Контрактная разработка устройств силовой электроники: один из путей генерирования новых мыслях

Контрактная разработка устройств силовой электроники: один из путей генерирования новых мыслях Владимир Ланцов Cаркис Эраносян

Коротко изложены главные представления о контрактных разработках (проектирование на заказ) устройств силовой электроники, в том числе и источников электропитания. Приводятся определенные примеры разработки уникальных и особо сложных силовых устройств. На их базе изготовлена попытка сконструировать условия удачного проведения важных контрактных разработок в силовой электронике. Показано, что контрактные разработки нередко приводят к возникновению новых направлений и мыслях в силовой преобразовательной технике.

Под заказной (контрактной) электроникой понимается широкий диапазон электрических изделий, начиная от заказных кристаллов, микросхем и кончая электрическими системами большой трудности либо мощности. Для современного осознания проблематики заказных силовых устройств за ранее дадим короткую ретроспективную информацию о Всероссийской конференции «Разработка электроники на заказ», проводившейся 3 ноября 2005 года в Санкт-Петербурге. Устроители конференции –— издательский дом (ИД) «Электроника» вместе с ведущими русскими дистрибьюторами электрических компонент («ЭЛТЕХ», «ПетроИнТрейд», « КОМПЭЛ») и рядом ведущих компаний по разработке российскей электроники. Одному из создателей довелось быть участником этой конференции. Конференция такового масштаба проводилась в Санкт-Петербурге поэтому, что центр разработки электроники, по воззрению И. А. Покровского, директора ИД «Электроника», в дальнейшем может быть переместится сюда. В Санкт-Петербурге сосредоточен мощнейший научно-технический потенциал, более доступная рабочая сила (в Москве заработная плата на 30–50% выше). При всем этом нужно учесть, что имеется реальное дополнение как кадровых, так и других ресурсов всего Северо-Запада, также образование свободной экономической зоны и положение «окна» в Европу. Другие центры развития электроники — это Москва, Екатеринбург и Новосибирск [1].

Актуальность этой трудности, также определенный застой при решении задач в части контрактных разработок побудили создателей возвратиться к этой теме и проанализировать принципиальные трудности сотворения многообещающих устройств силовой электроники.

Целью конференции было посодействовать русским компаниям в решении последующих задач: а) разработка уникальной продукции; б) внедрение новых технологий; в) сокращение выпуска новых, но недостаточно многообещающих товаров на рынок; г) действенное внедрение умственного потенциала.

Результаты Всероссийской конференции

В докладах, сообщениях и выступлениях были применены как российские информационные материалы, так и забугорные. А именно, было обозначено на восстановление мирового рынка электроники после краха 2000–2001 годов. Отмечено отсутствие главного локомотива развития рынка (“killer application”), каким были в свое время аудио- и видеотехника, TV, компы, средства мобильной связи. Стратегия рынка в период восстановления: рост через исследование и овладение «прорывной» информацией, слияние и поглощение, ускорение реагирования на требования клиентов и понижение себестоимости продукции. Тенденции в 2001–2005 годах: повышение расходов на разработки на 15–20% (до 15% от объема продаж); сокращение сроков разработки новейшей продукции на 15–20%.

Животрепещущие трудности забугорных компаний: около 55% разработок не осуществляются в планируемые сроки; около 45% разработок не укладываются в планируемый бюджет. Не считая того, не доходят до производства практически 40% разработок. Главная функция для преодоления этих недочетов — лучший менеджмент и наращивание умственного потенциала. При всем этом наблюдается феноминальный вывод: повышение числа разработок ведет к уменьшению расходов на разработки. Новое состоит в том, что фавориты разработки — инноваторские центры (дизайн-центры) — сейчас ценятся больше, чем лидеры-производители (контрактные производства). Дизайн-центры (не путать с центрами по художественному проектированию) начинают удачно соперничать с контрактными производителями (рост первых — до 30–40% в год). Контрактные производители печатных плат (ПП) из-за низкой прибыльности этого бизнеса заводят собственные дизайн-центры не только лишь по разводке ПП, да и по разработке полной документации на их, также перебегают к разработке неких электрических устройств. А именно, можно указать на австрийскую компанию AT&S [2], являющуюся одним из фаворитов евро рынка и одним из огромнейших в мире производителей ПП. Посреди российских компаний известны последующие контрактные производители электроники: «Микролит» (Зеленоград), «Фаствел» (Москва), «Эрикон» (Санкт-Петербург), «Элор» (Санкт-Петербург), «ЭЛС» (Тула) и др.

Посреди тенденций выделяется оптимизация соотношения «своя разработка — разработка на заказ» (разработка «на стороне»). Прогноз — повышение толики контрактных разработок. В обзоре ситуации на русском рынке контрактной электроники отмечено, что правительство, сначала Министерство обороны, не удовлетворено имеющимся положением дел на рынке заказной электроники.

Рынок контрактных производств развивается бурно — более 100% в год, начиная с 2004 года. Был провозглашен тезис: «Ставка на контрактную разработку — судьба Рф!» Это связано как с исторической нацеленностью научно-технических работников (НТР) на разработку, так и со сложившейся еще в СССР практикой управления проектами. Высказанный тезис коррелируется с другим девизом президента Рф В. В. Путина — «Россия должна быть государством больших технологий!»

Естественно, все это нуждается в переосмыслении и внедрении новых технологий управления. В текущее время потенциал русского рынка электроники характеризуется последующими показателями: общий объем продаж около миллиардов, из которых потенциал разработки — около 15%, при этом ≈20% из их приходится на электрические составляющие. Развитие рынка услуг, сначала, — это разработка электроники на заказ.

