Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії

Запропоновано системи теплового захисту імпульсних напівпровідникових перетворювачів електроенергії. Показано, що в напівпровідникових перетворювачах з вихідним згладжувальним фільтром доцільно використовувати схемотехнічні засоби теплового захисту, дія яких базується на нормалізації параметрів згла...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Баранюк, Г.А., Тодоренко, В.А., Бондаренко, А.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2017
Schriftenreihe:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:	Электронные средства: исследования, разработки
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130083
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії / Г.А. Баранюк, В.А. Тодоренко, А.Ф. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 3. — С. 3-11. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-130083
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1300832018-02-06T03:03:32Z Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії Баранюк, Г.А. Тодоренко, В.А. Бондаренко, А.Ф. Электронные средства: исследования, разработки Запропоновано системи теплового захисту імпульсних напівпровідникових перетворювачів електроенергії. Показано, що в напівпровідникових перетворювачах з вихідним згладжувальним фільтром доцільно використовувати схемотехнічні засоби теплового захисту, дія яких базується на нормалізації параметрів згладжувального фільтра залежно від температури, а для випадків, коли достатньо вірогідними є короткі замикання, — на адаптації сталої часу системи плавного запуску до зміни температури. Результати моделювання суміщених електромагнітних та теплових процесів у широтно-імпульсному перетворювачі знижуючого типу із запропонованими системами теплового захисту в об’єднаному середовищі PLECS-MATLAB-Simulink показали можливість суттєвого зменшення теплового удару по кристалу транзистора. Результати підтверджено випробуваннями на реальних пристроях. Предложены системы тепловой защиты импульсных полупроводниковых преобразователей электроэнергии. Показано, что в полупроводниковых преобразователях с выходным сглаживающим фильтром целесообразно использовать схемотехнические средства тепловой защиты, действие которых основано на нормализации параметров сглаживающего фильтра к температуре, а для случаев, когда возможны короткие замыкания, — на адаптации постоянной времени системы плавного запуска к изменению температуры. Результаты моделирования совмещенных электромагнитных и тепловых процессов в широтно-импульсном преобразователе понижающего типа с предложенными системами тепловой защиты в объединенной среде PLECS-MATLAB-Simulink показали возможность существенного уменьшения теплового удара по кристаллу транзистора. Результаты подтверждены испытаниями на реальных устройствах In this paper, thermal motion of state equations eigenvalue is analysed. It is shown, that in semiconductor converters with an output smoothing filter it is appropriate to use thermal protection devices based on thermal normalisation of the converter filter and, while for cases when short circuits are possible it is appropriate to use a soft start system with thermal adaptation for soft start time factor. Based on these results, two systems of thermal protections operating for semiconductor power converters are introduced. Simulation of combined electromagnetic and thermal processes in buck converter operating with both thermal management systems in overlapping environments MATLAB/Simulink and PLECS showed the possibility to significantly reduce thermal shock on semiconductor components. Using the system of filter parameters normalisation decreases the temperature of the crystal from 210°C to 85°C, using the adaptive soft start system decreases the temperature from 180°C to 80°C. The simulation results are confirmed by tests on real devices. 2017 Article Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії / Г.А. Баранюк, В.А. Тодоренко, А.Ф. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 3. — С. 3-11. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.3.03 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130083 621.314 uk Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки
spellingShingle	Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки Баранюк, Г.А. Тодоренко, В.А. Бондаренко, А.Ф. Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	Запропоновано системи теплового захисту імпульсних напівпровідникових перетворювачів електроенергії. Показано, що в напівпровідникових перетворювачах з вихідним згладжувальним фільтром доцільно використовувати схемотехнічні засоби теплового захисту, дія яких базується на нормалізації параметрів згладжувального фільтра залежно від температури, а для випадків, коли достатньо вірогідними є короткі замикання, — на адаптації сталої часу системи плавного запуску до зміни температури. Результати моделювання суміщених електромагнітних та теплових процесів у широтно-імпульсному перетворювачі знижуючого типу із запропонованими системами теплового захисту в об’єднаному середовищі PLECS-MATLAB-Simulink показали можливість суттєвого зменшення теплового удару по кристалу транзистора. Результати підтверджено випробуваннями на реальних пристроях.
