электроду стандартного РСТ. Надежность прибора обеспечивается специальной обработкой фаски пластины и технологией плавающего кремния. Оба тиристора в статическом и динамическом режимах функционируют независимо друг от друга. При этом по своим характеристикам каждый тиристор не отличается от единичного РСТ на тот же ток.
Сегодня компания ABB Semiconductors выпускает симметричные тиристоры с запирающим напряжением до 6,5 кВ (табл.1).
Проектирование ВСТ
Критерии разработки. При конструировании нового ВСТ разработчики компании ABB исходили из требования обеспечения таких же статических и динамических характеристик каждой тиристорной структуры, что и у полноценного одиночного тиристора. Основная проблема при интеграции двух тиристоров – их взаимное влияние при работе в динамическом режиме. Если расстояние между тиристорами мало, возможно разрушение антипараллельного прибора из-за неуправляемого включения при высокой скорости нарастания напряжения запирания. Для снижения степени взаимного влияния во всем рабочем диапазоне был изготовлен специальный комплект фотошаблонов, с помощью которых обеспечивалось достаточное разделение противоположно проводящих областей, расположенных на одной стороне пластины.
Еще одно условие, которое необходимо было выполнить при разработке симметричного тиристора, – обеспечить идентичность таких характеристик, как распределение заряда при обратном восстановлении и напряжение в открытом состоянии (рис.2).
Особенности симметричного тиристора. У ВСТ в закрытом состоянии не существует единого обратного напряжения. Подаваемое на ВСТ напряжение любой полярности соответствуют напряжению запирания тиристора А или В. Поэтому для этого прибора отсутствуют жесткие требования к заданию напряжения запирания, как для обычного РСТ.
Корпуса симметричных тиристоров компании АВВ спроектированы так, чтобы ВСТ соответствовали по габаритам модельному ряду стандартных РСТ. Катод тиристора A расположен рядом с фланцевой стороной корпуса (сторона катода стандартных РСТ). Подсоединение к катоду тиристора B выполняется через ближайшую к бесфланцевой стороне корпуса керамическую стенку (сторона анода стандартных РСТ). Чтобы предотвратить неправильное подсоединение при установке и обслуживании, длина проводов к управляющим электродам тиристоров A и B, а также к катодам пары различна. Фиксированные токоотводы и специально обработанные молибденовые диски позволяют аккуратно и надежно центрировать прибор в корпусе без дополнительных центрирующих колец.
Работа симметричного тиристора при ударном токе. Максимально возможное значение ударного тока классического тиристора зависит от полярности его напряжения после броска тока. Худшая ситуация – прямое напряжение. Но в симметричном тиристоре обратное напряжение VR тиристора A является прямым напряжением VD тиристора B (рис.3б), и воздействие удара тока на тиристоры А и В различно. При приложении повторного напряжения на тиристор, который до токового удара был открыт, максимальный бросок тока практически тот же, что и у классического тиристора такого же размера. Однако в статических компенсаторах реактивной мощности зачастую повторно приложенное к классическому тиристору напряжение оказывается противоположным по знаку действующему. При этом краевые области 1 и 2 (рис.3в) симметричного прибора, расположенные вблизи границы раздела, оказываются самыми чувствительными к ударному току. Чтобы избежать повреждения этих чувствительных областей, был спроектирован специальный шаблон, позволяющий сформировать достаточно прочную область раздела.
Поскольку, как указывалось ранее, обратное напряжение, необходимое для выключения одного тиристора, является положительным для другого (рис.4), возможно возникновение уникальной ситуации, когда при эксплуатации практически достигается предельное значение времени восстановления tq. В результате также возможно повреждение участков 1 и 2 и их околоконтактных областей. Поэтому при разработке комплекта фотошаблонов особое внимание уделялось задаче обеспечения должного значения tq для обоих независимых тиристоров.
Руководство для пользователя
Основные параметры симметричных тиристоров практически те же, что и у РСТ. Хотя существуют некоторые исключения, связанные с их особенностями*.
Механическая конструкция. Для минимизации проблем материально-технического обеспечения как для изготовителя, так и для заказчика, большинство деталей конструкции ВСТ и РСТ одинаковы. Благодаря этому по габаритам и усилию зажима корпусов симметричные тиристоры соответствуют модельному ряду РСТ компании ABB Semiconductors. Это позволяет пользователю применять одинаковые прижимные конструкции для обоих видов тиристоров. Благодаря этому снижается стоимость преобразовательных систем. Однако между механическими конструкциями тиристоров двух видов есть и существенная разница – у симметричного прибора два управляющих электрода и два дополнительных катодных вывода. Присоединение провода управляющего электрода тиристора A к тиристору B и наоборот может привести к повреждению одного или нескольких элементов прибора. Поэтому катодный вывод со стороны A имеет соединитель размером 6,3×0,8 мм, а катодный вывод со стороны B – соединитель размером 4,8×0,8 мм (рис.5).