Даже забугорные компании (Analog Devices, к примеру) волнуются, что меньше становится знающих и опытнейших профессионалов, которые сумеют работать с новыми поколениями аналоговых микросхем высочайшей степени интеграции. Приблизительно такое же положение обстоит с разработкой более многообещающих, в особенности массивных, источников вторичного питания (ИВЭ). Условия появления заказа на разработку определяются тем, что нет (либо не достаточно) собственных ресурсов либо нужно значительно ускорить процесс разработки. Типовой заказчик разработки – это торговец, изготовитель, не имеющий профильной команды разработчиков, компания с нехваткой собственных ресурсов для проектирования. Другими словами, это компания, работающая по «модульной» (другими словами подразумевающей синтез аппаратуры на базе функционально законченных устройств) стратегии разработок.

Вместе с разработкой подробных технических требований, очень необходимыми являются коммерческие требования: цена выполнения разработки, сроки и предсказуемая стоимость конечной продукции. Минимизация риска при заказе находится в зависимости от познания рынка и опыта команды заказчиков. Виды (особенности) проектов: фиксированная стоимость, фиксированное время либо комбинированный вариант.

На конференции подверглись рассмотрению главные принципы и особенности разработчика-соисполнителя, принципно знакомые нам по ЕСКД «Порядок проведения НИОКР», но с учетом особенностей работы компаний в критериях рыночной экономики (ПА «Контракт-Автоматика», Москва). НТЦ «МОДУЛЬ» (Москва) представил определенный пример разработки на заказ и следующего производства одной из систем на кристалле. Роль в международном разделении труда позволило этой фирме воплотить все более достойные внимания тенденции в сфере больших технологий. Использовались и разработки на заказ, переданные для выполнения забугорным компаниям: спецы из Великобритании по заказу «МОДУЛЯ» разработали скоростной (600 Мб/c) АЦП для системы на кристалле 1870ВМ3. Благодаря сотрудничеству с дизайн-центром компании Fujitsu, НТЦ «МОДУЛЬ» имеет доступ к полупроводниковым технологиям от 0,09 до 0,35 мкм. Роль в международном разделении труда в текущее время не имеет кандидатуры ни для индустриально продвинутых стран, ни для активно развивающихся государств с переходной экономикой — так именуемые БРИК (Бразилия, Наша родина, Индия, Китай).

Заметим, что контрактная разработка электроники в Рф вправду начинает развиваться. В журнальчике [3] открыт особый раздел «Контрактная разработка», в каком помещена реклама неких компаний, работающих в этой области. А именно, инноваторская компания Promwad [4] предлагает разработку:

  • электроники в аппаратуре встраиваемых систем;
  • программного обеспечения для встраиваемых систем;
  • дизайн корпуса и пользовательского интерфейса.

Тенденции развития контрактного производства (КП) электроники обозначены в статье [5]. Как видно из этой статьи, причина роста КП обоснована как склонностью евро рынка к уменьшению партий собираемых плат при повышении их трудности, так и понижением рентабельности их производства в Юго-Восточной Азии, когда идет речь о маленьких и средних партиях. Принципиальным аспектом «живучести» контрактной компании является выработка продукции на 1-го работника. В западных компаниях она составляет от 120 до 180 тыщ евро в год. Руководители КП в Рф стремятся к увеличению выработки на 1-го работающего, потому что сейчас этот объем в пару раз меньше среднеевропейского. Один из путей роста выработки — это достижение большего времени загрузки установленного дорогого оборудования и хорошей схемы размещения высокопроизводительных машин.

Стоит отметить, что КП в Рф в главном сосредоточено на производстве, монтаже и сборке печатных плат, также опытнейшем и серийном изготовлении моточных изделий. В связи с этим представляет энтузиазм анонс нового предприятия на рынке контрактной сборки [6]. Идет речь о ЗАО «Связь инжиниринг», которое приняло решение о строительстве нового производственного комплекса площадью в 27 000 м2. При всем этом, не считая известного диапазона услуг КП, эта компания предлагает услуги по выполнению разработок «с нуля» по ТЗ заказчика. По воззрению создателя статьи [6], отделы компании, которые занимаются разработкой электрических схем, «обладают потенциалом, позволяющим производить контрактную разработку электрических изделий хоть какой трудности по техническому заданию заказчика».

Анализируя изложенное, отметим, что в принципе все это — некое переосмысление узнаваемых со времен СССР фактов с попыткой выделить главные черты, полезные в новых рыночных критериях. Но так как это относится к дилеммам всей электроники, а примеры приводятся для интегральных микросхем, микропроцессорной техники и т. п., то представляет энтузиазм рассмотрение качеств этой трудности для силовых устройств в современных критериях. На наш взор, для наилучшего осознания всего комплекса заморочек целенаправлено разглядеть на определенных примерах практику проведения заказных разработок, которые имели место в прежние времена в Русском Союзе.

Малость истории

В Русском Союзе была довольно обширно развита практика заказных разработок, в особенности на предприятиях военно-промышленного комплекса. Идет речь, естественно, о разработках высочайшей трудности, а в ряде всевозможных случаев и уникальных. Сначала имеются в виду директивные «заказы» ВПК, которые были подкреплены постановлениями ЦК КПСС и Совета Министров в области новых видов ракетной техники, авиации, подводного флота и т. п. Над большими проектами работали 10-ки и сотки научно-исследовательских отраслевых институтов (НИИ), институтов Академии СССР и союзных республик, наилучших вузов, конструкторских бюро (КБ) и заводов. Соответствующие черты таких больших заказов:

  1. существенное (иногда неограниченное) финансирование разработок;
  2. очень сжатые сроки выполнения проекта и жесткий контроль выполнения, в том числе и по шагам работы (для справедливости заметим, что по известным причинам, с 1980-х годов этот контроль стал слабеть);
  3. возможность получения закрытой, особо принципиальной инфы по аналогичным, не только лишь российским, да и забугорным разработкам. Возможность закупки новейших образцов электрических компонент, также разных устройств и устройств;
  4. широкая возможность вербования, к примеру, для консультаций, высококвалифицированных профессионалов;
  5. высококачественное выполнение намеченных целей могло подкрепляться как престижной работой, так и резвым техническим ростом и продвижением по службе, высочайшими категориями окладов, включая премии на шагах разработки и т. д.;
  6. возможность оперативного доступа к экспериментальной производственной базе для резвой проверки вариантов технических решений;
  7. институт (организационная структура) основных конструкторов по классам систем и устройств, в том числе и по отдельным отраслям техники.

