Россия: Завод «Электровыпрямитель» (входит в периметр ГК «Ключевые системы и компоненты», ГК КСК) в Саранске сегодня уделяет особое внимание постановке на производство новых изделий — IGBT-модулей и широкоформатных охладителей. Многокристальные модули на основе чипов IGBT и быстровосстанавливающихся диодов (FRD) являются одной из самых востребованных групп компонентов для силовой электроники с высоким уровнем функциональной интеграции.
Санкционный рост
Более года российские производители электроники работают в ситуации, когда, с одной стороны, многократно вырос спрос на их продукцию, а с другой — санкции перекрыли каналы международной кооперации и поставок. В этих условиях необходимо развивать собственную компонентную базу, краеугольным камнем которой является полупроводниковый прибор.
Россия остается в числе 15 стран мира, которые обладают собственным полупроводниковым производством и инженерной школой в этой области. Для отечественных компаний есть достаточно большая ниша и на отечественном, и на мировом рынках. Это, в первую очередь, силовая и СВЧ-электроника, которая применяется там, где на первом месте стоит надежность.
Команда саранского завода ведет разработку и освоение сборочного производства мощных IGBT-модулей с 1998 года. На данный момент в линейке разработанной продукции порядка 400 наименований IGBT и FRD-модулей, которые выпускаются в 14 унифицированных конструктивных исполнениях на токи до 4800 А и напряжение до 6500 В на основе коммерчески доступных чипов.
Основная часть освоенной номенклатуры по конструкции корпуса и схемным решениям идентична зарубежным аналогам, доминировавшим на рынке России до весны 2022 года. После введения санкционных ограничений потребность отечественного рынка преобразовательной техники в IGBT-модулях резко возросла и их выпуск в «Электровыпрямителе» по итогам 2022 года увеличился в 2,5 раза по сравнению с 2021-м. Достигнуть этих показателей удалось в том числе за счет имеющихся запасов чипов IGBT и FRD.
На перспективу
Первой ласточкой на пути к технологическому суверенитету стала поставка модулей М2ТКИ1200–17КТ для контейнеров тягового инвертора КТИ3/КТИ4. Они освоены в ГК КСК для комплектации вагонов метро производства «Метровагонмаша» (входит в «Трансмашхолдинг»). Данный тип модуля прошел успешные испытания на стендах в «ТМХ Инжиниринг», и сейчас комплект модулей проходит опытную эксплуатацию в составе контейнеров тягового инвертора на московском метрополитене.
Модуль М2ТКИ‑1200–17КТ для контейнеров тягового инвертора КТИ‑3/КТИ-4. Источник: ГК КСК
Денис Пышков, инженер-конструктор «Электровыпрямитель»:
— Проблемы, возникшие у многих российских предприятий полтора года назад, стали для наших разработчиков хорошим катализатором поиска новых конструкторско-технологических решений по замене импортных комплектующих. Часть этих вопросов мы уже решили. Результатом стала новая серия IGBT-модулей на напряжение до 1700 В. Один из представителей этой серии — модуль М2ТКИ‑1200–17СТ, который применяется в тяговом приводе вагонов метро в качестве альтернативы модулю М2ТКИ‑1200–17КТ. Документация уже разработана, готовится производство опытной партии модулей для стендовых испытаний в составе преобразователя, а также опытной эксплуатации непосредственно в метрополитене.
Михаил Тогаев, заведующий лабораторией «Электровыпрямитель»:
— Испытания полупроводниковой продукции — процесс всегда творческий, несмотря на наличие регламентирующих документов. При конструкторских испытаниях и исследованиях регулярно возникают нестандартные ситуации, требующие принятия таких же нестандартных решений. Кроме испытаний собственных IGBT-модулей, мы накопили богатый опыт исследований импортных аналогов, который позволяет нам не просто производить качественную продукцию, но и предоставлять потребителям полноценную техническую информацию и техническую поддержку для надежной эксплуатации наших IGBT-модулей, в конечном оборудовании.
В планах «Электровыпрямителя» — работы по освоению серии IGBT‑модулей напряжением 3300 В, необходимых для комплектации:
-
- тягового преобразователя ТПЛ‑2–1100–1AC с преобразователем собственных нужд (ПСН) для установки на магистральный грузовой электровоз переменного тока 2ЭС5С и 3ЭС5С,
- тягового преобразователя ТПЛ‑3–1100–1АС с ПСН для магистрального грузового электровоза переменного тока 2ЭС9,
- силового электрооборудования КСЭ‑3600 для генератора ГТСН‑3150, предназначенного для питания тяговых двигателей и энергообеспечения всех систем магистрального грузового газотепловоза 3ТЭ30Г,
- перспективных тяговых преобразователей и ПСН для новой унифицированной платформы моторвагонного подвижного состава и двухсистемного электровоза ЭП40.
Температурный аспект
Эффективные системы охлаждения — неотъемлемая часть любой силовой полупроводниковой электроники. Для отвода тепла, выделяемого силовыми полупроводниковыми приборами и модулями, применяются охладители воздушной и водяной систем охлаждения.
Специалисты «Электровыпрямителя» освоили серийное производство широкой номенклатуры воздушных и жидкостных охладителей, предназначенных для охлаждения единичных приборов таблеточной или штыревой конструкций. Для создания мощных преобразователей требуются более эффективные охлаждающие системы нового поколения с большой площадью теплоотдачи для единичного и группового размещения приборов или модулей в силовых схемах. По мере увеличения коммутируемой мощности преобразователей электроэнергии увеличиваются и требования к габаритным размерам охладителей.
Широкоформатный воздушный профиля О57. Источник: ГК КСК
Проведенный ГК КСК анализ рынка показывает, что для современных преобразователей различных областей применения требуются широкоформатные воздушные охладители, изготовленные по индивидуальным требованиям потребителей. Диапазон габаритных размеров широкоформатных охладителей широк и находится в пределах от 125 до 1000 мм в ширину и от 125 мм до 1500 мм в длину.
Одним из примеров является охладитель профиля О57, являющийся основой для комплекта системы охлаждения 7650.40.03015–01, который предназначен для тяговых преобразователей вагонов метро. На одном охладителе размещаются 16 IGBT-модулей типоразмера 130х140 мм (М2ТКИ‑1200–17КТ, М2ТКИ‑1200–17СТ). Макеты этих охлаждающих систем, изготовленные в «Электровыпрямителе», уже готовы к проведению испытаний в составе преобразователей.
Материал подготовлен на основе статьи «Обретая независимость», опубликованной в журнале «Ключевой компонент», № 4 (13) 2023