format	Article
author	Баранюк, Г.А. Тодоренко, В.А. Бондаренко, А.Ф.
author_facet	Баранюк, Г.А. Тодоренко, В.А. Бондаренко, А.Ф.
author_sort	Баранюк, Г.А.
title	Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії
title_short	Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії
title_full	Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії
title_fullStr	Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії
title_full_unstemmed	Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії
title_sort	адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Электронные средства: исследования, разработки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130083
citation_txt	Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії / Г.А. Баранюк, В.А. Тодоренко, А.Ф. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 3. — С. 3-11. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT baranûkga adaptivnijelektroteplovijzahistnapívprovídnikovihperetvorûvačívelektroenergíí AT todorenkova adaptivnijelektroteplovijzahistnapívprovídnikovihperetvorûvačívelektroenergíí AT bondarenkoaf adaptivnijelektroteplovijzahistnapívprovídnikovihperetvorûvačívelektroenergíí
first_indexed	2025-07-09T12:49:33Z
last_indexed	2025-07-09T12:49:33Z
_version_	1837173705242836992
fulltext	Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 3 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 ÓÄÊ 621.314 Р. А. БАРАНЮК, к. т. н. В. А. ТОДОРЕНКО, к. т. н. О. Ф. БОНДАРЕНКО Óêðаїíа, НÒÓÓ «Êиївñьêиé ïîëіòåõíічíиé іíñòиòóò імåíі Іãîðÿ Сіêîðñьêîãî» E-mail: licornedev@gmail.com, va.todorenko@gmail.com, bondarenkoaf@gmail.com АÄАПÒИВНИЙ ЕЛЕÊÒРОÒЕПЛОВИЙ ЗАХИСÒ НАПІВПРОВІÄНИÊОВИХ ПЕРЕÒВОРЮВАЧІВ ЕЛЕÊÒРОЕНЕРГІЇ Забåзïåчåííÿ òåïëîвîãî заõиñòó íаïівïðîвід- íиêîвиõ ïåðåòвîðювачів åëåêòðîåíåðãії в ïðî- цåñі їõ åêñïëóаòації ïðи ïîвòîðíîмó ввімêíåí- íі, êîëи êîмïîíåíòи є ðîзіãðіòими, є аêòóаëь- íîю задачåю. Оñîбëивî важëивим цå мîжå бóòи дëÿ ïåðåòвîðювачів, щî ïðацююòь в ïîвòîðíî- êîðîòêîчаñíîмó ðåжимі ðîбîòи, ÿê, íаïðиêëад, джåðåëа живëåííÿ дëÿ êîíòаêòíîãî зваðюваí- íÿ. Пðи цьîмó íåîбõідíî забåзïåчиòи òаêі óмî- ви бåзаваðіéíîї ðîбîòи ïðиñòðîю ïід чаñ ïåðå- õідíиõ ïðîцåñів, ÿêі ïðи зміíі íаваíòажåííÿ òа ïðи êîðîòêîмó замиêаííі вðаõîвóваëи б змі- íó зíачåíь ïаðамåòðів êîмïîíåíòів òа зíижåí- íÿ маêñимаëьíî дîïóñòимиõ зíачåíь ïаðамåòðів êðиñòаëó íаïівïðîвідíиêîвиõ êîмïîíåíòів вíа- ñëідîê їõ íаãðівó. Зãідíî з ðåзóëьòаòами дîñëі- джåíь [1—3] маéжå 60% виõîдів з ëадó ïðи- ñòðîїв ïåðåòвîðюваëьíîї òåõíіêи ïîв’ÿзаíі з ïå- ðåãðівîм, ïðи цьîмó ïідвищåííÿ òåмïåðаòóðи íа 10°C призводить до подвоєння інтенсивності ви- õîдó ïðиëадó з ëадó. Äî ïаðамåòðів íаïівïðîвідíиêîвиõ êîмïîíåí- òів, ÿêі îбмåжóюòьñÿ маêñимаëьíî дîïóñòимими зíачåííÿми, відíîñÿòьñÿ íаñòóïíі: — ñåðåдíіé ñòðóм за ïåвíîї òåмïåðаòóðи абî òиïó îõîëîджåííÿ; Запропоновано системи теплового захисту імпульсних напівпровідникових перетворювачів електроенергії. Показано, що в напівпровідникових перетворювачах з вихідним згладжувальним фільтром доцільно використовувати схемотехнічні засоби теплового захисту, дія яких базується на нормалізації параметрів згладжувального фільтра залежно від температури, а для випадків, коли достатньо вірогідними є короткі замикання, — на адаптації сталої часу системи плавного запуску до зміни температури. Результати моделювання суміщених електромагнітних та тепло- вих процесів у широтно-імпульсному перетворювачі знижуючого типу із запропонованими система- ми теплового захисту в об’єднаному середовищі PLECS-MATLAB-Simulink показали можливість суттєвого зменшення теплового удару по кристалу транзистора. Результати підтверджено ви- пробуваннями на реальних пристроях. Ключові слова: диференційні рівняння, стан системи, електротеплова модель, перехідні процеси, джерело живлення. — ñòðóм ðîбîчîãî ïåðåваíòажåííÿ (ïðи ïî- ñòіéíîмó ïðîòіêаííі віí зóмîвëює ïîñòіéíå ïід- вищåííÿ òåмïåðаòóðи ïаñивíîãî êîмïîíåíòа абî êðиñòаëó íаïівïðîвідíиêîвîãî êîмïîíåíòа), éîãî íåîбõідíî ðåãóëюваòи в òаêиõ чаñîвиõ мåжаõ, ÿêі дîзвîëÿòь óíиêíóòи ïåðåãðівó; — óдаðíиé ñòðóм (вíаñëідîê éîãî дії òåмïåðа- òóðа виõîдиòь за ðамêи маêñимаëьíî дîïó ñòимîї, аëå цå відбóваєòьñÿ дîñòаòíьî ðідêî òа з îбмå- жåíîю êіëьêіñòю ïîвòîðів і виêëиêаíî аваðіÿми íа ïåвíиõ діëÿíêаõ êîëа), заõиñíим