Нужно отметить, что организация принципиальных заказных разработок в индустрии, по существу, в главных чертах повторяла описанную выше систему для компаний ВПК, но, к огорчению, без таких широких денежных способностей.

Отметим также, что сначала в СССР была принята «горизонтальная» структура, при которой независимо друг от друга существовали НИИ, КБ и фабрики. Объединение их, исходя из убеждений единой технической политики и выпуска нужной новейшей продукции, обеспечивали отраслевые министерства.

На Западе, напротив, были приняты в большей степени замкнутые «вертикальные» структуры. В компании были и завод, и КБ, и центр по разработке и исследованиям.

Начиная с конца 1960-х годов в Русском Союзе начали ускоренно создаваться научно-производственные объединения (НПО), включающие НИИ, КБ и завод. С одной стороны, была надежда, что это несколько уменьшит управленческий персонал, уменьшит роль бюрократических барьеров, приблизит разработки к производству, ускорит внедрение продукции. С другой стороны, как и многие другие новации в СССР, эта мысль приняла нрав «компанейщины», порождая нередко безосновательные случаи слияния либо разъединения организаций и компаний.

Не считая того, в ряде всевозможных случаев имели место такие нехорошие процессы, как сокращение объемов научно-исследовательских работ (НИР), что приводило к уменьшению научных заделов, сокращению и даже ликвидации экспериментальных производств и т. п. Другими словами, всюду нужно соблюдать «золотую» середину, другими словами «чем поближе к крайностям, тем далее от правды!»

Примеры заказных разработок силовых устройств

Приведем некие определенные примеры сложных разработок на заказ, узнаваемых создателям в этой области. Создатели считают, что примеры успешных и не совершенно успешных разработок будут и назидательны, и увлекательны, в особенности для юного читателя. Не считая того, они позволят наглядно показать особенности суровых разработок на заказ силовых устройств.

Пример 1. Разработка компактного сварочного генератора для проведения экспериментальных работ в галлактических объектах.

Один из создателей в конце 1960-х и начале 1970-х годов был осведомлен с силовой платой, в какой было осуществлено по существу параллельное соединение 1000 (тыщи) германиевых транзисторов типа МП-26. Характеристики транзистора: наибольшее напряжение на коллекторе Uк = –70 В при окружающей температуре +70 °C, а ток коллектора в режиме насыщения Iк.нас. = 400 мА. Фактически задачка, которая была поставлена перед разработчиками, состояла в том, чтоб сделать силовой электрический ключ на 100 А с малыми потерями мощности и высочайшими параметрами надежности. Этот силовой ключ требовался для сварочного прибора, который предназначался для проведения сварочных тестов на галлактическом объекте в критериях невесомости. Для реализации этого проекта было найдено необычное, оригинальное техническое решение. Работа проводилась группой профессионалов под управлением восхитительного ученого, который позже стал заместителем директора по научной части, — Ю. И. Драбовича в Институте электродинамики Академии Украинской ССР [7]. В этой работе учавствовали и спецы из других компаний. Благодаря проведенным исследованиям был разработан новый способ обеспечения высочайшей надежности силовых главных устройств (способ глубочайшего секционирования). Сущность этого способа заключается в искусственном расчленении многофункционального элемента, к примеру, транзистора, на огромное количество параллельно включенных секций. В процессе работы было подтверждено, что для роста надежности устройства только прибыльно наращивать глубину секционирования, другими словами, в нашем случае, наращивать число параллельно включенных транзисторов. Естественно, что при параллельном соединении транзисторы должны быть защищены предохранителями, обеспечивающими отключение секции при пробое хоть какого из их переходов.

Таким макаром, в итоге контрактной разработки было найдено такое успешное решение, которое не только лишь позволило получить экономный, сверхнадежный, «плоский и легкий» силовой электрический ключ, да и открыло новое направление для синтеза массивных силовых ключей. Доказательством этому служит разработка массивного модуля, выполненная в конце 1970-х годов под управлением доцента кафедры электротехники ЛИТМО В. В. Тогатова (потом доктора). Это был силовой ключ на базе параллельного соединения кристаллов транзисторов с температурным ограничением для выравнивания токов через каждый кристалл. Электронные характеристики массивного модуля: наибольший ток 250 А, наибольшее напряжение закрытого ключа 120 В, напряжение в открытом состоянии ≤0,7 В. Модуль нечувствителен к токовым перегрузкам и имеет автоматическую термическую защиту. Работа выполнена отраслевой лабораторией ППТ ЛИТМО по заданию ВЭИ им. В. И. Ленина.

Пример 2. Разработка массивного высоковольтного источника питания с высочайшей стабильностью напряжения на базе частотного преобразователя.

Разглядим эту разработку несколько подробнее, так как ее особенности, во-1-х, наглядно охарактеризовывают некие из основных критерий разработок на заказ устройств высочайшей трудности, а во-2-х, одному из создателей статьи пришлось быть рецензентом этой работы, и потому все детали разработки доподлинно известны.

