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.
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.
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
