Modulární měniče pro aplikace vysokých výkonů
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modulární měniče pro aplikace vysokých výkonů Paul Newman, SEMIKRON UK Modulární výkonové systémy poskytují výhody kratších dodacích termínů a nižších cen. SEMIKUBE™ B6CI je modulární kompaktní, snadno udržovatelný a pružný systém pro měniče chlazené vzduchem od 300 do 1 550 A. Postaven je na základech nejnovější technologie IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, bipolární tranzistor s izolovaným hradlem) průmyslových modulů společnosti Semikron a je výsledkem 45 let trvající historie v oblasti výkonových sestav a systémů. Globální síť vývojových center poskytuje celosvětovou podporu pro lokální servis s vývojem a výrobou co nejblíže k trhu zákazníka.  Obr. 1. Konfigurační rozsah SEMIKUBE™ Designéři mnoha výkonových systémů, zvláště v rozvíjejícím se sektoru, jako je distribuovaná výroba energie, jsou často spíše systémovými integrátory, a ne vždy mají hluboké znalosti v oblasti výkonové elektroniky. Rychlost vývoje křemíkových technologií vyžaduje adaptaci všech komponent, jako jsou např. chladiče, drivery, kondenzátory, odlehčovací (snubber) kondenzátory a stejnosměrné meziobvody. Tito designéři potřebují jednak systém modulárních bloků, který zvládne jejich výkonové potřeby, jednak systém, který je modulárním řešením. Modulární systém navíc poskytuje výhody kratších dodacích termínů a nižších cen.  Obr. 2. SKYPER™ 32PRO driver je obsažen v každé kostce Semikron použil modulární techniku k vývoji SEMIKUBE™ – měničové platformy pro aplikace do 900 kW s nuceným vzduchovým chlazením. Modularita zkracuje dobu potřebnou k vývoji a zjednodušuje koncovou instalaci. Kromě toho redukuje místo potřebné pro skladování náhradních dílů, protože menší počet standardizovaných typů, které mohou být použity v různých konfiguracích, je uchováván na skladě. Nová platforma je skládána z jednotlivých „kostek„ do kompaktní nebo výkonové konfigurace a poskytuje výkon v rozsahu od 300 do 1 550 A. Ve výkonové konfiguraci, kde každý modul je vybaven vlastním ventilátorem, dosahuje tento systém hodnot poměru výkonu k objemu, které dříve byly možné pouze s použitím vodního chlazení. Systém SEMIKUBE™ se zpravidla skládá z jedné, dvou nebo tří kostek, přičemž každá z nich obsahuje dva, tři nebo čtyři bloky. Tyto bloky mohou tvořit diody, tyristory nebo dva půlmůstky IGBT, namontované na vysoce výkonném, speciálně vyvinutém chladiči. Každá kostka obsahuje vlastní kondenzátorovou baterii, která je z důvodu menší velikosti a větší spolehlivosti samostatně chlazena ventilátory. Kombinací různých bloků lze podle přání zákazníka poskytnout požadovaný rozsahu výkonů.  Obr. 3. Vnitřní pohled na SEMIKUBE 1, 2 a 3 Nově vyvinutý a optimalizovaný driver, který vychází z driveru SKYPER™ 32PRO od společnosti Semikron, je obsažen v každé kostce. Všechny funkce a ochrany driveru SKYPER™ 32PRO, jako měkké vypnutí a externí chybový vstup, jsou zachovány. Každý driver jednotlivých kostek funguje nezávisle, ale používá jednotné rozhraní, které je dostupné zvnějšku. Každý blok obsahuje rychlá čidla proudu. K monitorování rozložení proudu mezi jednotlivé moduly je použito několik čidel proudu, jejichž signály jsou nepřetržitě sledovány a porovnávány. Jakékoliv přetížení nebo proudové rozvážení vede k přerušení signálů jdoucích k IGBT. Tento princip nabízí tři ochrany proti přetížení:
Tato vysoká úroveň ochrany zaručuje bezpečnou a spolehlivou funkci. Tabulka výkonových rozsahů SEMIKUBE™
Uvedené hodnoty byly odvozeny za těchto podmínek: U = 400 V AC, f = 50 Hz (460 V AC, f = 60 Hz); Umax = 650 V DC; frekvence spínání fsp = 3 kHz; teplota okolí to = 40 °C; účiník cos j = 0,85 Pro větší výkony systém SEMIKUBE™ vyžaduje paralelní spojení až osmi jednotlivých půlmůstků IGBT. Paralelní řazení, bez nutnosti snížení výkonu přenášeného přes jeden půlmůstek, je nezbytností pro efektivní design. Proto byl vyvinut nový systém propojení střídavé a stejnosměrné strany. Střídavé propojení je realizováno elektricky symetrickým spojením, které má stejnou indukčnost a odpor mezi připojením zátěže a každým modulem IGBT. Stejnosměrné propojení je řešeno minimalizovanou indukčností a umožňuje propojení s dalšími stejnosměrnými meziobvody. Komponenty standardního měniče SEMIKUBE™ Usměrňovačová část může být konfigurována jako:
Izolované moduly (3 kV AC) SEMIPACK® 1 600 V jsou použity pro svoji robustnost a teplotní efektivitu. Samozřejmostí jsou spínací obvody, odlehčovací (snubber) RC obvody a volitelné vstupní pojistky. Vstupní napětí by mělo být v rozsahu 380 až 500 V AC (–15 +10 %), frekvence 45 až 66 Hz a maximální usměrněné napětí 707 V.  Obr. 4. Horizontální sestava SEMIKUBE™ Standardně používané kondenzátory stejnosměrného meziobvodu jsou elektrolytické s prodlouženou životností a šroubovými vývody. Tento typ byl vybrán z důvodu ceny bez kompromisu ohledně výkonnosti a životnosti. Velikost kondenzátorů je volena se zřetelem na jmenovitý proud měniče. Jejich očekávaná životnost je vždy delší než 60 000 hodin. Kondenzátorová baterie se vždy umísťuje v horní polovině kostky v robustním rámu, který umožňuje snadnou manipulaci a zajišťuje mechanickou ochranu baterie. Chladič velmi výkonného typu má relativně velkou tlakovou ztrátu. Proto je nutné použít ventilátory s větším výstupním tlakem. Daný typ ventilátoru pracuje na napětí 230 V AC, 50/60 Hz s hlukovou úrovní nepřesahující 72 dB. Ventilátor obsahuje ložiska s prodlouženou životností a je včetně teplotního spínače bezúdržbový. Střídačová část je standardně třífázová (B6CI) a využívá poslední technologii IGBT SPT. Technologii SPT (Soft Punch Through) je možné efektivně použít v relativně širokém rozsahu frekvencí (až 20 kHz). Standardní střídač je optimalizován pro spínací frekvence 3 kHz a se započítáním ztrát vedením, spínáním a ventilátorů dosahuje účinnosti okolo 98 %.  Obr. 5. SEMIKUBE™1 Při použití běžných diodových, tyristorových modulů nebo modulů IGBT, kondenzátorů, chladičů, ventilátorů, stejnosměrných meziobvodů a proudových senzorů může Semikron zákazníkům nabídnout krátké dodací lhůty a snadnou údržbu s malým počtem náhradních dílů. Všechny části systému SEMIKUBE™, které byly navrženy v návaznosti na RoHS (Restriction of Hazardous Substances, omezení nebezpečných látek), splňují požadavky příslušných norem s ohledem na teplotu, vlhkost, elektromagnetickou kompatibilitu a bezpečnost. SEMIKUBE™ byl vyvinut pro středně velké zákazníky, pro které výhody připraveného, rozšiřitelného, plně testovaného a jasně definovaného výrobku jsou velmi zajímavé. V oblastech, jako jsou pohony motorů, měniče pro sluneční články, zdroje nepřerušitelného napájení a palivové články, poskytují tyto nové jednotky designérům možnost širokého výběru z velkého počtu připravených výkonových bloků pro průmyslové aplikace. Vzhledem k tomu, že jsou tyto bloky vyráběny ve velkém množství pro nejrůznější použití, jsou jejich ceny velmi konkurenční. Uživatel má výhodu jednotného rozhraní pro celý výkonový rozsah. Jediným rozdílem u různých výkonů je počet bloků. Vývojová centra společnosti Semikron International jsou v Austrálii, Brazílii, Francii, Indii, ve Slovinsku, v Jižní Africe, Velké Británii a v USA. Tato síť center vyvíjí, zdokonaluje a vyrábí výkonové sestavy podle přání zákazníků z nejrůznějších oborů. Další informace mohou zájemci získat na adrese: Semikron s. r. o. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||