автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Оперативный контроль качества силовых полупроводниковых приборов в выпрямительных агрегатах тяговых подстанций

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи УДК 621.331: 621.311

Ручкина Любовь Григорьевна

ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ В ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Специальность 05.22.09,- Электрификация железнодорожного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения.

Научные руководители:

- кандидат технических наук, доцент Шиловская Р.В.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Семенов V.U.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор, академик AT РФ и ЖКА РФ Котельников A.B.,

- кандидат технических наук, доцент Никитин Ю.М.

Ведущая организация - Служба электроснабжения Санкт-Петербургского метрополитена.

Защита состоится " 5 " декабря 1996 г. в ¿5 час. на заседании диссертационного совета К 114.09.02 при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения по адресу:г. Москва, 125808, ГСП-47, Часовая ул., 22/2, ауд. 33?.

Автореферат разослан "_5_" ноября igg6 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, в 2-х экз. просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В современных условиях эксплуатации на железнодорожном транспорте, метрополитенах, городском электротранспорте важное значение имеет направление исследований, связанное 1 с повышением эксплуатационной надежности выпрямительных агрегатов (ВА) тяговых подстанций. Одним из основных элементов ВА являются силовые полупроводниковые приборы (СШ) - силовые полупроводниковые диоды, которые, в основном, определяют такие характеристики ВА, как коэффициент полезного действия, габариты и надежность.

В настоящее время в ВА тяговых подстанций основную долю, до 80 %, составляют СПП штыревой конструкции типа ВЛ-200, которые были введены в эксплуатацию в 70-80-х годах.

Совершенствование силовой полупроводниковой техники привело к созданию СПП таблеточной конструкции 18-30 классов на токи до 2000 А. В связи с этим, на тяговых подстанциях железных дорог, метрополитенов, городского электротранспорта происходит замена ВА, оснащенных СПП штыревой конструкции типа ВЛ-200, на ВА, основой которых являются СПП таблеточной конструкции, в частности, типа В-800, Д143-800, Д253-1600.

В процессе эксплуатации СШ в ВА тяговых подстанций происходит ухудшение параметров СПП как вследствие скрытых дефектов производства, так и вследствие факторов эксплуатации. В основном, ВА тяговых подстанций эксплуатируются в циклическом режиме нагрузки, что приводит к характерным отказам СПП, связанным с разрушением контактных соединений их конструкции, вследствие которого температура полупроводнико-

вой структуры превышает установленное максимально допустимое значение. По згой причине возникает отказ СПП по блокирующей способности с последующим выходом из строя ВА.

Следовательно, для надежной эксплуатации в ВА тяговых подстанций железных дорог, метрополитенов, .городского электротранспорта СПП таблеточной и штыревой конструкции необходимо обеспечение контроля качества СПП в ВА в процессе эксплуатации на основе методов и устройств оперативного контроля качества СПП.

В данном направлении проводились работы во ВНМЖГе, ЛИ-ИЖТе, МИИТе, МЭИ, БЭИ им. В.И. Ленина и ряде других организаций. Так, в настоящее время разработаны и применяются в эксплуатации методы и устройства оперативного контроля теплового сопротивления только СПП штыревой конструкции (тип ВЛ-200). Указанные устройства, в связи с тем, что измеряют один из ряда параметров СПП - тепловое сопротивление, не дают информацию о качестве СПП в целом. Методы измерения теплового сопротивления СПП штыревой конструкции не могут быть распространены на СПП таблеточной конструкции в силу их конструктивных особенностей.

Задача выявления и замены потенциально-ненадежных СПП в процессе эксплуатации ВА тяговых подстанций может быть успешно решена только при условии разработки методов и, на их основе, устройств оперативного контроля таких параметров СПП, которые характеризуют качество СПП в целом, или, другими словами, являются интегральными, определяющими совокупность основных технических характеристик СПП. Решение этой задачи имеет важное значение, так как приведет к повышению

- а -

уровня эксплуатационной надежности ВА тяговых подстанций.