ïîêазíиêîм òóò є зíачåííÿ чаñîвîãî іíòåãðаëó від êвадðаòó вåëичиíи óдаðíîãî ñòðóмó; — імïóëьñíа íаïðóãа; — íаïðóãа ïðîбîю аêòивíиõ åëåмåíòів; — чаñ вмиêаííÿ/вимиêаííÿ аêòивíиõ åëå- мåíòів. Сòðóми ðîбîчîãî ïåðåваíòажåííÿ, ÿêщî вîíи íå ïðизвîдÿòь дî ïідвищåííÿ òåмïåðаòóðи p—n- ïåðåõîдó вищå êðиòичíîї, мîжóòь виíиêаòи ба- ãаòîðазîвî. Щîдî êіëьêîñòі óдаðíиõ ñòðóмів, ÿêі мîжå виòðимаòи ïðиëад, в ïаðамåòðаõ íа- ïівïðîвідíиêîвиõ åëåмåíòів òаêі даíі зазвичаé íå вêазóюòьñÿ, а íа ïðаêòиці вîíа в ñåðåдíьî- мó íа ðівíі 20. Задачåю даíîї ðîбîòи є забåзïåчåííÿ òаêî- ãî òåïëîвîãî заõиñòó íаïівïðîвідíиêîвиõ ïåðå- òвîðювачів åëåêòðîåíåðãії, ÿêиé би íå ïåðåшêî- джав їõ бåзïåðåбіéíіé ðîбîòі, а ïðи ñïðацюваí- íі íå відêëючав їõ від живëåííÿ. DOI: 10.15222/TKEA2017.3.03 Роботу виконано за підтримки Міністерства освіти і науки України (ДБ №0116U006924). Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 4 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 Моделювання теплового захисту Äëÿ òîчíîãî мîдåëюваííÿ ïåðåõідíиõ åëåê- òðîòåïëîвиõ ïðîцåñів íåîбõідíî ðîздіëиòи åëåê- òðичíó і òåïëîвó ñêëадîві мîдåëі, îñêіëьêи ñïіëьíиé ðîзðаõóíîê êîðîòêîчаñíиõ åëåêòðîмаã- íіòíиõ ïðîцåñів і дîвãîòðиваëиõ òåïëîвиõ ïðî- цåñів ïðизвåдå дî íаêîïичåííÿ ïîõибêи мîдåëю- ваííÿ. В [4] заïðîïîíîваíî відîêðåмëюваòи òå- ïëîвó мîдåëь íа êіíцåвиõ åëåмåíòаõ мîдåëюваí- íÿ. Зãідíî даíîãî мåòîдó ðîзðîбëåíî åëåêòðич- íиé ñимóëÿòîð, ÿêиé здаòíиé виêîðиñòîвóваòи ñêëадåíó ó [5] òåïëîвó мîдåëь. Пðîòå в циõ ðî- бîòаõ íå ðåаëізîваíî звîðîòíиé зв'ÿзîê від òå- ïëîвîї мîдåëі дî åëåêòðичíîї, õîча íа íåîбõід- íіñòь цьîãî вêазóєòьñÿ в задачаõ. Рîбîòа [6] ïðи- ñвÿчåíа ñòвîðåííю мîдåëі дëÿ ïðîãíîзóваííÿ òå- ïëîвîãî ñòаíó ïðиñòðîю з ïаñивíим òåïëîвідвî- дîм. В íіé ïðîвåдåíî аíаëіз заëåжíîñòі òåïëî- ïðîвідíîñòі від вõідíîї ïîòóжíîñòі òа дîñëіджå- íî заëåжíіñòь ïîõибêи òåïëîвîãî мîдåëюваííÿ від ñòóïåíю аïðîêñимації. Оòðимаємî ðîзшиðåíі ðівíÿííÿ ñòаíó ñиñòå- ми, ÿêі дîзвîëÿòь виêîíóваòи ïîêðîêîвиé ðîз- ðаõóíîê åëåêòðîмаãíіòíиõ òа òåïëîвиõ ïðîцåñів в ïåðåòвîðювачаõ. Рівíÿííÿ ñòаíó ñиñòåми має виãëÿд [7, 8] , dX AX B dt   (1) вåêòîð зміííиõ ñòаíó; маòðицÿ êîåфіцієíòів; вåêòîð вõідíиõ вïëивів; чаñ. дå X — А — В — t — Äëÿ ðîзðаõóíêó ñóміщåíиõ åëåêòðîòåïëîвиõ ïðîцåñів íåîбõідíî зв’ÿзаòи ðівíÿííÿ ñòаíó ñиñ- òåми дëÿ åëåêòðîмаãíіòíиõ òа òåïëîвиõ ïðîцåñів, òîбòî дифåðåíціéíå ðівíÿííÿ (1) ïåðåòвîðюєòь- ñÿ в ñиñòåмó дифåðåíціéíиõ ðівíÿíь ; , E E E E T T T T dX A X B dt dX A X B dt             (2) ïåðшå з ÿêиõ відíîñиòьñÿ дî åëåêòðîмаãíіòíиõ ïðîцåñів (ïîзíачåííÿ з іíдåêñами Е), дðóãå — дî òåïëîвиõ (з іíдåêñами Т°). В даíіé ñиñòåмі ðівíÿíь маòðиці êîåфіцієí- òів òа вåêòîðи зîвíішíьîãî вïëивó íå є ñòаòич- íими êîåфіцієíòами, ÿê в ðівíÿííі ñòаíó ñиñòå- ми, а заëåжаòь від òåмïåðаòóðíîãî òа åëåêòðî- маãíіòíîãî ñòаíó ñиñòåми, òîбòî ( ) ( ); ( ) ( ). E E T E E T T T E T T E dX A X X B X dt dX A X X B X dt                 (3) Оñêіëьêи òåïëîві ïðîцåñи є íåшвидêîïëиí- íими, зміíó ïаðамåòðів маòðиць êîåфіцієíòів òа вåêòîðó зîвíішíьîãî вïëивó мîжíа ðîзðаõî- вóваòи íå ïîñòіéíî, а в êіíці êîжíîãî ïåðіîдó:         ; . E E E E T T T T dX A nT X B nT dt dX A nT X B nT dt               , (4) дå n = 0, 1, …; Т — ïåðіîд ðîбîòи ïåðåòвîðювача. Сиñòåми дифåðåíціéíиõ ðівíÿíь ó òаêîмó ви- ãëÿді дîзвîëÿє ñóміщаòи дåêіëьêа мåòîдів ðîз- ðаõóíêó åëåêòðîòåïëîвиõ ïðîцåñів òа виêîðиñ- òîвóваòи дåêіëьêа ñåðåдîвищ мîдåëюваííÿ дëÿ ðîзðаõóíêó ñóміщåíиõ åëåêòðîòåïëîвиõ ïðîцå- ñів. В даíîмó виïадêó дифåðåíціéíå ðівíÿííÿ ñòаíó ñиñòåми дëÿ åëåêòðîмаãíіòíиõ ïðîцåñів ðîзв’ÿзóєòьñÿ мåòîдîм ðізíицåвиõ ðівíÿíь за дî- ïîмîãîю ñåðåдîвища MATLAB-Simulink, а дëÿ òåïëîвиõ ïðîцåñів — мåòîдîм ïðиïаñîвóваííÿ в середовищі теплового моделювання PLECS. Пакет програм PLECS дозволяє розраховувати òåïëîвå ïîëå ïåðåòвîðювача, íаãðів аêòивíиõ êîмïîíåíòів ñõåми òа ðîбîòó ñõåми з òåïëîвід- вîдîм, а виõідíим ïаðамåòðîм, ÿêиé виêîðиñòî- вóєòьñÿ в ðівíÿííі åëåêòðîмаãíіòíиõ ïðîцåñів, є ïîòóжíіñòь ðîзñіюваííÿ íа êðиñòаëаõ íаïів- ïðîвідíиêîвиõ ïðиëадів в êіíці êîжíîãî ïåðіî- дó ðîбîòи ïåðåòвîðювача P[nT] òа òåмïåðаòóðа ïаñивíиõ êîмïîíåíòів. Ó виïадêó ðîзðаõóíêó åëåêòðîмаãíіòíиõ ïðî- цåñів в MATLAB-Simulink маòðицÿ A є ïîãаíî îбóмîвëåíîю, îñêіëьêи дî íåї вõîдÿòь заëåжíі від òåмïåðаòóðи êîмïîíåíòи. Вíаñëідîê цьîãî в îдíіé é òіé ñаміé маòðиці íåîбõідíî ïðîвîдиòи ðîзðаõóíîê ÿê ïåðåõідíиõ ïðîцåñів òðиваëіñòю в міêðîñåêóíди, òаê і òåïëîвиõ, ÿêі òðиваюòь êіëьêа ãîдиí. Òîмó дëÿ ïðîñòîòи ðîзðаõóíêів маòðиці ðîздіëÿюòьñÿ, а в ñêëадíиõ ñõåмаõ ïå- ðåòвîðювачів, êîëи íå вдаєòьñÿ ïðîñòî ðîздіëи- òи даíі мîдåëі, мîжíа виêîðиñòîвóваòи мåòîди діаêîïòиêи [9]. В даíîмó виïадêó ðівíÿííÿ ñòа- íó ñиñòåми мîжíа ðîзшиðиòи дîдаваííÿм òåïëî- вîї êîмïîíåíòи, òîді вîíи íабóваюòь виãëÿдó   ,e t dX A A X B dt     (5) êîмïîíåíòíа