Электрические параметры симметричного тиристора в основном аналогичны параметрам стандартного РСТ. Поэтому пользователь приборов обоего вида может, например, применять идентичные элементы управления. Однако поскольку конструкции их различаются, различны и определения некоторых параметров. Вследствие отсутствия однозначного обратного режима работы ВСТ различие между прямым и обратным напряжением не имеет смысла: у симметричного прибора такой параметр, как прямое напряжение, в закрытом состоянии существует при любой полярности. BCT в состоянии запирания характеризуются следующими параметрами:
* VRM – повторяющееся импульсное напряжение, которое симметричный тиристор способен выдержать при любой полярности. Задается для одного полупериода импульса сетевой частоты 50/60 Гц. Превышение значения VRM может привести к неконтролируемому открытию тиристора или к росту его температуры, после чего прибор обычно выходит из строя;
* IRM – максимальный ток утечки при подаче напряжения VRM. Измеряется за полупериод синусоидального напряжения на частоте 50 Гц при максимальной температуре перехода открытого тиристора Tvjmax. Уменьшение температуры перехода приводит к снижению тока утечки;
* VSM – максимальное ударное импульсное напряжение, которое способен выдерживать тиристор. VSM характеризует способность прибора выдерживать кратковременные выбросы напряжения в переходном режиме длительностью до 10 мс. Превышение указанного для тиристора значения VSM может привести к неконтролируемому пробою и выходу прибора из строя.
В документах компании АВВ для приборов с VRM < 4400 В значение VSM не задается, так как для них VRM и VSM равны во всем диапазоне рабочих температур. Для приборов с VSM > 4400 В, значения VSM и VRM одинаковы при температуре до 110°C. К примеру, при Tvj<110°C тиристор 5STB 13N6500 может работать при VRM = VSM = 6500 В, в то время как при температуре Tvj = 125°C VRM не должно превышать 5600 В;
* ISM – ток утечки при напряжении VSM. Измеряется при Tvjmax и tp = 10 мс. Снижение температуры перехода приводит к уменьшению тока утечки;
В спецификациях параметры ITSM, Q, tq, VGD, IGD, (di/dt)crit, (dv/dt)crit и td задаются при значениях прямого напряжения (VD) тиристора, который будет или начнет проводить ток (для td), или транзистора, который проводил ток (для Q и tq). Приводится и значение обратного напряжения (VR) тиристора, для которого указывается тот или иной параметр.
Конструкция и технология изготовления тиристоров компании ABB Semiconductors пригодны для создания симметричных приборов с практически одинаковыми характеристиками обоих тиристоров. Значения или зависимости электрических параметров в спецификациях приводятся только для одного тиристора. Комплекта графического или числового представления параметров одного тиристора достаточно для проектирования устройства, в котором будет использован ВСТ. С электротехнической точки зрения полярность включения симметричного тиристора не имеет принципиального значения.
Тепловые показатели. Если в системе работают оба тиристора, например в статическом компенсаторе реактивной мощности или в устройстве плавного пуска, значение теплового сопротивления и кривая полного теплового сопротивления также приводятся для одного тиристора. Благодаря радиальному выделению тепла при поочередной работе тиристоров, например в электроприводе двигателя постоянного тока, тепловые потери будут несколько меньше приводимых в спецификации. Это явление изучается и предполагается, что в новых спецификациях уже будут указаны два значения теплового сопротивления. Одно – для одновременной работы обоих тиристоров, другое – для работы только одного тиристора.
Промышленные испытания и квалификация ВСТ. Принципы и последовательность испытаний ВСТ те же, что и РСТ. Так же, как и у РСТ, измеряются основные электрические параметры негерметизированного прибора на пластине (до и после электронного облучения), а затем характеристики прибора в корпусе (стандартная или специальная процедура окончательной проверки). Главное отличие – дублирование процессов измерения многих параметров – таких как заряд обратного восстановления (Q) и значение максимального повторяющегося импульсного напряжения (VRM) с целью определения их значений для тиристоров А и В.