Результаты такого оперативного контроля качества СШ таблеточной и штыревой конструкции могут быть использованы в целях прогнозирования надежности СШ в процессе эксплуатации. Кроме того, для прогнозирования надежности СШ в ВА тяговых подстанций необходимо исследование взаимосвязи режимов эксплуатации ВА с интегральным показателем качества СПП и интенсивностью отказов СШ. Результаты таких исследований позволят определять регламент профилактического обслуживания ВА тяговых подстанции, своевременное проведение которого обеспечит минимальные затраты материальных и трудовых ресурсов на техническое обслуживание и ремонт ВА.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка метода и, на его основе, устройства оперативного контроля качества СЗШ таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю в ВА тяговых подстанций железных дорог, метрополитенов, городского электротранспорта, а также исследование взаимосвязи режимов эксплуатации ВА тяговых подстанций с показателями надежности' СИП.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Для разработки метода оперативного контроля качества СШ по интегральному показателю использовались методология контроля параметров СПП, а также основные положения теории погрешностей и методов измерений.

Бри проведении теоретических исследований по взаимосвязи режимов эксплуатации ВА с показателями надежности СШ применялись основные положения теории вероятностей и математической статистики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в том, что:

- исследованы методологические принципы построения устройства оперативного контроля качества СПП таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю - температуре полупроводниковой структуры;

- разработан метод оперативного контроля качества СПП таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю и проведен анализ погрешности метода;

- проведено исследование влияния температурного режима полупроводниковой структуры СПП таблеточной и штыревой коне-, трукции на интенсивность их отказов при различных режимах нагрузки ВА тяговых подстанций, на основании которого разработаны методологические положения по прогнозированию надежности СПП в ВА.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработано устройство оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю, обеспечивающее обнаружение в ВА тяговых подстанций потенциально-ненадежных СПП таблеточной и штыревой конструкции всей номенклатуры, используемой на железнодорожном транспорте, метрополитенах, городском электротранспорте. Разработана методика по прогнозированию надежности СПП в ВА тяговых подстанций на основе исследований по взаимосвязи режимов эксплуатации ВА с температурным режимом СПП и интенсивностью отказов СПП.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанное устройство оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю внедрено в Службе энергоснабжения Санкт-Петербургского метрополитена и на Предприятии "Энергохозяйства" Мосгортранса. Разра-

ботанные рекомендации по прогнозированию надежности СПП в ВА используются для определения периодичности профилактического обслуживания ВА, допустимых сроков службы СПП при условии сохранения установленного значения интенсивности их отказов (Л= 10 1/ч), а также выбора уровня отбраковки потенциально-ненадежных СПП в зависимости от коэффициентов загрузки ВА.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на секции "Технические средства электрификации железных дорог" "Недели науки - 93, посвященной 80-летаю присвоения МИИТу статуса института путей сообщения" (г. Москва, 1993 г.), на научно-техническом семинаре "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология)" Московского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова (г. Москва, 1992 г.), на научно-методической конференции "Современные научные аспекты функционирования транспортного комплекса и развития его кадрового потенциала" РГОТУШ (г. Москва, 1995 г.), на заседании кафедры "Энергоснабжение электрических железных дорог" РГОТУПСа.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований и материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня использованной литературы и приложений. Работа содержит 88 страниц машинописного текста, 32 иллюстрации, 4 таблицы, 86 библиографических наименований, приложения на 35 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована важность и актуальность темы диссертационной работы.

В первой главе рассмотрены особенности отказов СШ в ВА тяговых подстанций железных дорог, метрополитенов, городского электротранспорта, а также проведен анализ существующих методов оперативного контроля качества СШ в ВА в эксплуатационных условиях.

Циклический режим нагрузки ВА тяговых подстанций приводит к отказам СПП, связанным с ухудшением качества контактных соединений их конструкции. В частности, как известно, в СШ штыревой конструкции типа ВЛ-200 имеет место разрушение паяного контактного соединения между вольфрамовым термокомпенсатором и медным основанием корпуса. На основании проведенных нами исследований отказов СШ таблеточной конструкции, в частности, типа В-800, Д143-800, Д253-1600 установлено, что в СШ таблеточной конструкции имеет место постепенное окисление внутренних контактных поверхностей конструкции и ухудшение контактного соединения системы СПП-охладитель, обусловленное усталостными явлениями стальной траверсы, обеспечивающей заданное усилие сжатия указанной системы.

