Опыт разработки источника питания бортовой сети на перспективной элементной базе

Вадим [Vadim] Николаевич [N.] Остриров [Ostrirov]; Максим [Maksim] Сергеевич [S.] Яковенко [Yakovenko]; Дмитрий [Dmitriy] Васильевич [V.] Репецкий [Repetsky]; Константин [Konstantin] Викторович [V.] Мильский [Milsky]; Валерий [Valeriy] Владимирович [V.] Краснов [Krasnov]

doi:10.24160/1993-6982-2020-4-113-121

Вадим [Vadim] Николаевич [N.] Остриров [Ostrirov]
Максим [Maksim] Сергеевич [S.] Яковенко [Yakovenko]
Дмитрий [Dmitriy] Васильевич [V.] Репецкий [Repetsky]
Константин [Konstantin] Викторович [V.] Мильский [Milsky]
Валерий [Valeriy] Владимирович [V.] Краснов [Krasnov]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2020-4-113-121

Ключевые слова: источник питания, инвертор, импульсный понижающий преобразователь напряжения, широтно-импульсная модуляция, потери в полупроводниковых приборах

Аннотация

Рассмотрены источники питания бортовой сети и вспомогательных электроприводов на примере вагонов метро. Развитие полупроводниковой техники, в частности появление приборов, в основе которых лежит применение карбида кремния (SiC), открывает перспективы создания источников питания нового поколения с улучшенными технико-экономическими показателями. Проведен обзор доступных на сегодня SiC-приборов как в модульном исполнении, так и в дискретном корпусе. Ввиду высокой стоимости и ограниченного ассортимента модулей предпочтение отдано дискретным приборам в корпусе TO-247. По результатам оценки потерь в полупроводниках, компоновочного и теплового моделирования определено оптимальное схемное решение для поставленной задачи.

Приведена оценка влияния параметров пассивных компонентов силового канала на потери в полупроводниковых приборах, по результатам которой удалось выбрать оптимальные величины индуктивностей LC-фильтров. Проанализирован эффект от введения временного сдвига в управлении параллельно включенных преобразователей, построенных по одинаковой схеме. Дана количественная оценка действующего значения тока конденсаторов выходного фильтра без временных сдвигов в управлении и со сдвигом на четверть периода широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Продемонстрированы осциллограммы переходного процесса напряжения сток-исток силовых SiC-транзисторов, полученные при испытаниях разработанного преобразователя при номинальной нагрузке. Предложено описание конструкции контейнера преобразователя и краткое описание компоновочных решений. Анализ результатов проведенных испытаний макетного образца и сравнение с существующим прототипом показали, что КПД нового источника выше, а масса и габариты ниже.

Сведения об авторах

Вадим [Vadim] Николаевич [N.] Остриров [Ostrirov]

доктор технических наук, профессор кафедры автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ», e-mail: ostrirovvn@cycle-p.ru

Максим [Maksim] Сергеевич [S.] Яковенко [Yakovenko]

ведущий инженер ООО НПП «Цикл Плюс», e-mail: maksim-13@yandex.ru

Дмитрий [Dmitriy] Васильевич [V.] Репецкий [Repetsky]

ведущий инженер ООО НПП «Цикл Плюс», e-mail: repetskydv@yandex.ru

Константин [Konstantin] Викторович [V.] Мильский [Milsky]

начальник отдела научно-технического развития НПП «Цикл Плюс», e-mail: kostyanmls@mail.ru

Валерий [Valeriy] Владимирович [V.] Краснов [Krasnov]

главный эксперт ООО «ИЦ Технократия», e-mail: krasnov.vv@technocratiya.ru

Литература

1. Сементовский Э.А., Богданов А.А., Гусев В.С., Могильнер Ю.Я. Устройство и ремонт электропоездов метрополитена. М.: Транспорт, 1991.
2. Яковенко М.С. и др. Активное подавление гармоник во входном токе силового преобразователя электропривода компрессора // Электричество. 2018. № 12. С. 41—46.
3. Коблов В. Вспомогательное оборудование вагонов моделей 81-740 и 81-760 // Мое метро. 2017. № 79. С. 9.
4. Остриров В.Н., Анучин А.С., Габидов А.А., Репецкий Д.В. Анализ особенностей эксплуатации частотно-регулируемого электропривода компрессора вагона метро // Промышленная энергетика. 2013. № 9. С. 14―18.
5. Данилов Е.Б. Вагоны метрополитена модели 81-765/766/767. М.: ИПЦ «Маска», 2018.
6. O'Neill M. Silicon Carbide MOSFETs Challenge IGBTs // Power Electronics Technology. 2008. V. 34(9). P. 14.
7. Ершов А. Полупроводниковые SiCприборы продолжают совершенствоваться // Электронные компоненты. 2018. № 11. C. 64—67.
8. Mysiński W., Jakubas W. Gate Driver for SiC MOS-FET Transistors // Techn. Trans. 2016. V. 1. Pp. 113—122.
9. Пат. № 181943 РФ. Устройство для подключения статического преобразователя к источнику напряжения постоянного тока / В.Н. Остриров, М.С. Яковенко, К.В. Мильский, А.А. Габидов, М.К. Котельников // Бюл. изобрет. 2018. № 22.
---
Для цитирования: Остриров В.Н., Яковенко М.С., Репецкий Д.В., Мильский К.В., Краснов В.В. Опыт разработки источника питания бортовой сети на перспективной элементной базе // Вестник МЭИ. 2020. № 4. С. 113—121. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-4-113-121.
#
1. Sementovskiy E.A., Bogdanov A.A., Gusev V.S., Mogil'ner Yu.Ya. Ustroystvo i Remont Elektropoezdov Metropolitena. M.: Transport, 1991. (in Russian).
2. Yakovenko M.S. i dr. Aktivnoe Podavlenie Garmonik vo Vkhodnom Toke Silovogo Preobrazovatelya Elektroprivoda Kompressora. Elektrichestvo. 2018;12:41—46. (in Russian).
3. Koblov V. Vspomogatel'noe Oborudovanie Vagonov Modeley 81-740 i 81-760. Moe Metro. 2017;79:9. (in Russian).
4. Ostrirov V.N., Anuchin A.S., Gabidov A.A., Repetskiy D.V. Analiz Osobennostey Ekspluatatsii Chastotno-reguliruemogo Elektroprivoda Kompressora Vagona Metro. Promyshlennaya Energetika. 2013;9:14―18. (in Russian).
5. Danilov E.B. Vagony Metropolitena Modeli 81-765/766/767. M.: IPTS «Maska», 2018. (in Russian).
6. O'Neill M. Silicon Carbide MOSFETs Challenge IGBTs. Power Electronics Technology. 2008;34;9:14.
7. Ershov A. Poluprovodnikovye SiC Pribory Prodolzhayut Sovershenstvovat'sya. Elektronnye Komponenty. 2018;11:64—67. (in Russian).
8. Mysiński W., Jakubas W. Gate Driver for SiC MOSFET Transistors. Techn. Trans. 2016;1:113—122.
9. Pat. № 181943 RF. Ustroystvo dlya Podklyucheniya Staticheskogo Preobrazovatelya k Istochniku Napryazheniya Postoyannogo Toka. V.N. Ostrirov, M.S. Yakovenko, K.V. Mil'skiy, A.A. Gabidov, M.K. Kotel'nikov. Byul. izobret. 2018;22. (in Russian).
---
For citation: Ostrirov V.N., Yakovenko M.S., Repetsky D.V., Milskiy K.V., Krasnov V.V. Experience in Development of an On¬Board Electric System Power Supply Based on Advanced Electronic Components. Bulletin of MPEI. 2020;4:113—121. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-4-113-121.