В 1970-80 годах одно Ленинградское НПО в числе иной аналитической аппаратуры выпускало большенными партиями (100 и поболее штук в год) рентгеновские аппараты (РА) для структурного анализа веществ — дифрактометры типа ДРОН (ДРОН-3, ДРОН-4 в разных исполнениях). Неотъемлемой частью этих аппаратов является мощнейший (1–3 кВт) высоковольтный (до 50–60 кВ) источник питания (ВвИП) рентгеновской трубки (к примеру, БХВ-6). Таковой ВвИП имеет регулируемые в широком спектре характеристики выхода как по высочайшему напряжению (Uв), так и по анодному току (Ia). Этот блок должен владеть высочайшей стабильностью поддержания характеристик (сотые – десятые толики процента) по Uв и Ia. Сначало употреблялся покупной низкочастотный (50 Гц) ВвИП типа ИРИС-М, ИРИС (ПО «Научприбор», г. Орел), имеющий огромные габариты и массу от 450 до 640 кг. Этот ВвИП обеспечивал последующие характеристики: Uв = (–2…–60) кВ, Ia = (2…60) мА и непостоянность порядка ±0,01…±0,2% (за 12 ч работы при всех дестабилизирующих факторах). По электронным характеристикам он стопроцентно удовлетворял всем требованиям рентгеновских аппаратов. Но габаритные размеры и масса были неприемлимо значительны. Понятно, что внедрение такового крупногабаритного ВвИП резко снижало конкурентоспособность РА типа ДРОН-4 и следующих поколений. В связи с этим, с середины 1980-х годов остро появился вопрос о подмене блока ИРИС-М на компактный ВвИП, построенный на базе частотного (ВЧ) преобразователя. Это позволило бы также существенно уменьшить объем трансформаторного масла в высоковольтном блоке (генераторном устройстве — ГУ), используемого для остывания высоковольтного трансформатора и умножителя напряжения. Подобные высоковольтные источники уже издавна выпускались за рубежом.

При определенном выполнении ВвИП с ВЧ-преобразователем его можно было использовать также и в других РА. К примеру, в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазосодержащего либо другого ценного минерального сырья [8]. Но поставщик блока ИРИС-М на техническом уровне не мог выполнить такую разработку. К огорчению, не удалось отыскать и других компаний, которые взялись бы за полномасштабную разработку требуемого преобразовательного ВвИП.

В этих критериях управление НПО приняло «соломоново» решение: одной из кафедр Томского политехнического института была заказана НИР о способности разработки массивного преобразовательного ВвИП (структура, схемные решения на российских компонентах, суждения по обеспечению стойкости работы и т. п.). С целью облегчения разработки при поддержке Министерства приборостроения НПО был приобретен забугорный аналог — ВвИП типа Kristalloflex 710H (Siemens, Германия). Совместно с прототипом было получено подробное техническое описание с приложением главных схем. Этот блок в НПО был изучен для уточнения схемотехнических решений, режимов электрических компонент и конструктивных решений. Таким макаром, заказчиком было министерство, потому что финансирование разработки происходило из госбюджета. ВвИП типа Kristalloflex 710H выполнен с преобразованием на частоте (20 кГц) и имеет последующие характеристики: Uв = (20…55) кВ; Ia = (5…60) мА; Рвых. макс = 2,7 кВт; непостоянность менее ±0,02% при работе от однофазовой сети ~220 В, 50 (60) Гц. Габаритные размеры 438q253q704 мм; масса 75 кг (сравните с 450 кг).

Упрощенно структура синтеза канала высочайшего напряжения этого ВвИП включала:

  • Сетевой фильтр помех.
  • Управляемый регулятор напряжения питания Uп = (200…400) В для ВЧ-преобразователя высочайшего напряжения, включающий управляемый выпрямитель, удвоитель на 2-ух тиристорах и 2-ух конденсаторах.
  • Мостовой инвертор на транзисторах BUV98A (Philips) — 2 штуки параллельно в плече. Резонансный нрав нагрузки инвертора обеспечивает малые коммутационные утраты мощности в транзисторах в момент их выключения.
  • Высоковольтный блок, состоящий из трансформатора, умножителя напряжения по диодно-мостовой псевдосимметричной схеме, также датчиков оборотной связи по Uв, Ia и разных защитных частей.

Высоковольтный блок выполнен в железном кожухе, заполненном трансформаторным маслом, и имеет устройство воздушного остывания.

Разглядим составляющие забугорного ВвИП, подмену которых на российские предстояло решать при разработке нового блока. Характеристики массивного биполярного транзистора BUV 98A [9]:

Контрактная разработка устройств силовой электроники: один из путей генерирования новых мыслях

Характеристики быстродействия: ton = 0,8 мкс; время рассасывания неосновных носителей (ts, мкс.); ts = 0,8 мкс.

Высоковольтный трансформатор выполнен на сердечнике из 4 П-образных ферритов (ПП90-80-30). Меж кернами сердечников есть зазор для понижения эффекта подмагничивания и сразу для остывания магнитопровода.

Обмотки размещены на одном керне. Первичная обмотка — бескаркасная прямоугольная, наиблежайшая к керну. Вторичная обмотка — бескаркасная трапециидальная, выполненная виток к витку. Высоковольтная обмотка имеет барьерную изоляцию от второго керна. В умножителе применены компактные высоковольтные диоды АSSY (всего 26 штук), соединенные поочередно по 2 и 3 штуки. Компактные конденсаторы 10 нФ, 8 кВ (всего 66 штук) компании Siemens соединены последовательно-параллельно с повышением количества конденсаторов по мере удаления от низкопотенциальной ступени умножения.