Параметрами, характеризующими ухудшение качества контактных соединений СПП таблеточной и штыревой конструкции, являются: тепловое сопротивление и импульсное прямое напряжение (). Следствием ухудшения данных параметров является превышение температуры полупроводниковой структуры (7^) СШ максимально допустимого значения, что приводит к

отказу СПП и последующему выходу из строя ВА.

Для обеспечения надежной эксплуатации СПП в ВА тяговых подстанций необходимо обнаружение потенциально-ненадежных СПП с целью их последующей замены.

В результате проведенного анализа методов оперативного контроля качества СПП в ВА установлено, что в настоящее время разработаны и применяются в эксплуатации методы и, на их основе, устройства оперативного контроля СПП штыревой конструкции (тип ВЛ-200). Параметр недостаточно информативен, а точность оперативного контроля неопределенна.

Рассмотренные методы оперативного контроля не могут быть распространены на СПП таблеточной конструкции в силу существенного отличия методологии определения Я* СПП таблеточной конструкции от СПП штыревой конструкции.

Поэтому в настоящее время методов оперативного контроля качества СПП таблеточной конструкции в ВА тяговых подстанций не существует.

Результаты оперативного контроля параметра были использованы для прогнозирования надежности СПП типа ВЛ-200 в ВА тяговых подстанций. В связи с тем, что параметр не является достаточно информативным, степень достоверности полученных результатов невысока. ,

На основании проведенного анализа современного состояния устройств оперативного контроля качества СПП в ВА тяговых подстанций и методов прогнозирования надежности СПП в процессе эксплуатации сформулирована постановка задачи исследования, которая включает следующе основные положения: - проведение анализа точности оперативного контроля СПП

штыревой конструкции (тип ВЛ-200) по параметру

- разработку метода оперативного контроля качества СПП таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю в ВА тяговых подстанций;

- разработку устройства оперативного контроля качества СЩ таблеточной и штыревой конструкции на основе метода оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю;

- исследование влияния режимов эксплуатации ВА тяговых подстанций на интенсивность отказов СПП с целью прогнозирования надежности СПП в ВА.

Во второй главе проведены теоретические исследования, связанные с разработкой метода оперативного контроля качества СПП таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю.

Выполнен анализ и расчет погрешности метода оперативного контроля теплового сопротивления СПП типа БЛ-200 на примере существующего устройства. Точность измерения Я-ь проанализирована на основе оценки среднеквадратичной погрешности косвенного измерения

В связи с тем, что измерение производится в нестационарных тепловых режимах, которые описываются экспоненциальными законами, процессы нагрева и остывания СПП были рассмотрены с использованием приведенных тепловых параметров: и Т^^ .соответственно приведенных значений теплового сопротивления и тепловой постоянной времени I-го элемента конструкции СПП, значения которых были полусны на основании метода разложения переходных тепловых характеристик СПП.

Как показали результаты проведенного анализа точности

контроля Rt , возникающая погрешность составляет не менее 60 для величин Rt, равных 0,08 - 0,5 "С/Вт. Следовательно, рассмотренное устройство может применяться только для сравнительных оценок СПП типа ВЛ-200 по величине Rt в условиях их эксплуатации в ВА тяговых подстанций.

Поэтому для оперативного контроля качества СПП как штыревой, так и таблеточной конструкции необходим метод оперативного контроля по интегральному показателю, характеризующему тепловые и электрические параметры СПП.

Анализ совокупности параметров СПП показал, что параметр - температура полупроводниковой структуры (7р является наиболее информативным параметром-критерием качества СПП в режимах их эксплуатации в ВА тяговых подстанций, так как данный параметр определяет предельную нагрузочную способность СПП и зависит от качества полупроводниковой структуры СПП, качества внутренних контактных соединений конструкции и применяемых средств охлаждения. Кроме того, параметр Tj. связан с показателями надежности СПП. Следовательно, параметр является интегральным показателем качества СПП.

