5.2. Вероятность отказа силовых полупроводниковых приборов

Полупроводниковые приборы выходят из строя, как правило, случайно. Для диодов и тиристоров при соблюдении номинальных условий можно считать, что вероятность отказа имеет порядок _ном=10^–7 час^–1. Для учета некоторых важнейших факторов можно написать:

=_ном₁₂₃, (5.1)

где _ном – вероятность отказа при номинальной температуре и номинальном режиме работы;

_1,2,3 – поправочные коэффициенты при эксплуатации в условиях, отличных от номинальных.

Коэффициент ₁ учитывает, что вероятность отказа с ростом температуры _j запирающего слоя прибора возрастает примерно по экспоненциальному закону, то есть по закону Аррениуса:

₁=ехр{-В[(1/_j)-(1-1/_jном)]}, (5.2)

где В-постоянная величина; _jном – номинальная температура р-n перехода.

Коэффициенты ₂ и ₃ учитывают вид и режим работы: ₂=13 для схем с сетевой или, соответственно, принудительной коммутацией; ₃=110 для режима при постоянной нагрузке или, соответственно, при резко переменной нагрузке, например, для преобразователей на электрофицированном транспорте.

Измерение вероятности отказов при номинальных условиях требует даже при большом числе испытуемых образцов очень много времени. Поэтому вероятность отказов измеряется изготовителем приборов при повышенной температуре, а затем экстраполируется для номинальной температуры. Результаты уточняются с учетом отзывов потребителей, эксплуатирующих устройства, в которых используются эти элементы.

Очевидно, что даже небольшое снижение нагрузки полупроводниковых приборов (например, нагрузка током, равным 80 % номинального) существенно повышает их надежность.

5.3. Надежность функционирования силовой части преобразователей

Выход из строя вентиля или другие повреждения аналогичного типа и интенсивности U и I могут по-разному влиять на функционирование силовой части преобразователя.

Пробой вентиля в выпрямителях (потеря вентильной прочности) приводит к возникновению внутреннего короткого замыкания.

Рис.5.1. Внутреннее короткое замыкание за счёт пробоя вентильного плеча (i_k = i_k1) и короткого замыкания в цепи постоянного тока как пример внешнего короткого замыкания (i_k = i_k1+ i_k2) в простой трёхфазной мостовой схеме

При пробое изоляции в цепи потребителя или при металлическом коротком замыкании на выходных зажимах преобразователя возникает внешнее короткое замыкание, то есть короткое замыкание в цепи постоянного тока. Этот вид короткого замыкания наиболее тяжелый для преобразователя.

i_k= i_к1+i_к2.

Следует учитывать, что ударный ток, возникающий в силовой части преобразователя, может вызывать сбои и повреждения в устройствах информационной электроники.

Потеря управляемости вентилем.

а) если в выпрямителе или регуляторе переменного напряжения откажет система управления и тиристоры будут включаться при отсутствии задержки управляющих импульсов, то при питании якоря неподвижного двигателя или еще холодной лампы накаливания могут возникать сверхтоки;

б) для инвертора, ведомого сетью, может произойти серьезная авария из-за возникновения опрокидывания инвертора. Причиной аварии может служить:

• даже небольшое снижение амплитуды переменного напряжения приемной сети;

• изменение углов управления вентилей из-за нечеткой работы фазосдвигающего устройства системы управления;

• появление ошибочного импульса управления из системы управления;

• существенное снижение напряжения переключения одного из тиристоров.

Примечание: выпрямитель и регулятор переменного напряжения реагирует на эти отклонения от нормального режима слабо. Относительно защищенными от серьезных повреждений следует считать автономные инверторы тока, так как имеющийся в их составе сглаживающий реактор cнижает скорость нарастания аварийного тока. Аналогично влияет последовательный реактор в силовой цепи регулятора постоянного напряжения.