Подверглись рассмотрению последующие вероятные подмены компонент, реально осуществимые в то время. Для полной подмены каждого транзистора нужно было использовать 5 транзисторов типа КТ840А, КТ841А либо 4 транзистора КТ872А параллельно. При всем этом нужно:

  1. включать особые (симметрирующие) резисторы;
  2. создавать отбор (подбор) транзисторов, к примеру, избегая использования образцов транзисторов с аномально неплохими параметрами, существенно наилучшими, чем средний уровень. Труднее обстояло дело с подбором высоковольтных диодов, потому что в наличии были только маломощные столбы типа КЦ106Г с параметрами: URRM = 10 кВ, IF = 10 мА, ƒmax = 20 кГц. Для обеспечения тока порядка 50 мА нужно параллельно включить 7–8 штук таких столбов (всего более 150 штук). При всем этом нужно было строго отбирать их по величине прямого падения напряжения.

Самую большую сложность представляло проектирование высоковольтного трансформатора, как из-за отсутствия российских ферритов с параметрами, близкими к забугорным, так и из-за недостающего опыта проектирования таких массивных высоковольтных трансформаторов.

Потому если сходу начать разрабатывать прямой аналог ВвИП типа Kristalloflex 710H, то, вероятнее всего, вышел бы ненадежный и не серийноспособный блок.

Более реально было бы начать разрабатывать преобразовательный ВвИП с мощностью 1–1,5 кВт, тем паче что для неких модификаций ДРОН требовались облегченные режимы работы блока: 30 кВ — 30 мА; 40 кВ — 25–30 мА; 50 кВ — 20–25 мА. Дальше, приобретя нужный опыт, можно было перейти к более массивному (2–2,5 кВт) ВвИП.

Так и сделали. К огорчению, уже в это время остро ощущался недочет обученных кадров. В рабочей группе из 4-х человек только один разработчик имел подобающую квалификацию в области высоковольтной преобразовательной техники, потому что ранее имел опыт работы с сильными высоковольтными импульсными источниками питания. Но в их не требовалась высочайшая стабильность, много разновидностей защиты от перегрузок и т. п. Другие работники, включая конструктора – «высоковольтника», имели только опыт проектирования маломощных преобразовательных ВвИП. Все эти происшествия, плюс недостаток времени привели к тому, что макет ВЧ преобразовательного ВвИП нередко выходил из строя и работал нестабильно.

В 1992 году было принято волевое решение сосредоточиться на разработке преобразовательного ВвИП на средней частоте 2–3 кГц с мощностью 1,5–2 кВт уже для другого класса РА — люминесцентных сепараторов.

В этом ВвИП инвертор был выполнен на быстродействующих массивных тиристорах, в умножителе использовались более сильноточные столбы типа КЦ20Х, способные работать на этих частотах. В 1994–96 годах было выпущено несколько 10-ов таких ВвИП. Но по денежным и другим суждениям, к примеру, требованиям к простоте обслуживания и ремонта было принято последующее решение.

Основной заказчик (горно-обогатительные комбинаты компании «АЛРОСА», Якутия) попросил возвратиться к низкочастотным ВвИП, более обычным, чем ИРИС-М [3]. А потом они были изменены на импульсные ВвИП [8].

Что касается аппаратов типа ДРОН-4, ДРОН-6, то они как и раньше оснащались массивными низкочастотными ВвИП типа ИРИС-М.

В 2001 году было принято решение о приобретении ввезенного преобразовательного ВвИП типа Compact 3K5 компании Ital Structures (Италия). Электронные характеристики этого блока фактически подобны ВвИП Kristalloflex 710H, но он более совершенен по конструкции и выполнен на современных компонентах (IGBT, драйверы) Так, в конечном счете, с малым результатом завершилась разработка массивного преобразовательного ВвИП, хотя в процессе работы были получены некие положительные промежные результаты.

Главные предпосылки плохого опыта разработки массивного преобразовательного ВвИП, по воззрению создателей, последующие:

  • как уже упоминалось, рабочая группа практически не была укомплектована квалифицированными разработчиками в области высоковольтной преобразовательной техники (по существу был только один);
  • не было рационального управления со стороны управления ходом разработки принципно нового для компании ВвИП, слабенькое внимание уделялось возникающим трудностям (кадры, дополнительное макетирование устройств, снабжение электрическими компонентами и т. п.);
  • окончание разработки преобразовательного ВвИП пришлось на 1-ые годы томного времени реформ (форс-мажорный фактор) со всеми вытекающими последствиями: прекращение с конца 1992 года финансирования со стороны госбюджета (министерства), отток кадров, ограничения по услугам производства и другие).

Пример 3. Разработка массивного источника бесперебойного питания хорошей структуры.

В 1994 году предприятие ЗАО «Электро-Петербург» (Санкт-Петербург), выиграло тендер на оснащение (заказ и поставка) силовым электрическим оборудованием строящегося строения Санкт-Петербургской Денежной Биржи. Одним из принципиальных шагов этой работы было проведение открытого конкурса на поставку агрегатов бесперебойного питания (ИБП) для нужд вычислительного центра, размещенного в здании Денежной Биржи. Для увеличения свойства при отборе и анализе представленных на конкурс разными фирмами изделий (ИБП различной мощности) было за ранее проведено рекламное исследование разных типов блоков бесперебойного питания, серийно выпускаемых как русскими, так и забугорными производителями.

Проведенный анализ рынка и номенклатуры изделий и систем бесперебойного питания показал, что при правильном выборе номинальной мощности ИБП, также при получении наилучшего соотношения стоимость/качество для ряда важных технических характеристик блока вероятна выгодная разработка нового необычного изделия этого класса для российского серийного производства. Этому решению содействовал также факт, что в это время несколько российских компаний, таких как НПО «Аврора», обратились к ЗАО «Электро-Петербург» по поводу разработки массивных (2 кВт и поболее) источников бесперебойного питания хорошей структуры.