Чтобы гарантировать и поддерживать долгосрочную стабильность по напряжению, в конце испытательного цикла восемь приборов из тестируемой партии в течение 24 ч проходят испытания при VDC A,B = 2/3 VRM (VDC A,B – прямое постоянное напряжение на тиристоре A или B, VRM – максимальное прямое повторяющееся напряжение). Критерий отбраковки – отклонение значения тока утечки в пределах ≤0,2 мA.
В ходе квалификационных испытаний симметричного тиристора проводится дополнительная проверка отсутствия нежелательного взаимодействия двух независимых встречно-параллельных тиристоров, расположенных на одной пластине. Это так называемый тест "взаимного влияния". Проверка эффекта взаимного влияния занимает значительную часть времени проведения квалификационных тестов.
По результатам квалификационных испытаний проверяются приводимые в спецификации на прибор данные, его качество и надежность. При этом большинство показателей качества симметричного тиристора те же, что у классического РСТ. Симметричные тиристоры, как и все силовые полупроводниковые приборы компании АВВ, внедряются в производство и выпускаются на рынок только после прохождения всех тестов.
Что дает разработчикам разнообразных систем замена обычных PCT симметричными тиристорами?
Системы статической компенсации реактивной мощности (СКРМ). Реактивная мощность, потребляемая асинхронными двигателями или дуговыми печами, должна компенсироваться с тем, чтобы коэффициент мощности линии передачи был близок к единице, а ее КПД – высоким. Одно из средств решения этой задачи – статический компенсатор реактивной мощности. В состав СКРМ входят конденсаторы, катушки индуктивности и тиристорные сборки (стеки). Последние состоят из последовательно соединенных тиристоров, параллельно к которым обычно подключают дополнительные снабберные элементы. Эти элементы служат для уменьшения градиента напряжения при выключении тиристора и для равномерного распределения напряжения переходного процесса между тиристорами. В них обычно используются последовательно включенные резистор и конденсатор. Равномерное распределение напряжения между приборами обеспечивается параллельным подключением к каждому тиристору дополнительных резисторов.
Так как стандартные тиристоры, входящие в стек, могут проводить ток только в одном направлении, в системе необходимо использовать два параллельно включенных стека. Каждому из них нужны как механические элементы (охладители, изоляторы, прижимные устройства и т.п.), так и электрические компоненты (рис.6). При использовании ВСТ вместо обычных РСТ требуется только один стек, и в зависимости от системного решения, число электрических и механических компонентов уменьшается на 10–30%. В результате снижается стоимость и уменьшаются габариты изделия, а следовательно, значительно повышается конкурентоспособность СКРМ.
Аналогичные результаты – уменьшение вдвое числа тиристоров, а следовательно, и числа механических и электрических компонентов, стоимости и габаритов изделия – достигнуты при замене РСТ в электроприводах, системах плавного пуска и др. (табл.2).
Техническая поддержка заказчика
Для большинства применений информации, содержащейся в спецификациях компании ABB Semiconductors, достаточно для проектирования мощных и конкурентоспособных электротехнических систем. Однако при разработке новых технологий и концепций систем часто требуются специфические данные и соотношения, которых нет в справочнике. Более того, заказчику может понадобиться помощь и поддержка при определении наиболее эффективного метода использования и управления полупроводниковым прибором в проектируемом устройстве. У компании ABB Semiconductors богатый опыт в оказании технической поддержки клиентам. Возможен расчет потерь мощности, температуры при переходных процессах или условий возбуждения управляющего электрода. Компания располагает мощными и универсальными средствами моделирования поведения прибора в оборудовании заказчика, а также сретствами специального тестирования полупроводниковых приборов с учетом их будущего применения. Получить требуемую информацию и поддержку разработчики могут у ближайшего дистрибьютора компании ABB Semiconductors. В России – у компании ЦПМК РУСТЭЛ (www.fmccrustel.ru).
Статья подготовлена по материалам и с согласия компании ABB Switzerland Ltd Semiconductors.
Литература
Baklund B., Boeriis J-O., Thomas K et al. ABB Semiconductors AG. Product Information, 1999.
Carroll E., Linder S., Blidberg I. High power semiconductors in the World of Energy Management. PCIM magazine, 12–2003.
Short form catalogue. Edition 2007. ABB Switzerland Ltd Semiconductors, 2007.