Наиболее близким по информативности к параметру Tj. является параметр - максимально допустимый ток (XF) СПП. С точки зрения оценки качества СПП параметры Хр и эквивалентны, так как значение предельного тока устанавливается при максимально допустимой температуре полупроводниковой структуры. Практическая реализация измерения параметра T¿ проще по сравнению с измерением параметра Xf , поэтому измерение параметра Tj положено в основу метода оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю.

Установим взаимосвязь величин ГР и Т^. Определение величины = Ту 70, где Т0 - температура окружающей среды) производится согласно известного выражения:

где 1Г0- пороговое напряжение,

Иф- коэффициент формы,

- динамическое сопротивление,

И±с= + й0 (где тепловое сопротивление СПП, й0 -тепловое сопротивление охладителя).

Введем обозначения:

V - •

ТТ0 ' Л = Й*с^о

Тогда выражение представим в виде:

Я(ГР+<ГГ/)

Если известно значение температуры лТд, соответствующее току Хр^ , то это позволяет исключить любой из параметров, _/3 или / . Исключаем р .

После несложных преобразований, принимая ¿"=0, получено выражение:

д т .

-¿р

Считая величину д 7^. равной максимально допустимой, а максимально допустимым током, получено выражение: т соаб -Ь

Данное выражение является основой метода оперативного контроля качества СПП таблеточной и штыревой конструкции по

интегральному показателю.

Для СПП типа ВЛ-200, В-800, Д143-800, Д253-1600, которые эксплуатируются в ВА тяговых подстанций, построены зависимости / (1р) для рассматриваемых типов СПП при заданной температуре корпуса СПП и при заданных условиях охлаждения.

Проведен анализ и расчет погрешности разработанного метода оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю. Установлено, что максимальная относительная погрешность метода не превышает 7 X.

Третья глава посвящена разработке устройства оперативного контроля качества СПП таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю.

С этой целью разработаны основные .методологические принципы построения устройства:

- выбран термочувствительный параметр (ТЧП) - прямое падение напряжения на начальном участке вольт-амперной характеристики (ВАХ), который характеризуется стабильностью и линейной зависимостью от температуры, минимальным разбросом по чувствительности к температуре для СПП одного типа, и минимальной погрешностью его измерения. Установлены значения температурного коэффициента (К ) ТЧП, для СПП типа Д143-800, В-800, Д253-1600 и ВЛ-200 значение К составляет соответственно 2,5; 2,5; 2,8 и 2,2 мВ/°С, и имеет максимальный разброс в типе + 5 %;

- выбран минимальный интервал времени измерения СПП, обеспечивающий оперативность контроля, который состазляет для СПП типа Д143-800, В-800, Д253-1600 и- ВЛ-200 соответс-

твенно 3; 3,5; 2 и 7 с. Данный интервал времени определен на основании метода электротепловой аналогии и экспериментально полученных переходных тепловых характеристик (ЛШ - зависимостей переходного теплового сопротивления в функции времени Чъ= £ (Ь) для различных условий охлаждения.

Разработана принципиальная электрическая схема устройства оперативного контроля качества СПП (ПЭДСПП-1), которая состоит из различных функциональных блоков, обеспечивающих простоту и удобство работы с устройством, оперативную проверку его работоспособности перед началом работы, цифровую индикацию результатов измерения, минимальные массогабаритные показатели устройства.

Последовательность работы схемы сводится к следующему. С помощью блока питания измерительного (ВПИ) через испытуемый СПП (ИД) пропускается постоянный измерительный ток. Падение напряжения на ИД поступает в блок защиты (БЗ), который пропускает сигнал с ИД в блок коммутатора (БК) только при условии правильного подключения ИД к устройству оперативного контроля. Блоком вычитателя (БВ) производится запоминание падения напряжения на ИД от измерительного тока. Затем с помощью блока силового (ВС) через ИД пропускается силовой ток полусинусоидальной формы заданной величины в течение времени, определяемого блоком режима работы (БР). БК выделяется падение напряжения на ИД от измерительного тока, которое является термочувствительным параметром, и поступает в БВ, где производится сравнение двух значений падения напряжения от измерительного тока, первое из которых равно падению напряжения на ИД при отсутствии силового тока, второе - после