маòðицÿ, щî відïîвідає åêñ- плуатації пристрою при температурі 25°C; маòðицÿ зíачåíь åëåêòðичíиõ ïаðамåòðів êîмïîíåíòів, зміíåíиõ вíаñëідîê íаãðівó; маòðицÿ òåïëîвиõ êîåфіцієíòів, ÿêі заëå- жаòь від P[nT]. дå Ае — Аt — ξ — Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 5 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 Пðиêëад ðîзêëадåíîї òаêим чиíîм õаðаêòå- ðиñòиêи — ємíîñòі êîíдåíñаòîðа Epcos B43415 [10] — íавåдåíî íа рис. 1. За даíим ïідõîдîм, ðîзêëавши ïаðамåòðи êîмïîíåíòів ñõåми íа òåïëîвó і åëåêòðичíó ñêëадîві, îòðимóємî дві дîбðå îбóмîвëåíі ма- òðиці. Рîзв’ÿзаííÿм даíîї дифåðåíціéíîї ñиñòå- ми є виðаз, ó ÿêîмó ïåðåбіã ïåðåõідíîãî ïðîцå- ñó імïóëьñíîãî ïåðåòвîðювача õаðаêòåðизóє ма- òðичíа åêñïîíåíòа еАt, фîðма ÿêîї, в ñвîю чåðãó, визíачаєòьñÿ вëаñíими зíачåííÿми l маòðиці A. Яêщî вëаñíі зíачåííÿ маòðиці є діéñíими, ïå- ðåõідíиé ïðîцåñ має аïåðіîдичíиé õаðаêòåð, щî заïîбіãає виíиêíåííю аваðіé і дîзвîëÿє óíиêа- òи óдаðів ñòðóмó òа íåбåзïåчíиõ òåïëîвиõ óда- ðів ïî êðиñòаëó íаïівïðîвідíиêîвиõ ïðиëадів. За êîмïëåêñíиõ вëаñíиõ зíачåíь ïðîцåñ є êîëи- ваëьíим, ñòóïіíь êîëиваëьíîñòі ïðи цьîмó заëå- жиòь від відñòаíі даíиõ зíачåíь дî êîмïëåêñíîї îñі. Рішåííÿ ðівíÿíь дëÿ двîõ дîбðå îбóмîвëå- íиõ маòðиць [11—13] зíаõîдиòьñÿ ÿê det(A–lІ) = l2 + bl + c = 0, (6) îдиíичíа маòðицÿ 2-ãî ïîðÿдêó; ñòаíдаðòíі êîåфіцієíòи êвадðаòíîãî ðівíÿí- íÿ за фîðмóëами Вієòа. дå І — b, с — Виêîðиñòîвóючи ñåðåдíє ãåîмåòðичíå зíачåí- íÿ 1 2    , заïишåмî цåé виðаз ÿê 2 2 2 2 0, b B             (7) дå B õаðаêòåðизóє êðивó ïåðåõідíîãî ïðîцåñó, а Ω — éîãî маñшòаб чаñó. За дîïîмîãîю ðівíÿííÿ (7) мîжíа, зміíюючи ïаðамåòðи êîмïîíåíòів ñõåми, ðåãóëюваòи фîð- мó ïåðåõідíîãî ïðîцåñó, íаïðиêëад, дëÿ заïîбі- ãаííÿ аваðії: збіëьшóючи вåëичиíó Ω òа змåí- шóючи вíаñëідîê цьîãî ñòóïіíь êîëиваëьíîñòі, îòðимаємî заміñòь íåбåзïåчíîãî êîëиваëьíîãî ïðîцåñó аïåðіîдичíиé ïðîцåñ. Аналіз аварійних ділянок роботи перетворювачів З мåòîю ïідвищåííÿ íадіéíîñòі бóëî ïðîвå- дåíî дîñëіджåííÿ аваðіéíиõ åëåêòðîòåïëîвиõ ðåжимів ðîбîòи åëåêòðîêîаãóëÿòîðів, щî íаëå- жаòь дî òðьîõ ãðóï — ÿêі ñåðіéíî виðîбëÿëиñь ðаíішå òа зíаõîдÿòьñÿ íа ïіñëÿãаðаíòіéíîмó îб- ñëóãîвóваííі («Надіÿ-2», ЕХВЧ 350М/120Б); ÿêі виïóñêаюòьñÿ в òåïåðішíіé чаñ («Надіÿ-4», ЕХВЧ-300, 200, 120) òа íîвиé ïðиëад, щî ïðîé- шîв åòаï òåõíічíиõ виïðîбóваíь («Сваðмåд», ЕÊ300М). Ці ïðиëади маюòь ñïіëьíó ïëаòфîð- мó ñиëîвîї чаñòиíи, ñòðóêòóðíó ñõåмó ÿêîї зî- бðажåíî íа рис. 2. Сиëîвó чаñòиíó åëåêòðîêîа- ãóëÿòîðів виêîíаíî íа îñíîві двîëаíêîвîãî ïå- ðåòвîðювача чаñòîòи, щî живиòьñÿ від мåðåжі зміííîãî ñòðóмó 220 В, 50 Гц òа фîðмóє íа ви- õîді зміííó íаïðóãó чаñòîòîю 440 êГц. Äаíиé ïðиñòðіé ñêëадаєòьñÿ з двîõ êаñêадів: AC/DC-перетворювача, виконаного на базі ре- ãóëьîваíîãî íаïівмîñòîвîãî іíвåðòîðа íаïðóãи, і нерегульованого мостового DC/AC-інвертора. До складу вхідного регульованого AC/DC- ïåðåòвîðювача вõîдÿòь виïðÿмëÿч В1 мåðåжі живëåííÿ (220 В, 50 Гц), ємíіñíиé С-фіëьòð, з виõîдó ÿêîãî ñòаëа íаïðóãа ïîñòóïає íа íаïів- мîñòîвиé іíвåðòîð I1 з ñиñòåмîю êåðóваííÿ òа ïðиñòðîєм ïëавíîãî ïóñêó (СПП). З виõідíîãî òðаíñфîðмаòîðа Ò зміííа íаïðóãа ïîñòóïає íа випрямляч В2 та LC-фільтр. До виходу фільтру ïідêëючåíî вõід íåðåãóëьîваíîãî мîñòîвîãî іí- вåðòîðа I2. Äëÿ êîíòðîëю ñòðóмів òðаíзи ñòîðів іíвåðòîðів в ñõåмó дîдаòêîвî ввåдåíі два íизь- êîіíдóêòивíиõ шóíòи, îдиí з ÿêиõ вêëючåíî ïî- ñëідîвíî зі ñòіéêîю òðаíзиñòîðів іíвåðòîðа І1, дðóãиé — в шиíó живëåííÿ іíвåðòîðа І2. C, µF 300 200 100 0 –100 –200 DC 20 40 60 80 Т°, °С C Риñ. 1. Òåïëîвå ðîзêëадаííÿ ємíîñòі êîíдåíñаòîðа: С — електрична складова матриці коефіцієнтів; °С — ðîзðаõîваíа ðåãðåñіéíим мåòîдîм òåïëîва ñêëадîва Риñ. 2. Сòðóêòóðа åëåêòðîêîаãóëÿòîðа: В1, В2 — виïðÿмëÿчі; І1, І2 — іíвåðòîðи; С — С-фільтр; LC — LC-фільтр; Т1 — трансформатор СB1 T1I1 B2 I2LC СПП Вõідíиé êаñêад Мåðåжа RH Iê,Uê Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 6 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 Сïåцифіêа заñòîñóваííÿ åëåêòðîêîаãóëÿòîðів ïîв’ÿзаíа з òаêими îñîбëивîñòÿми, ÿê ïîвòîðю- ваíа êîðîòêîчаñíа ðîбîòа òа ðîбîòа в ðåжимаõ з íåïåðіîдичíими êîðîòêими замиêаííÿми íаваí- òажåííÿ. Під чаñ ввімêíåííÿ ïðиñòðîю, íавіòь за óмîви забåзïåчåííÿ аïåðіîдичíîãî òиïó змі- ни напруги на ємності LC-фільтру регульовано- ãî іíвåðòîðа íаïðóãи, ñïîñòåðіãаєòьñÿ êîëиваëь- íиé õаðаêòåð зміíи ñòðóмó òðаíзиñòîðів (рис. 3). Äëÿ дðóãîї ëаíêи ïåðåòвîðювача чаñòîòи íå- бåзïåчíими є êîðîòêå замиêаííÿ абî зміíа íа- ваíòажåííÿ ÿê чаñòêîвиé виïадîê êîðîòêîãî за- миêаííÿ. На рис. 4 зîбðажåíî, ÿê зміíа íаваí- òажåííÿ ïðизвîдиòь дî зміíи íаïðóãи íа ємíî ñòі LC-фільтру та як внаслідок цього формується ñïëåñê ñòðóмó òðаíзиñòîðів дðóãîãî іíвåðòîðа. Наÿвíіñòь ñïëåñêів ñòðóмó ïðизвîдиòь дî ви- íиêíåííÿ òåïëîвиõ óдаðів ïî êðиñòаëаõ òðаíзиñ- òîðів