Симметричный тиристор – уникальный полупроводниковый прибор, предоставляющий пользователю возможность применять два встречно-параллельных тиристора, изготовленных на одной кремниевой пластине. Анодные и катодные области тиристоров (обозначаемых А или В) расположены с двух противоположных сторон (рис.1). При диаметре пластины 4” (100 мм) площадь тиристора составляет 27см2. Каждый тиристор имеет управляющий электрод, который идентичен управляющему электроду стандартного РСТ. Надежность прибора обеспечивается специальной обработкой фаски пластины и технологией плавающего кремния. Оба тиристора в статическом и динамическом режимах функционируют независимо друг от друга. При этом по своим характеристикам каждый тиристор не отличается от единичного РСТ на тот же ток.
Сегодня компания ABB Semiconductors выпускает симметричные тиристоры с запирающим напряжением до 6,5 кВ (табл.1).
Проектирование ВСТ
Критерии разработки. При конструировании нового ВСТ разработчики компании ABB исходили из требования обеспечения таких же статических и динамических характеристик каждой тиристорной структуры, что и у полноценного одиночного тиристора. Основная проблема при интеграции двух тиристоров – их взаимное влияние при работе в динамическом режиме. Если расстояние между тиристорами мало, возможно разрушение антипараллельного прибора из-за неуправляемого включения при высокой скорости нарастания напряжения запирания. Для снижения степени взаимного влияния во всем рабочем диапазоне был изготовлен специальный комплект фотошаблонов, с помощью которых обеспечивалось достаточное разделение противоположно проводящих областей, расположенных на одной стороне пластины.
Еще одно условие, которое необходимо было выполнить при разработке симметричного тиристора, – обеспечить идентичность таких характеристик, как распределение заряда при обратном восстановлении и напряжение в открытом состоянии (рис.2).
Особенности симметричного тиристора. У ВСТ в закрытом состоянии не существует единого обратного напряжения. Подаваемое на ВСТ напряжение любой полярности соответствуют напряжению запирания тиристора А или В. Поэтому для этого прибора отсутствуют жесткие требования к заданию напряжения запирания, как для обычного РСТ.
Корпуса симметричных тиристоров компании АВВ спроектированы так, чтобы ВСТ соответствовали по габаритам модельному ряду стандартных РСТ. Катод тиристора A расположен рядом с фланцевой стороной корпуса (сторона катода стандартных РСТ). Подсоединение к катоду тиристора B выполняется через ближайшую к бесфланцевой стороне корпуса керамическую стенку (сторона анода стандартных РСТ). Чтобы предотвратить неправильное подсоединение при установке и обслуживании, длина проводов к управляющим электродам тиристоров A и B, а также к катодам пары различна. Фиксированные токоотводы и специально обработанные молибденовые диски позволяют аккуратно и надежно центрировать прибор в корпусе без дополнительных центрирующих колец.
Работа симметричного тиристора при ударном токе. Максимально возможное значение ударного тока классического тиристора зависит от полярности его напряжения после броска тока. Худшая ситуация – прямое напряжение. Но в симметричном тиристоре обратное напряжение VR тиристора A является прямым напряжением VD тиристора B (рис.3б), и воздействие удара тока на тиристоры А и В различно. При приложении повторного напряжения на тиристор, который до токового удара был открыт, максимальный бросок тока практически тот же, что и у классического тиристора такого же размера. Однако в статических компенсаторах реактивной мощности зачастую повторно приложенное к классическому тиристору напряжение оказывается противоположным по знаку действующему. При этом краевые области 1 и 2 (рис.3в) симметричного прибора, расположенные вблизи границы раздела, оказываются самыми чувствительными к ударному току. Чтобы избежать повреждения этих чувствительных областей, был спроектирован специальный шаблон, позволяющий сформировать достаточно прочную область раздела.
Поскольку, как указывалось ранее, обратное напряжение, необходимое для выключения одного тиристора, является положительным для другого (рис.4), возможно возникновение уникальной ситуации, когда при эксплуатации практически достигается предельное значение времени восстановления tq. В результате также возможно повреждение участков 1 и 2 и их околоконтактных областей. Поэтому при разработке комплекта фотошаблонов особое внимание уделялось задаче обеспечения должного значения tq для обоих независимых тиристоров.
Руководство для пользователя
Основные параметры симметричных тиристоров практически те же, что и у РСТ. Хотя существуют некоторые исключения, связанные с их особенностями*.