прохождения через ИД силового тока. Разница указанных напряжений от БВ поступает в блок усилителя (БУ). где усиливается, а затем запоминается блоком амплитудного детектора (БАД). С БАД разница напряжений, пропорциональная температуре полупроводниковой структуры ИД, поступает в блок аналого-цифрового преобразователя (БАЦП), где преобразуется из аналоговой формы в цифровую и поступает в блок регистрации измерений (БРИ), результат измерения выдается БРИ в цифровом виде. БР осуществляется управление устройством и выбор его режима работы в зависимости от типа ИД: ВЛ-200, В-800, Д143-800 и Д253-1600. С помощью блока имитатора (БИН) осуществляется проверка измерительного тракта устройства.

Определены основные технические характеристики устройства оперативного контроля качествт СПП:

- напряжение питающей сети - 220 В ± 10 % при частоте 50 + 5 Гц;

- диапазон измеряемой температуры полупроводниковой структуры СПП составляет от 50 до 300 °С;

- время одного измерения не более 7 с;

- мощность, потребляемая из сети в течение процесса измерения не более 500 Вт;

- погрешность измерения не более 10 X;

- массогабаритные показатели: масса устройства не более 15 кг, габариты устройства 400x300x130 мм.

Устройство прошло апробацию в условиях эксплуатации ВА на тяговых подстанциях метрополитена и городского электротранспорта. Результаты испытаний показали, что устройство в полном объеме соответствует его техническим характеристикам.

В четвертой главе проведены теоретические исследования влияния режимов, эксплуатации ВА тяговых подстанций на интенсивность отказов. СПП.

Для определения температурного режима СПП разработан вероятностно-статистический метод, на основании которого температура полупроводниковой структуры СПП представлена как случайная величина являющаяся композицией двух независимых случайных величин: мощности потерь Р* и теплового сопротивления /?

Статистическое распределение случайной величины Т^* определяется следующими характеристиками: математическим ожиданием М (Тр, дисперсией третьим и четвертым ^¡/Щ) центральными моментами. Для нахождения характеристик функции распределения Тр использован дельта-метод, основанный на разложении исследуемой функции в многомерный ряд Тейлора относительно точки, в которой случайный параметр каждой компоненты функции принимает свое среднее значение.

Получены аналитические выражения статистических характеристик распределения величины и определена функция плотности распределения температуры полупроводниковой структуры СПП.

На основании вероятностно-статистического метода проведены исследования температурного режима СПП типа ВЛ-200 в ВА типа ВАКЛЕ-2000-600Н для трех сроков эксплуатации СПП: ввод в эксплуатацию, пять и двенадцать лет. Найдены функции плотности распределения температуры полупроводниковой структуры СПП для данных сроков эксплуатации, на основании которых определена функция распределения параметрических отказов СПП

X-I (Т ) (где л - интенсивность отказов, t - срок эксплуатации СПП), которая может быть представлена в виде суммы двух распределений: экспоненциального с постоянной интенсивностью отказов Л о и распределения Релея, являющегося частным случаем распределения Вейбулла, с интенсивностью отказов э

(-¡у^Г). Причем значение Л0 определяется, в основном, величиной среднеэксплуатационной температуры полупроводниковой

_ й

структуры СПП, а соотношение (g^T) обусловлено характером

изменения температуры полупроводниковой структуры в циклическом режиме нагрузки ВА.

Проведено исследование температурного режима СПП, в частности, типа BJP200, В-800, Д143-800 и Д253-1600, эксплуатируемых в ВА тяговых подстанций городского электротранспорта, установлена взаимосвязь температурного режима СПП с интенсивностью отказов и режимом нагрузки ВА.

Гарантийный срок службы СПП составляет 12 лет, что соответствует значению Л , равному 10 1/ч при определенных условиях эксплуатации. Как показали результаты исследования, для обеспечения заданного уровня интенсивности отказов СПП в течение всего срока службы, значения эксплуатационной температуры полупроводниковой структуры для СПП типа ВЛ-200, В-800, Д143-800 и Д253-1600 не должны превышать соответственно 100, 100, 135 и 150 "С.