ïåðшîãî òа дðóãîãî іíвåðòîðів. Задачó забåзïåчåííÿ îдíîчаñíîãî åëåêòðîòå- ïëîвîãî заõиñòó в òаêîмó двîëаíêîвîмó ïåðå- òвîðювачі íåмîжëивî виðішиòи, ðîзãëÿдаючи ðîздіëьíî аваðіéíі ðåжими ðîбîòи îêðåмиõ іí- вåðòîðів. Наïðиêëад, ÿêщî ðîзãëÿдаòи ïåðшиé іíвåðòîð, òî дëÿ змåíшåííÿ амïëіòóди ñïëåñêó ñòðóмó òðаíзиñòîðів дîціëьíî збіëьшиòи ñòаëó чаñó ïåðåõідíîãî ïðîцåñó, збіëьшивши íîміíаëь- íі зíачåííÿ іíдóêòивíîñòі дðîñåëÿ òа ємíî ñòі LC-фільтру. Можна також використовувати ре- жим заðÿдó ємíîñòі ñòабіëізîваíим ñòðóмîм, щî òаêîж ïðизвåдå дî збіëьшåííÿ ñòаëîї чаñó ïå- ðåõідíîãî ïðîцåñó. Пðîòå ó дðóãîмó іíвåðòîðі òаêі заõîди ïðизвåдóòь дî óñêëадíåíь — збіëь- шåííÿ ñïëåñêів ñòðóмó. Аíаëіз ðåжимів ðîбîòи виõідíîãî êаñêадó ïî- êазав, щî ïðи зміíі ïаðамåòðів ïаñивíиõ êîмïî- íåíòів вíаñëідîê íаãðівó, ñòðибêи ñòðóмó чåðåз íаïівïðîвідíиêîві êëючі ïід чаñ зміíи íаваíòа- жåííÿ зðîñòаюòь і мîжóòь ïåðåвищиòи ãðаíич- íі зíачåííÿ, ÿêі змåíшóюòьñÿ вíаñëідîê íаãðі- вó êðиñòаëів. Òîмó íåîбõідíî ïðîвåñòи мîдåëю- ваííÿ ïîвåдіíêи ïðиñòðîю ó вñьîмó òåмïåðаòóð- íîмó діаïазîíі ðîбîòи ïаñивíиõ êîмïîíåíòів òа îбðаòи аêòивíі êîмïîíåíòи з óðаõóваííÿм мîж- ëивîãî зíижåííÿ маêñимаëьíî дîïóñòимиõ зíа- чåíь åëåêòðичíиõ ïаðамåòðів їõ íаïівïðîвідíи- êîвиõ åëåмåíòів. Риñ. 3. Виõідíа íаïðóãа (а) òа ñòðóм чåðåз òðаíзи- ñòîðи (б) íаïівмîñòîвîãî іíвåðòîðа І1 Риñ. 4. Виõідíа íаïðóãа (а) òа ñòðóм чåðåз òðаíзи- ñòîðи (б) мîñòîвîãî іíвåðòîðа І2 а) б) а) б) Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 7 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 Äîñëіджåííÿ вõідíîãî êаñêадó ïîêазаëî, щî ó виïадêó íаãðіòиõ êîмïîíåíòів ïðиñóòíі êîëиваí- íÿ íавіòь за íаÿвíîñòі ñиñòåми ïëавíîãî ïóñêó жîðñòêîãî òиïó з íåзміííîю ñòаëîю чаñó ñïðа- цюваííÿ. Еêñïîíåíціаëьíа зміíа òðиваëîñòі ім- ïóëьñó íå заëåжиòь від òåïëîвîї зміíи åëåêòðич- íиõ ïаðамåòðів êîмïîíåíòів. Пðîãðамíа зміíа òðиваëîñòі ïëавíîãî ïóñêó óñóває даíó ïðîбëå- мó, і ñòðибêи ñòðóмó зíиêаюòь. Схемотехнічні засоби забезпечення теплового захисту напівпровідникових перетворювачів електроенергії Виêîðиñòаííÿ òåïëîвиõ мîдåëåé êîмïîíåí- òів ñõåми дîзвîëиëî ñòвîðиòи ñиñòåмó òåïëîвî- ãî заõиñòó імïóëьñíиõ ïåðåòвîðювачів åëåêòðî- åíåðãії, ÿêа ïðацює за ïðиíциïîм звîðîòíîãî зв’ÿзêó щîдî òåмïåðаòóðи (рис. 5). Äаíа ñиñòå- ма ðåãóëює êîëиваëьíіñòь ïåðåõідíиõ ïðîцåñів в імïóëьñíиõ íаïівïðîвідíиêîвиõ ïåðåòвîðюва- чаõ åëåêòðîåíåðãії з іíдóêòивíими êîмïîíåíòа- ми. Òåïëîвиé заõиñò ïåðåòвîðювача здіéñíюєòь- ñÿ маãíіòíî-зв’ÿзаíîю з дðîñåëåм фіëьòðа ïåðå- òвîðювача êîòóшêîю іíдóêòивíîñòі, ñòðóм ÿêîї, òаê ñамî ÿê і вõідíа чаñòîòа ïåðåмиêаííÿ вõідíî- ãî êëюча, ðåãóëюєòьñÿ міêðîêîíòðîëåðîм заëåж- íî від íаãðівó êîмïîíåíòів. Вíаñëідîê ðîбîòи да- íîãî êîëа ñòабіëізóюòьñÿ åëåêòðîмаãíіòíі ïðî- цåñи ïðи зміíі ðîбîчîї òåмïåðаòóðи êîмïîíåí- òів імïóëьñíиõ ïåðåòвîðювачів åëåêòðîåíåðãії. На міêðîêîíòðîëåð ïîдаюòьñÿ даíі з даòчи- êів òåмïåðаòóðи ïаñивíиõ êîмïîíåíòів, òåмïå- ðаòóðи êîðïóñó аêòивíиõ êîмïîíåíòів òа ñòðó- мó чåðåз êîòóшêó іíдóêòивíîñòі ïåðåòвîðювача (П íа ðиñ. 5) з іíдóêòивíî-ємíіñíим фіëьòðîм. Äëÿ ïîòîчíîї òåмïåðаòóðи за дîïîмîãîю òåïëî- вîї мîдåëі, ÿêа ïîïåðåдíьî заíåñåíа в ïам’ÿòь міêðîïðîцåñîðа (МП), ðîзðаõîвóюòьñÿ ïаðамå- òðи êîíдåíñаòîðів, íаñичåíіñòь маãíіòíîãî ïîëÿ êîòóшêи іíдóêòивíîñòі òа зíачåííÿ іíдóêòивíîñ- òі, òåмïåðаòóðа êðиñòаëів íаïівïðîвідíиêîвîãî ïðиëадó. Äëÿ îòðимаíиõ даíиõ аíаëізóєòьñÿ ñòó- ïіíь êîëиваëьíîñòі ïåðåõідíîãî ïðîцåñó (за зíа- чåííÿми діéñíиõ і êîмïëåêñíиõ êîðåíів õаðаêòå- ðиñòичíîãî ðівíÿííÿ). Äаëі ðîзðаõîвóєòьñÿ íа- ïðóжåíіñòь маãíіòíîãî ïîëÿ êîòóшêи іíдóêòив- íîñòі, за ÿêîю вåëичиíа êîëиваëьíîї ñêëадîвîї ïåðåõідíîãî ïðîцåñó бóдå в ïðиïóñòимиõ мåжаõ відïîвідíî дî маêñимаëьíî дîïóñòимиõ зíачåíь ïаðамåòðів íаãðіòиõ íаïівïðîвідíиêîвиõ êðиñòа- ëів. В êîëî з маãíіòíî-зв’ÿзаíîю êîòóшêîю іí- дóêòивíîñòі, ÿêа ðåãóëює íаñичåíіñòь маãíіòíî- ãî ïîëÿ дðîñåëÿ фіëьòðа DH, ïîдаєòьñÿ ñòðóм íåîбõідíîї вåëичиíи IL, ïідñиëåíиé за дîïîмî- ãîю îïåðаціéíîãî ïідñиëювача (ОП). Яêщî вíа- Риñ. 5. Сиñòåма òåïëîвîãî заõиñòó зі звîðîòíім зв’ÿзêîм за òåмïåðаòóðîю Риñ. 6. Сõåма мîдåëі ïîíижóючîãî ШІП з ñиñòåмîю òåïëîвîãî заõиñòó DT°, i(L), u(R) C(T°), H(i), L(H, T°) T°(VTj, VDj), r(T°) Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 8 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 ñëідîê зміíи іíдóêòивíîñòі êîòóшêи ñòðóм êîëа збіëьшивñÿ абî є íåîбõідíіñòь ó íåвåëиêіé êî- ðåêції ðåаêòивíîãî îïîðó ïаñивíиõ êîмïîíåíòів êîëа, ці вåëичиíи êîðåãóюòьñÿ зміíîю чаñòîòи ïåðåмиêаííÿ ñиëîвîãî òðаíзиñòîðа ïåðåòвîðю- вача. Сиãíаë, ÿêиé міñòиòь іíфîðмацію ïðî íå- îбõідíó вåëичиíó зміíи цієї чаñòîòи, ðîзðаõîвó- єòьñÿ ó МП òа ïîдаєòьñÿ íа фîðмóвач імïóëь- ñів, ÿêиé здіéñíює бåзïîñåðåдíє êåðóваííÿ ñи- ëîвим òðаíзиñòîðîм ïåðåòвîðювача з чаñòîòîю f. Äëÿ ïåðåвіðêи