Защита элементов преобразователя и двигателя от недопустимых токов и напряжений

 

Рисунок 7 Аварийные цепи силового канала электропривода

Одной из наиболее сложных задач проектирования силового канала является защита электропривода от недопустимых токов и напряжений в рабочих режимах, в режимах перегрузки и аварии. Причем, сложность заключается в оптимизации защиты по критериям их эффективности. Представим схему возможного протекания аварийных токов и соответствующим им аварийным режимам.

На рисунке цифрами обозначены цепи протекания аварийных токов.

Появление аварийных токов может быть вызвано:

- коротким замыканием цепей преобразователя и двигателя (1,7);

- выходом из строя (пробоем) силовых полупроводниковых приборов преобразователя (3,6);

- несанкционированным (ложным) включением транзистора АИН (5);

- нарушение изоляции и замыкание на корпусе (землю) цепей преобразователя и двигателя при питании от сетей с заземленной нейтралью. (2,4,8)

Следствием отключения аварийных токов средствами защиты является возникновение недопустимых перенапряжений, что требует принятия мер по их ограничению в цепях вентилей выпрямителя и транзисторов АИН.

Выбор автоматического выключателя

Аварийные режимы 1,2,3,4 опасны для вентилей выпрямителя. Благодаря большим кратностям ударных токов и значениям ⌠i²dtэтих вентилей, их защита может быть обеспечена автоматическим выключателем.Выбираем модульный автоматический выключатель S260, предназначенный для защиты цепей от перегрузки и короткого замыкания.

Тип	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А	Номинальная частота, Гц	Количество полюсов
S260	230/440

Выбор датчиков

Аварийные токи режимов 5,6,7,8, (см. рис. 3.5.), протекают в цепях транзисторов АИН, которые существенно более уязвимы к токовым перегрузкам. Защитить IGBTтранзисторы аппаратными средствами защиты силовых цепей практически невозможно. В режимах 5,6,7 ситуация усугубляется огромной энергией мощного конденсатора С_dфильтра в звене постоянного напряжения .

Здесь возможно лишь быстродействующее (1-3мкс) выключениетранзисторов по цепям управления. Для этих целей в цепи силового канала электропривода включают безинерционные датчики тока. Кроме того, отключение транзисторов можно осуществить специальным формирователем управляемых сигналов - интеллектуальными драйверами с функцией защиты. Возможны два варианта включения датчиков тока:

1. А1 - во входных цепях АИН (звено постоянного тока);

2. А2 - в выходных цепях АИН (звено переменного тока).

Датчик А1 фиксирует аварийные токи режимов 5,6,7,8. Включение двух датчиков А1 обусловлено аварийным режимом 8, в котором аварийный ток протекает лишь по одной из двух входных цепей АИН. В остальных режимах достаточно одного датчика А1. Датчики А2 фиксируют аварийные токи режимов 6,7,8 (в режиме 6 фиксируется дисбаланс фазных токов AD).

В проектируемом преобразователе частоты используют датчики тока. По принципу действия их подразделяют:

1. на аналоговые, в которых измеряемая входная величина преобразуется и обрабатывается в непрерывной аналоговой форме;

2. на дискретные, в которых входная величина преобразуется в цифровую. Для фиксации тока из [5] выбираем аналоговый датчик тока фирмы LEM(Германия) LT 100-S.

Расчет снаббера

Так как IGBTкоммутируются с высокой скоростью, то напряжение коллектор-эмиттер на транзисторах быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достигнуть критического значения, способного вызвать пробой коллектора либо затвора транзистора (последнее возможно, если индуктивность цепей управления IGBTвелика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT, требуется установка снаббера (демпфирующей цепи). Каждая схема снаббера имеет свои достоинства и недостатки, например, при увеличении эффективности ограничения напряжения на IGBTзаметно увеличивается число элементов входящих в состав схемы снаббера.

Рисунок 8 Типичная схема снаббера

Особенности данной схемы:

1. малое число элементов;

2. малые пульсации тока через конденсатор.

Для данной схемы снаббера необходимо выбрать конденсатор с хорошимивысокочастотными характеристиками, малой собственной индуктивностью, высокими допустимыми импульсными токами и малым тангенсом угла потерь, например К-78-2 или Э63К.

Сопротивление резистора зависит от емкости конденсатора С и частоты коммутации IGBT.

Рисунок 9 Напряжение на коллекторе IGBT при его запирании

Мощность резистора в цепи снаббера:

где

Выбор сопротивления резистора производится из условия минимума колебаний тока коллектора при включении IGBT:

где