Но финансировать разработку нового ИБП они не смогли, но обещали при внедрении у их выплатить цена разработки (с учетом прибыли). В итоге, «Электро-Петербург» выполнил разработку принципно нового ИБП, фактически стопроцентно за счет собственных средств. Один из создателей был научным управляющим и конкретным разработчиком уникальных решений по структуре ИБП, главных схемотехнических решений и метода функционирования. Новый подход к синтезу ИБП, обобщающий результаты проделанной работы, описан в статье [10].

Главные свойства разработанного ИБП: Pн = 1800 ВА, КПД η = 0,82 в режиме работы on-line, КПД η = 0,86 в режиме работы от аккумуляторной батареи, габариты — 500-440-610 мм, вес около 120 кг совместно с аккумуляторной батареей.

Структура ИБП имеет особый интерфейс, который позволяет юзеру выбирать один из 4 режимов работы блока для оптимизации режима употребления электроэнергии с учетом определенных характеристик аппаратуры, которая является по существу нагрузкой системы бесперебойного питания. Силовой конвертор ИБП состоит из 3-х типовых силовых модулей, выполненных на базе квазирезонансного преобразователя, оптимизированного по частоте работы. Это позволило существенно повысить надежность блока и прирастить его КПД.

ИБП обладает также и другими плюсами в части системы отображения подходящей для юзера инфы, к примеру, при работе от аккумуляторной батареи выводится оставшееся время штатной работы для текущего режима работы комплекса аппаратуры. В схеме применены силовые электрические составляющие только российского производства.

В итоге проведенной работы был разработан и сделан опытнейший эталон, который удачно прошел тесты на соответствие электронных характеристик требованиям ТЗ. Разработка проведена в период с января 1995 года по декабрь 1996-го и стоила порядка 000. Невзирая на положительные результаты испытаний эталона ИБП, также продекларированные намерения и обещания, номинальные заказчики не смогли выделить средства на корректировку документации, чтоб приготовить внедрение и выпуск разработанного изделия. Даже компания «Инвертор» (г. Оренбур) на правах долевого роли в разработке не смогла отыскать сумму 000, которая была нужна для корректировки рабочей документации и производства нового опытнейшего эталона. Следует увидеть, что компания «Инвертор» находилась тогда в томном финансовом состоянии.

Таким макаром, в прошлом десятилетии и на данный момент, как будет показано в последующем примере, существует неувязка «обеспеченного» заказчика, способного финансировать уникальные и сложные разработки силовых устройств, а именно, массивных импульсных ИВЭ разных классов. Но потребность в таких устройствах беспристрастно существует.

Пример 4. Предложение создателям статьи от ОАО «НПП “Трубопровод”» (г. Волгодонск) в конце 2006 года о заказной разработке линейки особых импульсных ИВЭ на мощность 1, 3 и 5 кВт. Позднее выяснилось, что источники предназначались для катодной защиты железных трубопроводов (подземных конструкций) от коррозии.

Этот пример был тщательно изложен в статье [11].

Тут создатели повторно ворачиваются к нему, чтоб наглядно показать: а) потребность в заказных силовых устройствах высочайшей трудности реально существует; б) заказчик нередко не представляет трудности таких разработок и, соответственно, их реальную цена.

Для иллюстрации коротко остановимся на техничеcких свойствах заказных импульсных ИВЭ. Мощность ИВЭ — 1, 3 и 5 кВт. Для самого массивного ИВЭ по первому варианту Uвых = 50 В (100 A) и по второму — Uвых = 100 В (50 A). Принципиальное требование — наличие плавной регулировки выходного напряжения от нуля до наибольшего значения (точность — не ужаснее 0,5%). Требования к величине пульсаций выходного напряжения — не жесткие (менее 3%). Другие требования создателям пришлось не только лишь практически «вытягивать» из заказчика, да и сразу учить характеристики имеющихся устройств катодной защиты.

В конечном итоге выяснилось, что эти заказные ИВЭ, которые установлены на станциях катодной защиты, работают в критериях эксплуатации при окружающей температуре от –45 до +45 (50) °С. Питающая сеть для ИВЭ — однофазовая 180–250 В, 50 Гц.

По воззрению создателей, поначалу нужно создать базисную модель на 3 кВт (50 В, 60 А либо 100 В, 30 А). Исследование аналогов показало, что в текущее время выпускаются низкочастотные (50 Гц) трансформаторные источники питания диодно-тиристорного типа для станций катодной защиты. Эти устройства имеют высочайшие характеристики: срок службы — более 20 лет, технический ресурс — более 100 000 ч (с учетом ЗИП). Источники должны располагаться в пыле-, брызго- и влагонепроницаемом корпусе завышенной прочности («вандалоустойчивом») и т. п. Масса аналогов большой мощности (>2 кВт) составляет сотки килограмм. Особенность устройств катодной защиты в том, что практически они представляют собой стабилизированные усилители неизменного тока большой мощности, управляемые от специального, к примеру, платинового электрода. Потенциал этого электрода меняется зависимо от параметров химической среды, в которую он помещен.

После уточнения предназначения и технических требований заказчик предложил создать схему, конструкцию и сделать 3 опытнейших эталона (либо полномасштабных макета) за 6 месяцев, и на их провести тесты. Форма оплаты гарантирована неважно какая (но о цены разработки — ни слова). В то же время, заказчик желал заблаговременно оценить цена компонент, исходя из выпуска 1000 образцов в год.