ïðацåздаòíîñòі ñиñòåми ñòвî- ðåíî мîдåëь ïîíижóючîãî шиðîòíî-імïóëьñíîãî ïåðåòвîðювача (ШІП) з ñиñòåмîю òåïëîвîãî за- хисту в середовищах PLECS [13] та MATLAB- Simulink [14] за óмîв виñîêîãî ñòóïåíю êîëи- ваëьíîñòі ñòðóмó íаïівïðîвідíиêîвиõ ïðиëадів (рис. 6). Теплова модель з системи PLECS че- ðåз виõîди Out ïåðåдає зíачåííÿ ïîòóжíîñòі ðîз ñію ваííÿ, вòðаò òа òåмïåðаòóðи êîмïîíåí- òів ñõåми в ñåðåдîвищå MATLAB-Simulink òа ïðиé маюòь звідòи êîðåêцію вõідíîї чаñòîòи òа ñòðóмó чåðåз зóñòðічíî ïідêëючåíиé дðîñåëь. На рис. 7 ïðîдåмîíñòðîваíî, ÿê ðîзðізíÿюòь- ñÿ між ñîбîю ïåðåõідíі õаðаêòåðиñòиêи (ñòðóм I чåðåз êðиñòаë òðаíзиñòîðа òа éîãî òåмïåðаòó- ðа Т°) перетворювача за відсутності та у разі на- ÿвíîñòі ñиñòåми òåïëîвîãî заõиñòó. Забезпечення теплового захисту перезапуском системи плавного пуску після короткого замикання Піñëÿ зміíи íаваíòажåííÿ абî зíÿòòÿ êî- ðîòêîãî замиêаííÿ ïîвòîðíиé заïóñê ïðиñòðîю здіéñíюєòьñÿ бåз ñиñòåми ïëавíîãî ïóñêó, аëå в óмîваõ íаãðіòиõ êîмïîíåíòів ñõåми цå дîвîëі íåбåзïåчíî, òîмó є íåîбõідíіñòь в ñиñòåмі, щî бóдå ïåðåзаïóñêаòи СПП. Пðи цьîмó, îдíаê, ó ðазі êîðîòêîãî замиêаííÿ СПП зі ñòабіëьíîю зміíîю êîåфіцієíòа заïîвíåííÿ імïóëьñів мîжå бóòи íååфåêòивíîю, îñêіëьêи вîíа ðîзðаõîва- íа íа зíачåííÿ ïаðамåòðів êîмïîíåíòів за ïî- Риñ. 7. Пåðåõідíі õаðаêòåðиñòиêи ïåðåòвîðювача за відñóòíîñòі ñиñòåми òåïëîвîãî заõиñòó (а) òа за її íаÿвíîñòі (б) Риñ. 8. Сиñòåма òåïëîвîãî заõиñòó з ïåðåзаïóñêîм ñиñòåми ïëавíîãî ïóñêó б)а) T, °C 80 60 0 1 2 3 t, мñ 0 1 2 3 t, мñ T, °C 200 100 I, A 100 50 0 I, A 40 20 0 DT°, i(L), u(R) k=l/T° T°(VTj, VDj) T°(VTc) T°(VDc) Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 9 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 чаòêîвîї òåмïåðаòóðи. Ó даíîмó виïадêó íåîб- õідíî вðаõîвóваòи заëåжíіñòь êîåфіцієíòó за- ïîвíåííÿ імïóëьñів від òåмïåðаòóðи. Äëÿ цьî- ãî виêîðи ñòîвóєòьñÿ міêðîïðîцåñîð, дî ïам’ÿòі ÿêîãî вíîñиòьñÿ åëåêòðîòåïëîва мîдåëь íаïів- ïðîвідíиêîвиõ ïðиëадів, щî дîзвîëÿє з виêî- ðиñòаííÿм зíÿòиõ з даòчиêів даíиõ ðîзðаõîвó- ваòи òåмïåðаòóðó êðиñòаëів òðаíзиñòîðа і діîда, ñòðóм дðîñåëÿ, íаïðóãó íаваíòажåííÿ і êîíдåí- ñаòîðа (рис. 8). З міêðîïðîцåñîðа чåðåз фóíê- ціîíаëьíиé ïåðåòвîðювач íа ñиñòåмó ïëавíîãî ïóñêó ïîдаєòьñÿ ñиãíаë, вåëичиíа ÿêîãî є îбåð- íåíî ïðîïîðціéíîю дî òåмïåðаòóðи êðиñòаëів òðаíзиñòîðа і діîда k=1/T°. Сигнал з СПП, а òаêîж ñиãíаëи, ÿêі є ïðîïîðціéíими íаïðóзі íа- ваíòажåííÿ òа ñòðóмó êîòóшêи іíдóêòивíî ñòі, ïîдаюòьñÿ íа ñиñòåмó êåðóваííÿ (СÊ), ÿêа ãå- íåðóє ïîñëідîвíіñòь імïóëьñів êåðóваííÿ ñиëî- вим òðаíзиñòîðîм ïåðåòвîðювача зі зміííим êî- åфіцієíòîм заïîвíåííÿ. Паðаëåëьíî з цим від- ñòåжóєòьñÿ íаïðóãа íа íаваíòажåííі u(R), і ÿê òіëьêи вîíа ðізêî збіëьшóєòьñÿ dU/dt > 0 (íа- Риñ. 11. Пåðåõідíиé ïðîцåñ вõідíîãî êаñêадó åëåê- òðîêîаãóëÿòîðа за íаÿвíîñòі СПП (а) òа ó ðазі її відñóòíîñòі, êîëи ïóñê êåðóєòьñÿ ïðîãðамíî (б) Риñ. 9. Êîåфіцієíò заïîвíåííÿ імïóëьñів ïðи аêòивîваíіé ñиñòåмі ïëавíîãî ïóñêó зі звîðîòíім зв’ÿзêîм ïî òåмïåðаòóðі êðиñòаëó íаïівïðîвідíиêîвиõ ïðиëадів D 0,4 0,3 0,2 0 1 2 3 4 5 6 t, мñ б) T, °C 80 60 0 1 2 3 4 5 6 t, мñ I, A 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 t, мñ T, °C 100 50 I, A 60 40 20 0 U, B 200 100 0 U, B 200 100 0 Риñ. 10. Пåðåõідíі õаðаêòåðиñòиêи ïîíижóючîãî ШІП з íаãðіòими êîмïîíåíòами ó ðазі заñòîñóваí- íÿ звичаéíîї ñиñòåми ïëавíîãî ïóñêó (а) òа ñиñòåми, заëåжíîї від òåмïåðаòóðи (б) а) б) а) Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 10 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 ïðиêëад, ïðи ðізêîмó змåíшåííі íаваíòажåííÿ абî зíÿòòі êîðîòêîãî замиêаííÿ), СПП ïåðåза- ïóñêаєòьñÿ з óðаõóваííÿм ïîòîчíîї òåмïåðаòóðи. Ó ðазі заñòîñóваííÿ вêазаíîãî звîðîòíîãî зв’ÿзêó маємî íå ëіíіéíå зðîñòаííÿ êîåфіцієí- òа заïîвíåííÿ імïóëьñів, а êðивó, ÿêа îбåðíåíî ïðîïîðціéíî ïîв’ÿзаíа з òåмïåðаòóðîю êðиñòа- ëó, ñêîðåãîваíîю ñиñòåмîю ïëавíîãî ïóñêó дëÿ ïðавиëьíîãî вивåдåííÿ ïåðåòвîðювача в íåïå- ðåðвíиé ðåжим ðîбîòи (рис. 9). На рис. 10 ïðîдåмîíñòðîваíî, ÿê ðîзðізíÿ- юòьñÿ між ñîбîю ïåðåõідíі ïðîцåñи ó ðазі ви- êîðиñòаííÿ ñòаíдаðòíîї òа ïðîïîíîваíîї ñиñòåм ïëавíîãî ïóñêó за îдíаêîвиõ ïаðамåòðів íаãðі- òîãî ïðиñòðîю ïіñëÿ êîðîòêîãî замиêаííÿ. З рис. 11 видíî, щî ïåðåõідíиé ïðîцåñ ïід чаñ ввімêíåííÿ вõідíîãî êаñêадó åëåêòðîêîаãó- ëÿòîðа за íаÿвíîñòі СПП має ñòðибîê ïî ñòðó- мó, а îòжå і òåïëîвиé óдаð ïî êðиñòаëó íаïів- ïðîвідíиêîвîãî ïðиëадó, íа відміíó від ðîбîòи ïðиëадó за її відñóòíîñòі, êîëи ïóñê ðåãóëюєòь- ñÿ ïðîãðамíî. Рîзðаõóíêîвим шëÿõîм бóëи визíачåíі ïа- раметри компонентів LC-фільтру та запропоно- ваíі дîціëьíі òиïи маãíіòíîãî маòåðіаëó дðîñå- ëÿ òа ємíîñòі, ÿêі забåзïåчóюòь вåëичиíó ñòðиб- êів ñòðóмó òðаíзиñòîðів òа, відïîвідíî, òåïëî- виõ óдаðів ïî їõ êðиñòаëаõ в дîïóñòимиõ мåжаõ. Сиñòåмó ïëавíîãî ïóñêó зі ñòаëîю чаñó, ÿêа