Analiza stanów zwarciowych w przekształtnikach dużej mocy

• Autorzy: Zymmer K. , Maścibrodzki I.

Warianty tytułu

EN

Analysis of short circuit conditions in high power devices

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę określania zagrożeń uszkodzeniem przyrządów energoelektronicznych oraz eksplozją tych elementów w warunkach zwarć zewnętrznych i wewnętrznych w przekształtnikach dużej mocy. Metoda oparta jest na analizie porównawczej prądów przeciążeniowych deklarowanych przez wytwórców przyrządów półprzewodnikowych jako dopuszczalne z odpowiednimi wartościami prądów występujących w tych przyrządach w warunkach zwarciowych w zespole przekształtnikowym. W związku z różnymi przebiegami prądu deklarowanego jako dopuszczalny w stosunku do przebiegów występujących w rzeczywistości, jako kryterium porównawcze przyjęto odpowiadające tym prądom wartości całek i2t. Jako kryterium zagrożenia eksplozją przyrządu energoelektronicznego przyjęto wartości całki i2t, powodującej eksplozję tego przyrządu, wyznaczoną w trakcie badań eksperymentalnych prowadzonych w zwarciowni prądu przemiennego. Analizy obliczeniowe prowadzono na przykładzie trakcyjnego zespołu prostownikowego o prądzie 1700 A i napięciu wyprostowanym 3,3 kV. Analizy prowadzone były metodą symulacyjną przy wykorzystaniu programu PSIM.

EN

Method of protection against failure or explosion hazard of semiconductor power devices, which can occur in high power converters, is discussed. This method base on a comparing of the permissible over current declared by manufactures, with the short-circuit current that can appear in case of failure. Different case of failure was analyzed and new criterion for protection of the semiconductor power devices is proposed. Taking the declared current, and the calculated integral i2t as function of time, of the short circuit current, one is able to select circuit breaker operating time that should be applied in substation. This criterion assumed was verified with gut accuracy during experimental investigation in high current conditions. Tests were made at traction DC current unit of 3,3 kV and 1700 A.

Słowa kluczowe

PL

przekształtniki dużej mocy; stany zwarciowe; przyrządy energoelektroniczne

EN

High Power converters; short circuit conditions; semiconductor power devices

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2012
• Tom: Z. 258
• Strony: 99--121
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Zymmer K.

autor

Maścibrodzki I.

• Zakład Przekształtników Mocy, Instytut Elektrotechniki,

Bibliografia

• 1. Kahl T.: Sieci elektroenergetyczne, NNT, Warszawa, 1981.
• 2. Januszewski S., Stańczk W., Świątek H., Zymmer K.: The peak case nonrupture current of high power semiconductor devices, Proc. of the International Conference Power Electronics and Motion Control EPE-PEMC`94, Warszawa, wrzesień 1994.
• 3. Shen Z.J. i in.: Current sensing characteristics of IGBT`s under short circuit conditions, Proc. of International Conference European Power Electronics and Aplications EPE`95, Sevilla, wrzesień 1995.
• 4. Januszewski S., Świątek H., Zymmer K.: Consequences of internal short-circuits in very high power converters, Proc. of the International Symposium on Industrial Electronics ISIE`96, vol. 1, pp. 519-524, Warszawa, czerwiec 1996.
• 5. Ramminger S. et. al.: Crack mechanism in wire bonding joints, Microelectronics Reliability, vol. 38, pp. 1301-1305, 1998.
• 6. Januszewski S., Świątek H., Zymmer K.: Zagrożenia eksplozją przyrządów energoelektronicznych podczas zwarć przekształtników dużej mocy, Konferencja: Bezpieczne Urządzenia Energoelektroniczne SPES`98, Warszawa, 24-27 listopada 1998.
• 7. Gekenidis S. et al.: Explosion tests in IGBT high voltage modules, Proc. of International Conference ISPSD`99, Toronto, maj 1999.
• 8. Zymmer K., Sakowicz S.: Analiza stanów zwarciowych w półprzewodnikowych przyrządach mocy, Prace Instytutu Elektrotechniki, zeszyt 204, s. 13-44, 2000.
• 9. Zymmer K., Sakowicz S., Januszewski S.: High power semiconductor device thermal stresses during short-circuit states, Proc. of the European Conference on Power Electronic and Motion Control, EPE-PEMC, Koszyce, wrzesień 2000.
• 10. Zymmer K. i wykonawcy: Sprawozdanie z realizacji projektu badawczego KBN pt. “Zjawiska zwarciowe w przekształtnikach dużej mocy w aspekcie koordynacji zabezpieczeń Przeciążeniowych przyrządów energoelektronicznych”, nr 8T 10A 029 17, Warszawa, listopad 2001.
• 11. Zymmer K., Sakowicz S.: Badania wytrzymałości eksplozyjnej obudów przyrządów energoelektronicznych i zagrożenia występujące w układach przekształtnikowych, Prace Instytutu Elektrotechniki, zeszyt 209, 2001.
• 12. Zymmer K., Sakowicz S., Januszewski S.: Short-circuit in high power supply systems of 3 kV DC traction lines, Proc. of the 10th International Symposium on Short Circuits in Power Systems, Łódź, październik 2002.
• 13. Zymmer K., Sakowicz S.: Projektowanie przekształtników dużej mocy w aspekcie doboru przyrządów energoelektronicznych do warunków zwarciowych, Prace Instytutu Elektrotechniki, zeszyt 210, 2002.
• 14. Materiały firmowe producentów przyrządów energoelektronicznych: Lamina, Siemens, Eupec, Semikron, ABB, International Rectifier, Westcode, Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, Fuji.
• 15. Zymmer K.: Zagrożenia zwarciowe i przetężeniowe półprzewodnikowych przyrządów energoelektronicznych, Prace Instytutu Elektrotechniki, zeszyt 219, 2004.
• 16. Świątek H., Mazurek P., Zymmer K., Babiuch M.: Badania przeciążalności prądowej, Dokumentacja Instytutu Elektrotechniki Nr 21/NPM/2009, Warszawa, 2009.