В соответствии с проведенным расчетом температурного режима СПП в ВА тяговых подстанций установлены значения температуры полупроводниковой структуры СПП - уровни отбраковки потенциально-ненадежных СПП, контролируемых устройством ПЭДСШЫ, для различных коэффициентов загрузки ВА при уело-

вии обеспечения заданного уровня надежности ВА в течение гарантированного срока службы. Определена периодичность профилактического обслуживания рассматриваемых типов СПП в ВА тяговых подстанций городского электротранспорта на основании проведенных. экспериментальных исследований, показывающих, что среднее значение скорости изменения температуры полупроводниковой структуры СПП, обусловленное деградацией параметров, составляет 1,5-2 °С/год. Поэтому профилактическое обслуживание СПП в ВА должно проводиться не реже одного раза в три года.

Разработанная методика по прогнозированию надежности СПП в ВА используется на тяговых подстанциях Предприятия "Энергохозяйства" Мосгортранса.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании анализа совокупности параметров силовых полупроводниковых приборов (СПП) установлено, что наиболее информативным параметром-критерием качества СПП таблеточной и штыревой конструкции является параметр - температура полупроводниковой структуры. Дачный параметр является интегральным показателем качества СПП, так как характеризуется его электрическими и тепловыми свойствами.

2. На основании теоретических исследований взаимосвязи основных параметров СПП: предельно допустимого тока нагрузки, теплового сопротивления, импульсного прямого напряжения, обратного тока при заданном значении обратного напряжения -

с параметром: температура полупроводниковой структуры, получено соотношение: температура полупроводниковой структуры' находится в обратной взаимосвязи со средним прямым током СШ через постоянный коэффициент, равный произведению предельно-допустимых значений тока и температуры полупроводниковой структуры, который имеет определенное' значение для каждого типа СШ. Данное выражение является основой метода оперативного контроля качества СПП таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю.

Установлено, что погрешность метода оперативного контроля качества СШ не превышает 7 X.

3. Определены основные методологические принципы реализации метода оперативного контроля качества СШ по интегральному показателю, в частности, для СШ типа ВЛ-200, В-800, Д143-800 и Д253-1600.

Установлено, что термочувствительный параметр, который используется для измерения температуры полупроводниковой структуры СШ, - прямое падение напряжения на начальном участке вольт-амперной характеристики (ВАХ) при измерительном токе, равном 100 мА, характеризуется стабильностью, линейной зависимостью от температуры и минимальным разбросом по чувствительности к температуре для СШ одного типа, который составляет ± 5 %.

Получены значения величины температурного коэффициента напряжения для СШ, в частности, типа ВЛ-200, В-800, Д143-800 и Д253-1600, которые составляют соответственно 2,2; 2,5; 2,5 и 2,8 мВ/°С.

Установлен минимальный интервал времени измерения одно-

го СПП, определяющий рабочий цикл устройства, который составляет для СПП типа ВЛ-200, В-800, Д143-800 и Д253-1600 соответственно 7; 3,5; 3 И 2 с.

3. На основе метода оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю разработано устройство оперативного контроля качества СПП указанных типов, эксплуатируемых в ВА тяговых подстанций железных дорог, метрополитенов и городского электротранспорта.

Устройство обеспечивает отбраковку потенциально-ненадежных СПП таблеточной и штыревой конструкции в ВА. Погрешность измерения составляет не более 10 X. Оперативность контроля составляет не менее 100 СПП/ч. Массогабаритные показатели устройства: масса не более 15 кг, габариты -400x300x130 мм.

4. Устройство оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю внедрено в Службе энергоснабжения Санкт-Петербургского метрополитена и на Предприятии Энергохозяйства Мосгортранса, что обеспечило безотказную эксплуатацию ВА и продление их сроков службы.