Потому создателям пришлось указать заказчику, что при ординарном промышленном выполнении удельная цена единицы мощности составляет 0,7–1,2 евро/Вт, а для специального выполнения, к примеру, более для жестких (полевых) критерий — порядка 2,5–4 евро/Вт. Соответственно этому можно найти спектр цены заказной разработки. После приблизительной оценки исполнителями цены разработки заказчик взял паузу на принятие решения. Этот пример указывает, что в ряде всевозможных случаев заказчик неадекватно оценивает как сложность, уникальность разработки аппаратуры, так и вероятную ее цена.

Подводя итоги, отметим, что в текущее время в мире разрабатывается и выпускается неограниченное количество силовых устройств различного предназначения и мощности: систем электропривода, источников вторичного электропитания, в том числе и для внедрения в гальванике, сверхмощных комплексов импульсного и неизменного регулируемого напряжения, созданных для устройств ускорителей простых частиц и другой сложной аппаратуры, к примеру, для проведения опытов в области экспериментальной физики. Не считая того, во всех областях и видах объектов и систем оборонного предназначения: — авиационного, морского, галлактического и наземного внедрения — употребляются радиоэлектронные комплексы. Во всех этих аппаратах, фактически в каждом, употребляются системы бесперебойного питания, также источники питания, силовые электрические ключи и системы электропривода для приведения в действие разных механических устройств.

В главном, в перечисленных системах и устройствах с фуррором используются изделия, которые можно приобрести на мировом рынке, при этом они употребляются по их прямому предназначению. В ряде всевозможных случаев заказчик может использовать параллельное соединение готовых единиц, к примеру, для получения требуемой величины выходной мощности. Но всегда есть такие требования к изделию, которым не удовлетворяет ни одно из имеющихся на рынке устройств.

К примеру, необыкновенный режим работы силового устройства, связанный со специфичностью технологического процесса, который имеет место в ряде типов производств, использующих гальванотехнику. При этом необычность режима тотчас осложняется заданием, перестройкой и регулированием выходных характеристик блока в очень широких границах. В других случаях нестандартностью является сверхбольшая выходная мощность, которая задается для систем и установок, требующих для решения собственных особенных задач, к примеру, генерации токов в 10-ки тыщ ампер и т. п. Конкретно в этих случаях появляется потребность в контрактной разработке (КР) по существу уникальных изделий и систем. Такая контрактная работа обычно сопровождается рядом особенностей как положительного нрава, так, к огорчению, и с некими отрицательными факторами:

  • нестандартность намеченной цели;
  • уникальность 1-го либо нескольких выходных характеристик;
  • возможность работы от различных видов первичных источников энергии;
  • сжатые сроки выполнения разработки;
  • завышенная цена выполнения работы, которая разъясняется как сложностью решаемой задачки, так и высочайшей квалификацией персонала коллектива — исполнителя контрактной разработки.

Поясним эти тезисы на других примерах, с которыми имел дело один из создателей.

  1. Задачка для компании «Электро-Петербург» на разработку необычного импульсного источника питания с выходными параметрами 12 В, 400 А была поставлена основным энергетиком РМЗ ПО «Киришиоргнефтесинтез». Система была создана для гальванического производства. В процессе работы задавались режимы электропитания гальванических ванн: режим положительных импульсов до 150 А, режим отрицательных импульсов до 150 А, режим двухполярных импульсов. При этом нужно было обеспечивать в широких границах изменение последующих характеристик: задаваемый импульсный ток, продолжительность импульсов, также период повторения задаваемого режима. Силовая часть должна быть реализована на новой электрической базе, а интерфейс должен быть построен на системе управления с микроконтроллером, который обеспечит установку и контроль характеристик режимов работы при наименьшем вмешательстве персонала. С целью оценки реализуемости такового блока питания были проведены надлежащие расчеты главных силовых узлов, определены главные комплектующие электрических ключей и силовых диодов. Синтезирована структура ВЧ силового преобразователя, избран процессор и т. п. После чего, ввиду трудности разработки, заказчику было предложено провести 1-ый шаг работы «Разработка технического задания и контракта на выполнение работы». Цена этого шага была оценена в 00, при этом при составлении основного денежного контракта эти средства учитывались. Такая система отношений (технических и денежных) позволяет очень удовлетворить требования заказчика, также выделить промежные контрольные этапы. При всем этом исполнитель имеет возможность обеспечить выполнение всех технических требований к изделию на высочайшем техническом уровне. Но главный энергетик не сумел «убедить» управление «Киришиоргнефтесинтез» в необходимости заключения контракта на разработку и создание нового изделия. В качестве кандидатуры, по словам головного энергетика, рассматривалась возможность покупки готового изделия, схожего по характеристикам на предлагаемый к разработке блок. Цена аналогов итальянского и германского производства составляла от 000 до 000. Но эти блоки не обеспечивали выполнение неких требуемых для производства режимов работы.
  2. В заключение отметим, что в текущее время ООО «Завод низковольтной аппаратуры» (Наша родина, г. Рассказово Тамбовской обл.) выпускает агрегат выпрямительный тиристорный с водяным остыванием, реверсивный [12] в новеньком выполнении с внедрением процессоров компании Atmel В-ТПЕ–400/400-12. Масса изделия 315 кг. Стоимость этого агрегата ≈ 200 000 руб. (около 00).

  3. В 2007 г. компания ООО «НИ Лаборатория преобразовательной техники» обратилась к одному из создателей с предложением оценить возможность разработки системы электропитания для тесты токовых шин. Сверхмощная система электропитания предназначалась для установки управляемого термоядерного синтеза типа «Токамак». Речь шла о особом щите, который нужен для испытаний массивных токопроводящих шин, используемых в аппаратуре комплекса «Токамак».

Выходные характеристики системы питания щита: напряжение наибольшее 24 В (регулируется), наибольший ток 70 000 А (тоже может изменяться). Как видно из характеристик устройства, наибольшая выходная мощность этой системы равна 1680 кВт.

