Analiza stanów zwarciowych w przekształtnikach dużej mocy

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.

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.