забåзïåчóє аïåðіîдичíиé òиï ïåðåõідíîãî ïðî- цåñó ñòðóмó òðаíзиñòîðів ðåãóëьîваíîãî іíвåð- òîðа íаïðóãи, бóëî вïðîваджåíî в åëåêòðî êîа- ãóëÿòîðаõ «Надіÿ-4», ЕХВЧ-300, 200, 120 òа «Сваðмåд», ЕÊ300М. Ефåêòивíіñòь òаêîãî ðі- шåííÿ бóëа ïідòвåðджåíа íаñòóïíим чиíîм. Оціíюваëаñь ïðивåдåíа ó відñîòêаõ дî îб’ємó ñåðåдíÿ за ðіê êіëьêіñòь відмîв: відм сер KB 100%  N N , ñåðåдíÿ за ðіê êіëьêіñòь відмîв; êіëьêіñòь виïóщåíиõ за ðіê åëåêòðî êîа- ãóëÿòîðів. дå Nвідм — Nñåð — Äëÿ åëåêòðîêîаãóëÿòîðа ЕÊ300М1, ÿêиé ви- ïóñêаëи ó 2008—2016 ðîêаõ, виêîðиñòîвóваëаñь ñиëîва чаñòиíа з íåмîдифіêîваíими ïаðамåòðа- ми åëåмåíòів. Ó фаéëі îбëіêó ðåмîíòó циõ êî- аãóëÿòîðів ñåðåд зафіêñîваíиõ відмîв êіëьêіñòь ïîв'ÿзаíиõ з виõîдîм з ëадó ñиëîвиõ òðаíзиñ- òîðів ñêëадає 17%. Äëÿ åëåêòðîêîаãóëÿòîðів «Надіÿ-4» ЕХВЧ-300, 200, 120 òа «Сваðмåд» ЕÊ300М з мîдифіêîваíîю ñиëîвîю чаñòиíîю íавåдåíа êіëьêіñòь відмîв ñêëадає 1,2%. Заключення Òаêим чиíîм, ïðîвåдåíиé аíаëіз ñóміщåíиõ åëåêòðîòåïëîвиõ ïðîцåñів дîзвîëив виðішиòи за- дачó забåзïåчåííÿ òåïëîвîãî заõиñòó íаïівïðî- відíиêîвиõ ïåðåòвîðювачів åëåêòðîåíåðãії за ðа- õóíîê ñиñòåм, діÿ ÿêиõ базóєòьñÿ íа íîðмаëіза- ції ïаðамåòðів зãëаджóваëьíîãî фіëьòðа дî òåм- ïåðаòóðи, а дëÿ óмîв, êîëи виðîãідíим є виíиê- íåííÿ êîðîòêиõ замиêаíь, — íа адаïòації ñòаëîї чаñó ñиñòåми ïëавíîãî заïóñêó дî òåмïåðаòóðи. Рåзóëьòаòи мîдåëюваííÿ òаêиõ ñиñòåм ñïіëьíî з ïîíижóючим шиðîòíî-імïóëьñíим мîдóëÿòî- ром в об’єднаному середовищі PLECS-MATLAB- Simulink ïîêазаëи мîжëивіñòь ñóòòєвîãî змåí- шåííÿ òåïëîвîãî óдаðó ïî êðиñòаëó òðаíзиñòî- ра — від 210 до 85°С у першому випадку та від 180 до 80°С у другому, що підтверджує доціль- íіñòь їõ виêîðиñòаííÿ в ðåаëьíиõ ïðиñòðîÿõ. ВИÊОРИСÒАНІ ÄЖЕРЕЛА 1. Fabis P.M, Shun D., Windischmann H. Thermal modelling of diamond-based power electronic spackage // Proc. 15th Annu. IEEE Semicond. Therm. Meas. Manage. Symp.— 1999.— Р. 98—104. 2. Divins D. Using simulation to estimate MOSFET junction temperaturein a circuit application // International Rectifier, Power Electronics Technology Exhibition & Conference.— Dallas, Texas.— 2007. 3. Malyna D. Accelerated synthesis of electrically and thermally constrained power electronic converter systems // Eindhoven, Eindhoven University Press.— 2007.— P 229. 4. Drofenik U.A., Kolar J.W. General scheme for calculating switching-and conduction-losses of power semiconductors in numerical circuit simulations of power electronic systems // International Power Electronics Conference (IPEC’05).— 2005. 5. Drofenik U., Cotet D., Musing A. et al. Compu- ta tionally eficient integration of complex thermal multi- chip power module models into circuit simulators // Power Conversion Conference (PCC’07).— 2007.— P. 550—557.— http://dx.doi.org/10.1109/pccon.2007. 373020 6. Merrikh A. A. Compact thermal modeling methodology for predicting skin temperature of passively cooled devices // Applied Thermal Engineering.— Vol. 85.— 2015.— Р. 287—296. 7. Òîíêаëь В. Е., Рóдåíêî В.С., Жóéêîв В. Я. и дð. Вåíòиëьíыå ïðåîбðазîваòåëи ïåðåмåííîé ñòðóêòóðы.— Êиåв: Наóê. дóмêа, 1989. 8. Сòжåëåцêи Р., Êîðîòååв И.Е., Жóéêîв В.Я. Хаîòичå- ñêиå ïðîцåññы в ñиñòåмаõ ñиëîвîé эëåêòðîíиêи.— Êиåв: Авåðñ, 2001. 9. Kron G. Diakoptics, the piecewise solution of large scale systems.— London: MacDonald & Co, 1963. 10. Soft Ferrites. Data Handbook MA01, Philips Components.— Netherlands: Philips Electronics, 1996. 11. Фиëаðåòîв В. В. Òåîðåма Сиãîðñêîãî îб îïðåдå- ëиòåëå ñóммы маòðиц и диаêîïòиêа // Эëåêòðîíиêа и ñвÿзь.— 2010.— ¹ 2.— С. 5—13. 12. Гîëóб Äж., Ваí Лîóí Ч. Маòðичíыå вычиñëåíиÿ. — Мîñêва: Миð, 1999. 13. Simulation software PLECS. Plexim GmbH. [Online]. http://www.plexim.com. 14. Register A. A. Guide to MATLAB object-oriented programming.— Florida: SciTech Publishing Inc., 2007. Дата надходження рукопису до редакції 12.05 2017 г. Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 3 11 ЕËЕÊÒÐÎÍÍІ ЗАСÎБИ: ДÎСËІДЖЕÍÍЯ, ÐÎЗÐÎБÊИ ISSN 2225-5818 R. A. BARANIUK, V. A. TODORENKO, O. F. BONDARENKO Ukraine, NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» E-mail: licornedev@gmail.com, va.todorenko@gmail.com, bondarenkoaf@gmail.com ADAPTIVE ELECTROTHERMAL PROTECTION OF POWER CONVERTERS Thermal management for power converters during normal operation and transient modes when electrical components are warmed up is an actual problem. This can be particularly important for converters with intermittent duty operation, e.g. power supplies for resistance welding. According to some research, nearly 60% of failures are temperature-induced, and for every 10°C temperature rise in operating environment the failure rate nearly doubles. In this paper, thermal motion of state equations eigenvalue is analysed. It is shown, that in semiconductor converters with an output