5. Разработан вероятностно-статистический метод определения температурного режима СПП, на основании которого получены функции плотности распределения температуры полупроводниковой структуры СПП типа ВЛ-200 в ВА типа ВАКЛЕ-2000-600Н, эксплатируемых на тяговых подстанциях городского электротранспорта (ГЭТ), и определена функция распределения параметрических отказов Л СПП данного типа в ВА, которая может быть представлена в виде суммы двух распределений: экспоненциального с постоянной интенсивностью отказов Я. 0 ,

определяемой, в основном, среднезксплуатационкой температурой полупроводниковой структуры СПП, и распределения Релея с

о

интенсивностью отказов (-^¿Т), определяемой характером изменения температуры полупроводниковой структуры СПП.

6. Установлена зависимость температурного режима СПП, в частности, типа ВЛ-200, В-800, Д143-800 и Д253-1600, эксплуатируемых в ВА тяговых подстанций ГЭТ, с интенсивностью отказов Л СПП и режимом нагрузки ВА.

Определено, что для обеспечения заданного уровня надежности СПП в ВА, характеризуемого А= 10 S 1/ч, в течение гарантированного срока службы, значение эксплуатационной температуры полупроводниковой структуры СПП не должно превышать 100 С для СПП типа ВЛ-200, 100 и 135 °С соответственно для СПП типа В-800 и Д143-800, и 150 °С для СПП типа Д253-1600.

7. Установлены значения температуры полупроводниковой структуры СПП - уровни отбраковки потенциально-ненадежных СПП указанных типов, контролируемых устройством оперативного контроля качества СПП, для различных коэффициентов загрузки ВА тяговых подстанций ГЭТ при условии обеспечения заданного уровня надежности ВА в течение гарантированного срока службы СПП.

8. Определена периодичность профилактического обслуживания СПП указанных типов в ВА тяговых подстанций ГЭТ в течение гарантированного срока службы, которая должна обеспечиваться не реже одного раза в три года.

9. Методологические положения по определению взаимосвязи температурных режимов СПП, в частности, типа ВЛ-200,

В-800, Д143-800 и Д253-1600, в ВА тяговых подстанций ГЭТ с интенсивностью их отказов могут быть распространены также на СИЛ, эксплуатируемые в ВА тяговых подстанций железных дорог и метрополитенов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ручкина Л.Г. Алгоритм обеспечения качества силовых полупроводниковых приборов в выпрямительных агрегатах подстанций метрополитена // Алгоритмы и программы. Всес. заочн. ин-т инж. ж.-д. трансп. 1991. N 18. С. 79-82. Деп. в ВИНИТИ 6.06.91. N 2401-В91.

2. Семенов Г.М., Кавазашвили Ф.Д., Ручкина Л.Г. Повышение эксплуатационной надежности силовых полупроводниковых приборов в преобразовательных агрегатах электротранспорта // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология) : Материалы докладов науч.-техн. семинара. М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова. 1993. С. 150-155.

3. Семенов Г.М., Кавазашвили Ф.Д., Ручкина Л.Г. Особенности отказов силовых полупроводниковых приборов в преобразователях энергоснабжения метрополитена //Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология) : Материалы докладов науч.-техн. семинара. М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова. 1993. С. 147-149.

4. Семенов Г.М., Хазен М.М., Ручкина Л.Г. Контроль качества охладителей СПП на базе вакуумированных тепловых труб // Электротехника. 1991. N 5. С. 9-11.

5. Семенов Г.М., Ручкина Л.Г. Критерии отбраковки по-

тенциально-ненадежных силовых полупроводниковых приборов в выпрямительных агрегатах подстанций электротранспорта // Математические методы и задачи функционирования систем железнодорожного транспорта: Межвуз. сб. науч. тр./ РГОТУПС.-М., 1995. - С. 12-15.

6. Семенов Г.М., Ручкина Л.Г. Оперативный контроль качества силовых полупроводниковых диодов в выпрямительных агрегатах подстанций // Современные научные аспекты функционирования транспортного комплекса и развитие его кадрового потенциала: Тез. докл. межвузовской научно-методической конференции - М. , РГОТУПС, 1995. - С. 48.

ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ В ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

05.22.09 - Электрификация железнодорожного транспорта

Подписано к печати 10.10.96 г. Формат бумаги 60x90 1/16 Объем 1,25 п.л.

Заказ 662 Тираж 100 экз.

Типография РГОТУПС. Часовая ул., 22/2

РУЧКИНА Любовь Григорьевна