Алгоритм термостабилизации силовых полупроводниковых приборов в электроприводе компрессора
Аннотация
Рассмотрен режим термостабилизации силовых полупроводниковых приборов, использованных в преобразователе электропривода компрессора поездов метро. Для данного электропривода характерен повторно-кратковременный режим работы. Он работает около 5 мин и наполняет пневматическую систему сжатым воздухом, после чего останавливается, до тех пор пока давление в системе не снизится из-за расхода воздуха на торможение поезда или на открывание и закрывание дверей. При таком режиме работы полупроводниковые приборы подвержены циклическому нагреву и охлаждению, поэтому для подобного преобразователя проблема термоциклирования силовых транзисторных модулей существенно значима. Девиация температуры кристалла над температурой подложки транзисторного модуля приводит к деградации слоя припоя: механическому разрушению и стратификации припоя, что в конечном итоге ведет к отказу полупроводникового прибора. Эти особенности следует учитывать при выборе силовой схемы и разработке преобразователя. Силовой преобразователь электропривода компрессора был спроектирован на кафедре автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ». Он состоит из понижающего DC-DC преобразователя, обеспечивающего стабильное напряжение питания инвертора, трехфазного инвертора и du/dt-фильтра. Предложен алгоритм термостабилизации, реализованный и протестированный на рабочем образце преобразователя в лабораторных условиях, позволяющий снизить девиацию температуры кристаллов транзисторных модулей. На время паузы в рабочем цикле компрессора силовой преобразователь переходит в специальный режим подогрева. Переход осуществляется автоматически, не требует специальных управляющих сигналов от системы управления верхнего уровня и дополнительных коммутаций в силовых цепях электропривода. Данный алгоритм обеспечивает равномерное распределение теплоты по всем полупроводниковым приборам. Термограммы и температурные кривые показывают его эффективность по сравнению с обычным алгоритмом управления.
Литература
2. Shaoxuan F. e. a.Electrical Components and Airconditioning Units for Lowenvironmental-impact Trains for Subway Systems in China. Hitachi, 2008. Pp. 33—40.
3. Слепцов М.А. Основы электрического транспорта. М.: Академия, 2006.
4. Scheuermann U. Power Module Design without Solder Interfaces — an Ideal Solution for Hybrid Vehicle Traction Applications // Appl. Power Electronics Conf. and Exposition. 2009. Pp. 472—478.
5.Neeb C., Boettcher L., Conrad M., De Doncker R. Innovative and Reliable Power Modules: A Future Trend and Evolution of Technologies // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2014. V. 8. Iss. 3. Pp. 6—16.
6. LM135Z datasheet [Электрон. ресурс]. http://www2.st.com/content/st_com/en/products/mems-and-sensors/temperature-sensors/lm135.html (дата обращения 01.04.2017).
7. Hu B., Song G., Ma X. An Efficient Method to Estimate the Maximum Junction Temperature of IGBT Modules // PCIM Asia. 2015. Pp. 108—113.
8. Mitsubishi, General Considerations for IGBT and Intelligent Power Modules. 1998. P. 18.
---
Для цитирования: Анучин А.С., Остриров В.Н., Прудникова Ю.И., Яковенко М.С., Подлесный М.В. Алгоритм термостабилизации силовых полупроводниковых приборов в электроприводе компрессора // Вестник МЭИ. 2017. № 3. С. 13—19. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-13-19.
#
1. Electrical and Automatic Air Brake Equipment Instructions. N.-Y.: Interborough Rapid Transit Company, Office of General Superintendent, 1904.
2. Shaoxuan F. e. a. Electrical Components and Airconditioning Units for Lowenvironmental-impact Trains for Subway Systems in China. Hitachi, 2008:33—40.
3. Sleptsov M.A. Osnovy elektricheskogo transporta. M.: Akademiya, 2006. (in Russian).
4. Scheuermann U. Power Module Design without Solder Interfaces — an Ideal Solution for Hybrid Vehicle Traction Applications. Appl. Power Electronics Conf. and Exposition. 2009:472—478.
5. Neeb C., Boettcher L., Conrad M., De Doncker R. Innovative and Reliable Power Modules: A Future Trend and Evolution of Technologies. IEEE Industrial Electronics Magazine. 2014;8;3:6—16.
6. LM135Z datasheet [Elektron. resurs]. http://www2.st.com/content/st_com/en/products/mems-and-sensors/ temperature-sensors/lm135.html (data obrasheniya 01.04.2017).
7. Hu B., Song G., Ma X. An Efficient Method to Estimate the Maximum Junction Temperature of IGBT Modules. PCIM Asia. 2015:108—113.
8. Mitsubishi, General Considerations for IGBT and Intelligent Power Modules. 1998:18.
---
For citation: Anuchin A.S., Ostrirov V.N., Prudnikova Yu.I., Yakovenko M.S., Podlesny M.V. An Algorithm for Stabilizing the
Thermal Operating Conditions of Power Semiconductors in a Compressor Electric Drive. MPEI Vestnik. 2017; 3: 13—19. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-13-19.