Механическая конструкция. Для минимизации проблем материально-технического обеспечения как для изготовителя, так и для заказчика, большинство деталей конструкции ВСТ и РСТ одинаковы. Благодаря этому по габаритам и усилию зажима корпусов симметричные тиристоры соответствуют модельному ряду РСТ компании ABB Semiconductors. Это позволяет пользователю применять одинаковые прижимные конструкции для обоих видов тиристоров. Благодаря этому снижается стоимость преобразовательных систем. Однако между механическими конструкциями тиристоров двух видов есть и существенная разница – у симметричного прибора два управляющих электрода и два дополнительных катодных вывода. Присоединение провода управляющего электрода тиристора A к тиристору B и наоборот может привести к повреждению одного или нескольких элементов прибора. Поэтому катодный вывод со стороны A имеет соединитель размером 6,3×0,8 мм, а катодный вывод со стороны B – соединитель размером 4,8×0,8 мм (рис.5).
Электрические параметры симметричного тиристора в основном аналогичны параметрам стандартного РСТ. Поэтому пользователь приборов обоего вида может, например, применять идентичные элементы управления. Однако поскольку конструкции их различаются, различны и определения некоторых параметров. Вследствие отсутствия однозначного обратного режима работы ВСТ различие между прямым и обратным напряжением не имеет смысла: у симметричного прибора такой параметр, как прямое напряжение, в закрытом состоянии существует при любой полярности. BCT в состоянии запирания характеризуются следующими параметрами:
* VRM – повторяющееся импульсное напряжение, которое симметричный тиристор способен выдержать при любой полярности. Задается для одного полупериода импульса сетевой частоты 50/60 Гц. Превышение значения VRM может привести к неконтролируемому открытию тиристора или к росту его температуры, после чего прибор обычно выходит из строя;
* IRM – максимальный ток утечки при подаче напряжения VRM. Измеряется за полупериод синусоидального напряжения на частоте 50 Гц при максимальной температуре перехода открытого тиристора Tvjmax. Уменьшение температуры перехода приводит к снижению тока утечки;
* VSM – максимальное ударное импульсное напряжение, которое способен выдерживать тиристор. VSM характеризует способность прибора выдерживать кратковременные выбросы напряжения в переходном режиме длительностью до 10 мс. Превышение указанного для тиристора значения VSM может привести к неконтролируемому пробою и выходу прибора из строя.
В документах компании АВВ для приборов с VRM < 4400 В значение VSM не задается, так как для них VRM и VSM равны во всем диапазоне рабочих температур. Для приборов с VSM > 4400 В, значения VSM и VRM одинаковы при температуре до 110°C. К примеру, при Tvj<110°C тиристор 5STB 13N6500 может работать при VRM = VSM = 6500 В, в то время как при температуре Tvj = 125°C VRM не должно превышать 5600 В;
* ISM – ток утечки при напряжении VSM. Измеряется при Tvjmax и tp = 10 мс. Снижение температуры перехода приводит к уменьшению тока утечки;
В спецификациях параметры ITSM, Q, tq, VGD, IGD, (di/dt)crit, (dv/dt)crit и td задаются при значениях прямого напряжения (VD) тиристора, который будет или начнет проводить ток (для td), или транзистора, который проводил ток (для Q и tq). Приводится и значение обратного напряжения (VR) тиристора, для которого указывается тот или иной параметр.
Конструкция и технология изготовления тиристоров компании ABB Semiconductors пригодны для создания симметричных приборов с практически одинаковыми характеристиками обоих тиристоров. Значения или зависимости электрических параметров в спецификациях приводятся только для одного тиристора. Комплекта графического или числового представления параметров одного тиристора достаточно для проектирования устройства, в котором будет использован ВСТ. С электротехнической точки зрения полярность включения симметричного тиристора не имеет принципиального значения.
Тепловые показатели. Если в системе работают оба тиристора, например в статическом компенсаторе реактивной мощности или в устройстве плавного пуска, значение теплового сопротивления и кривая полного теплового сопротивления также приводятся для одного тиристора. Благодаря радиальному выделению тепла при поочередной работе тиристоров, например в электроприводе двигателя постоянного тока, тепловые потери будут несколько меньше приводимых в спецификации. Это явление изучается и предполагается, что в новых спецификациях уже будут указаны два значения теплового сопротивления. Одно – для одновременной работы обоих тиристоров, другое – для работы только одного тиристора.
Промышленные испытания и квалификация ВСТ. Принципы и последовательность испытаний ВСТ те же, что и РСТ. Так же, как и у РСТ, измеряются основные электрические параметры негерметизированного прибора на пластине (до и после электронного облучения), а затем характеристики прибора в корпусе (стандартная или специальная процедура окончательной проверки). Главное отличие – дублирование процессов измерения многих параметров – таких как заряд обратного восстановления (Q) и значение максимального повторяющегося импульсного напряжения (VRM) с целью определения их значений для тиристоров А и В.
Чтобы гарантировать и поддерживать долгосрочную стабильность по напряжению, в конце испытательного цикла восемь приборов из тестируемой партии в течение 24 ч проходят испытания при VDC A,B = 2/3 VRM (VDC A,B – прямое постоянное напряжение на тиристоре A или B, VRM – максимальное прямое повторяющееся напряжение). Критерий отбраковки – отклонение значения тока утечки в пределах ≤0,2 мA.
В ходе квалификационных испытаний симметричного тиристора проводится дополнительная проверка отсутствия нежелательного взаимодействия двух независимых встречно-параллельных тиристоров, расположенных на одной пластине. Это так называемый тест "взаимного влияния". Проверка эффекта взаимного влияния занимает значительную часть времени проведения квалификационных тестов.
По результатам квалификационных испытаний проверяются приводимые в спецификации на прибор данные, его качество и надежность. При этом большинство показателей качества симметричного тиристора те же, что у классического РСТ. Симметричные тиристоры, как и все силовые полупроводниковые приборы компании АВВ, внедряются в производство и выпускаются на рынок только после прохождения всех тестов.
Что дает разработчикам разнообразных систем замена обычных PCT симметричными тиристорами?
Системы статической компенсации реактивной мощности (СКРМ). Реактивная мощность, потребляемая асинхронными двигателями или дуговыми печами, должна компенсироваться с тем, чтобы коэффициент мощности линии передачи был близок к единице, а ее КПД – высоким. Одно из средств решения этой задачи – статический компенсатор реактивной мощности. В состав СКРМ входят конденсаторы, катушки индуктивности и тиристорные сборки (стеки). Последние состоят из последовательно соединенных тиристоров, параллельно к которым обычно подключают дополнительные снабберные элементы. Эти элементы служат для уменьшения градиента напряжения при выключении тиристора и для равномерного распределения напряжения переходного процесса между тиристорами. В них обычно используются последовательно включенные резистор и конденсатор. Равномерное распределение напряжения между приборами обеспечивается параллельным подключением к каждому тиристору дополнительных резисторов.
Так как стандартные тиристоры, входящие в стек, могут проводить ток только в одном направлении, в системе необходимо использовать два параллельно включенных стека. Каждому из них нужны как механические элементы (охладители, изоляторы, прижимные устройства и т.п.), так и электрические компоненты (рис.6). При использовании ВСТ вместо обычных РСТ требуется только один стек, и в зависимости от системного решения, число электрических и механических компонентов уменьшается на 10–30%. В результате снижается стоимость и уменьшаются габариты изделия, а следовательно, значительно повышается конкурентоспособность СКРМ.
Аналогичные результаты – уменьшение вдвое числа тиристоров, а следовательно, и числа механических и электрических компонентов, стоимости и габаритов изделия – достигнуты при замене РСТ в электроприводах, системах плавного пуска и др. (табл.2).
Техническая поддержка заказчика
Для большинства применений информации, содержащейся в спецификациях компании ABB Semiconductors, достаточно для проектирования мощных и конкурентоспособных электротехнических систем. Однако при разработке новых технологий и концепций систем часто требуются специфические данные и соотношения, которых нет в справочнике. Более того, заказчику может понадобиться помощь и поддержка при определении наиболее эффективного метода использования и управления полупроводниковым прибором в проектируемом устройстве. У компании ABB Semiconductors богатый опыт в оказании технической поддержки клиентам. Возможен расчет потерь мощности, температуры при переходных процессах или условий возбуждения управляющего электрода. Компания располагает мощными и универсальными средствами моделирования поведения прибора в оборудовании заказчика, а также сретствами специального тестирования полупроводниковых приборов с учетом их будущего применения. Получить требуемую информацию и поддержку разработчики могут у ближайшего дистрибьютора компании ABB Semiconductors. В России – у компании ЦПМК РУСТЭЛ (www.fmccrustel.ru).
Статья подготовлена по материалам и с согласия компании ABB Switzerland Ltd Semiconductors.
Литература
Baklund B., Boeriis J-O., Thomas K et al. ABB Semiconductors AG. Product Information, 1999.
Carroll E., Linder S., Blidberg I. High power semiconductors in the World of Energy Management. PCIM magazine, 12–2003.
Short form catalogue. Edition 2007. ABB Switzerland Ltd Semiconductors, 2007.
Отзывы читателей