Можно отметить, что для этого варианта КР применима мысль глубочайшего секционирования [7], потому что реализация таковой большой мощности вероятна только методом ее синтеза при помощи, к примеру, преобразователей единичной мощности в 35–40 кВт. Их общее число будет 40–50. Разработка таковой сложной системы электропитания просит оптимизации частоты единичного преобразователя, особенного подхода к топологии его сборки и монтажа. Тяжело выполнить на таковой мощности и силовой ВЧ-трансформатор преобразователя, не считая того, нужна кропотливая разработка системы управления, которая должна быть помехоустойчивой и, естественно, нужна особая система ее резервирования. Принципиально сделать очень автоматическую систему контроля, диагностики и отображения инфы и т. п. Можно отметить, что, невзирая на сверхбольшую мощность этого щита, который, скорее всего, будет реализован в одном экземпляре, все-же в процессе его разработки «придется» сделать высоконадежный преобразователь на мощность ~40 кВт, который может отыскать применение в разных областях техники, к примеру, для гальванического производства. В переговорах по этой работе пока нет прогресса, может быть, заказчик тормознул на применении обычных тиристорно-выпрямительных агрегатов.

Все это свидетельствует о том, что, с одной стороны, спрос на заказные разработки силовых устройств большой мощности реально существует. С другой стороны, сильно мало заказчиков, имеющих довольно свободных средств. Не считая того, дополнительно укажем, что некие известные создателям российские компании по разработке и производству импульсных ИВЭ [11] фактически не берутся за такие разработки. Компании отыскали свои «ниши» на рынке, имеют собственных заказчиков и довольно высочайший процент неизменных заказов ИВЭ (в главном малой и средней мощности). Тут можно указать предприятия, работающие на ВПК, телекоммуникации, связь и др. Выполнение контрактных разработок массивных силовых устройств, о которых было сказано ранее, обычно, связано с завышенным риском, также с необходимостью роли в работе профессионалов высшей квалификации.

Но конкретно в таких фирмах чувствуется острая нехватка высококвалифицированных профессионалов по разработке высокочастотных, в особенности массивных импульсных блоков питания.

Выводы

  1. Разработки на заказ (контрактные разработки) уникальных и сложных силовых устройств недостаточно нужны в текущее время, но должны быть нужны в дальнейшем. Сначала это относится к силовым устройствам большой мощности, которые уже могут производиться на силовых встроенных модулях [13–15]. Интеграция в одном корпусе силовых компонент (ключей) совместно с драйверами, схемами защиты и управления (по разным законам), интерфейсом и другими узлами — не мечты, а действительность: уже есть опыт в системах электропривода [14].
  2. Широкая потребность в таких разработках сдерживается слабеньким развитием индустрии, а именно, кораблестроения, авиастроения, машиностроения, приборостроения. Ну и предприятия ВПК, невзирая на все внимание страны, пока не владеют такими финансовыми способностями, как во времена Русского Союза.

  3. Основными критериями удачного выполнения разработок на заказ, вытекающими из приведенных примеров и материалов Всероссийской конференции, являются последующие:
    • 2.1 Заказчик должен реально представлять новизну и сложность разработки силового устройства при согласовании с исполнителем технических требований (ТТ). Как надо из примера 4, нередко превалирует желание получить разработку задаром, пользуясь финансовыми трудностями исполнителя. Эта тенденция «чрезмерной экономии» уходит корнями к началу 1990 годов, невзирая на то, что в текущее время экономика в Рф на подъеме. Тут можно отметить четкую связь меж объемом финансирования и вероятными сроками разработки. Связь эта нелинейная, и есть обычно малые сроки разработки на заказ порядка 3–6 месяцев после согласования ТТ и предоплаты, к примеру, в виде авансового платежа для выполнения первого шага работы.
    • 2.2 Фирма-исполнитель работы должна:
      • иметь нужные научно-практические заделы по заказанной проблематике силовой электроники;
      • владеть достаточным количеством высококвалифицированных профессионалов, имеющих практический опыт работы по заказанной проблематике, а по мере надобности и завлекать профессионалов со стороны.
    • Тут может понадобиться опыт сотворения (в конце 1980-х годов) временных творческих обществ, которые, по существу, опирались на способ проведения сложных разработок в Стране восходящего солнца и США [16]. Смысл его состоял в том, что «под» новейшую разработку набираются спецы высочайшей квалификации конкретно тех направлений техники, которые будут необходимы при выполнении нового заказа. После окончания работы творческий коллектив может быть расформирован.

    • 2.3 При контрактной разработке в особенности нужен лучший менеджмент на всех ее шагах. Он заключается не только лишь в жестком контроле выполнения всех позиций плана-графика работы, да и в реальной помощи при решении всех заморочек, возникающих вне и снутри компании. К огорчению, у управления различных уровней в почти всех средних и в особенности больших фирмах возобладала только 1-ая составляющая менеджмента.
  4. Из приведенных примеров контрактных разработок можно узреть, что при их выполнении нередко генерируются новые идеи и подходы, благодаря которым становится вероятным создание новых уникальных силовых устройств, также получение научно-технического задела для новых поколений аппаратуры.
  5. Невзирая на имеющиеся на данный момент трудности и трудности, создатели веруют, что контрактные разработки силовых устройств, а именно массивных импульсных ИВЭ, будут расширяться. Этому будет содействовать развитие российскей индустрии, увеличение конкурентоспособности ее продукции, в особенности при вступлении Рф в ВТО.

При всем этом не нужно забывать и о необходимости увеличения свойства подготовки кадров, также об улучшении информационной и научной деятельности компаний в Рф [11].

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий