Analiza stanów zwarciowych w półprzewodnikowych przyrządach mocy

W artykule podjęto zagadnienie optymalizacji doboru przyrządów półprzewodnikowych mocy (PPM) do warunków zwarciowych jakie występują w przekształtnikach wielkoprądowych. Problem zawiera się w tym, iż dane co do przeciążalności prądowej PPM deklarowane są dla standaryzowanych półsinusoidalnych impulsów prądowych o czasie trwania 10 lub 8,3 ms (50 Hz, 60 Hz) i danej stałej amplitudzie w czasie trwania całego cyklu przeciążeniowego. Natomiast w warunkach eksploatacyjnych amplituda i szerokość impulsów prądu przeciążeniowego w obwodzie z PPM zmieniają swe wartości w czasie trwania zwarcia. Omówiono wyniki badań mających na celu określenie mechanizmów uszkodzeń PPM ( przy różnych wartościach napięcia wstecznego i temperatury przyrządu) oraz wyniki obliczeń temperatur struktury występujących w tych warunkach. Zaprezentowano sposób doboru PPM dla warunków zwarciowych występujących w eksploatacji przekształtników dużej mocy oparty na obliczeniu temperatury struktury PPM. Jako kryterium oceny korelacji przeciążalności PPM przyjęto temperaturę struktury obliczoną dla granicznych prądów przeciążeniowych deklarowanych przez wytwórcę PPM.

---

The paper discusses the problem of optimum selection of power electronic devices (PED) for the short-circuit conditions which occur in high-current converters. The problem depends on the fact that data concerning current overload capacity of PEDs are being declared for standardized half-sinusoidal current pulses with duration times of 10 or 8,3 ms (50 Hz, 60 Hz) and with constant amplitudes during the whole overload cycle. However the amplitudes and pulse widths of the overload current in circuits with PEDs change their values during the duration time of a short-circuit. Investigation results are discussed intended to determine the mechanizm of damage of PEDs (at various values of inverse voltage and device temperature) as well as results of calculations of structure temperatures occuring in such conditions. A PED selection method for short-circuit conditions occuring in high-power converter operation is presented which is based on calculations of the PED structure temperature. Structure temperatures calculated for overload limit currents declared by PED manufactures are adopted as the criterion for evaluating the PED overload correlation.