smoothing filter it is appropriate to use thermal protection devices based on thermal normalisation of the converter filter and, while for cases when short circuits are possible it is appropriate to use a soft start system with thermal adaptation for soft start time factor. Based on these results, two systems of thermal protections operating for semiconductor power converters are introduced. Simulation of combined electromagnetic and thermal processes in buck converter operating with both thermal management systems in overlapping environments MATLAB/Simulink and PLECS showed the possibility to significantly reduce thermal shock on semiconductor components. Using the system of filter parameters normalisation decreases the temperature of the crystal from 210°C to 85°C, using the adaptive soft start system decreases the temperature from 180°C to 80°C. The simulation results are confirmed by tests on real devices. Keywords: differential equations, system state, electrothermal model, transient processes, power supply. DOI: 10.15222/TKEA2017.3.03 UDC 621.314 REFERENCES 1. Fabis P.M, Shun D., Windischmann H. Thermal mod- elling of diamond-based power electronics package. Proc. 15th Annu. IEEE Semicond. Therm. Meas. Manage. Symp., 1999, ðð. 98-104. 2. Divins D. Using Simulation to Estimate MOSFET junction temperature in a circuit application. International Rectifier, Power Electronics Technology Exhibition & Conference, Dallas, Texas, 2007. 3. Malyna D. Accelerated synthesis of electrically and thermally constrained power electronic converter systems. Eindhoven, Eindhoven University Press., 2007, 229 ð. 4. Drofenik U. A., Kolar J. W. А general scheme for calculating switching-and conduction-losses of power semi- conductors in numerical circuit simulations of power elec- tronic systems. International Power Electronics Conference (IPEC’05), 2005, ðð. 4-8. 5. Drofenik U., Cotet D., Musing A., Meyer J. M., Kolar J. W. Computationally encient integration of complex ther- mal multi-chip power module models into circuit simulators. Power Conversion Conference, 2007, Nagoya, ðð. 550-557. http://dx.doi.org/10.1109/pccon.2007.373020 6. Merrikh A. A. Compact thermal modeling methodology for predicting skin temperature of passively cooled devices. Applied Thermal Engineering, vol. 85, 2015, pp. 287-296. 7. Òînkal’ V.T., Rudenko V.S., Zhuikov V.Ya. et al. Ventil’nye preobrazovateli peremennoi struktury [Variable-type gate converters]. Kyiv, Naukova dumka, 1989, 336 ð. (Rus) 8. Stzheletski R., Koroteev I.E., Zhuikov V.Ya. Khaoticheskie protsessy v sistemakh silovoi elektroniki [Chaotic processes in power electronics systems]. Kyiv, Аvers, 2001. (Rus) 9. Kron G. Diakoptics, the piecewise solution of large scale systems. London, MacDonald & Co, 1963. 10. Soft Ferrites. Data Handbook MA01, Philips Components. Netherlands, Philips Electronics, 1996, 887p. 11. Filaretov V.V. [Sigorsky’s theorem on the determi- nant of the sum of matrices and diacoptics]. Electronics and Communications, 2010, no. 2, pp. 5-13. (Rus) 12. Golub D., Van Loun Ch. Matrichnyye vychisleniya [Matrix computing]. Moscow. Mir, 1999, 458 p. (Rus) 13. Simulation software PLECS. Plexim GmbH. [Online]. http://www.plexim.com. 14. Register A. A. Guide to MATLAB object-oriented programming. Florida: SciTech Publishing Inc., 2007, p. 354. Р. А. БАРАНЮК, В. А. ТОДОРЕНКО, А. Ф. БОНДАРЕНКО Óêðаиíа, НÒÓÓ«Êиåвñêиé ïîëиòåõíичåñêиé иíñòиòóò имåíи Иãîðÿ Сиêîðñêîãî» E-mail: licornedev@gmail.com, va.todorenko@gmail.com, bondarenkoaf@gmail.com АÄАПÒИВНАЯ ЭЛЕÊÒРОÒЕПЛОВАЯ ЗАЩИÒА ПОЛÓПРОВОÄНИÊОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАÒЕЛЕЙ ЭЛЕÊÒРОЭНЕРГИИ Предложены системы тепловой защиты импульсных полупроводниковых преобразователей электроэнер- гии. Показано, что в полупроводниковых преобразователях с выходным сглаживающим фильтром целе- сообразно использовать схемотехнические средства тепловой защиты, действие которых основано на нормализации параметров сглаживающего фильтра к температуре, а для случаев, когда возможны ко- роткие замыкания, — на адаптации постоянной времени системы плавного запуска к изменению темпе- ратуры. Результаты моделирования совмещенных электромагнитных и тепловых процессов в широтно- импульсном преобразователе понижающего типа с предложенными системами тепловой защиты в объе- диненной среде PLECS-MATLAB-Simulink показали возможность существенного уменьшения теплового удара по кристаллу транзистора. Результаты подтверждены испытаниями на реальных устройствах. Ключевые слова: дифференциальные уравнения, состояние системы, электротепловая модель, переход- ные процессы, источник питания.

Адаптивний електротепловий захистнапівпровідникових перетворювачів електроенергії

Institution

Ähnliche Einträge