Электронные предохранители в силовых преобразователях

July 20, 2013 by admin Комментировать »

Защитить статические преобразователи электроэнергии от аварийных режимов работы всегда достаточно сложно, поскольку в подавляющем большинстве случаев развитие аварийной ситуации носит лавинообразный характер. Необходимо очень быстро диагностировать аварию и без промедления запустить механизм адекватной ее локализации. Одной из характерных аварийных ситуаций, возникающих в высокочастотных инверторах, является возникновение токов короткого замыкания (токов КЗ) вследствие потери управления силовыми ключами или их пробоя. Другой характерный пример аварийной ситуации — короткое замыкание в нагрузке статического преобразователя. И если в первом случае статический преобразователь сам выходит из строя, а значит, его нужно оперативно отключать от питающей сети посредством плавких предохранителей или автоматических выключателей для выполнения ремонта, то во втором случае неисправная нагрузка просто выводит из строя вполне исправный прибор. Поэтому преобразователь можно спасти, отключив неисправную нагрузку быстродействующим защитным устройством.

Не так давно на рынке силовых компонентов появились устройства, называемые электронными предохранителями (ЭП). Другое их название — модули коммутации и контроля тока (MKKT). В прайс-листах фирм-поставщиков эти устройства могут называться как ЭП, так и MKKT, но важно запомнить, что речь идет об устройствах, выполняющих аналогичные функции. Конечно, продукция разных фирм может отличаться набором дополнительных сервисных функций, принципами управления и сигнализации, но основное назначение этих устройств одинаково — они обеспечивают быстродействующую защиту первичной (питающей) сети или выходов источников питания от перегрузок и коротких замыканий. Кроме того, ЭП (MKKT) могут выполнять функцию защиты нагрузок.

На рис. 2.8.1 показан габаритный чертеж ЭП типа ЭП8-06, выпускаемого ЗАО «Электрум АВ». Представленный ЭП позволяет пропускать через себя токи до 10 А, срабатывает при превышении номинального тока значения 1,1 от номинала. Время срабатывания защиты по

превышению номинального тока — не более 30 мкс. После срабатывания ЭП блокируется, и повторное его включение возможно только после снятия напряжения со входа на время не менее 1 с.

Рис. 2.8.1. Внешний вид электронного предохранителя типа ЭП8-0,6

Структурная схема, отражающая внутреннее устройство предохранителя, показана на рис. 2.8.2. Источником сигнала отключения ЭП служит резистивный шунт. Сигнал с шунта отслеживается схемой управления. Основным ключевым элементом выступает транзистор

типа MOSFET, затвор которого подключен все к той же схеме управления. Если сигнал с шунта превышает значение уставки срабатывания, транзистор MOSFET запирается, нагрузка обесточивается, а ЭП устанавливается в режим самоблокировки. К дополнительной функции ЭП, которую можно задействовать, например, для определения сработавшего ЭП при их значительном количестве, является сигнал «авария». В данном случае сигнал «авария» формируется открытым состоянием встроенного биполярного транзистора, в эмиттерную цепь которого можно включить как светодиодный индикатор, так и какой-либо коммутационный элемент типа реле (или твердотельного реле).

Значительно более функционально оснащены модули MKKT, которые также выпускает ЗАО «Электрум АВ». Эти модули обеспечивают непрерывный контроль протекания тока в нагрузке с выдачей статусного сигнала CT1 по критерию /> 0,3/ном, отключение нагрузки при коротком замыкании и перегрузке с выдачей статусного сигнала по критерию /> 1,1/ном, защиту транзистора MOSFET (или IGBT) встроенного силового ключевого элемента от перегрузки или перегрева с выдачей статусного сигнала CT3 по критерию превышения температуры значения 100… 110 °С. Структурная схема модифицированных модулей MKKT показана на рис. 2.8.3.

В отличие от описанного выше модуля ЭП8-0,6, питающегося от напряжения нагрузки, данный типоряд MKKT требует отдельного внешнего источника питания. Модули MKKT можно включать и отключать по внешнему неинвертированному сигналу (Упр+) или инвертированному сигналу (Упр-). При срабатывании защиты по перегрузке или короткому замыканию повторное включение модуля путем снятия и установки сигнала управления возможно за время не менее 4 мс от момента срабатывания защиты.

В табл. 2.8.1 приведены все возможные состояния сигналов MKKT, возникающие в процессе их функционирования.

Таблица 2.8.1. Сигнализация и управление модулей MKKT

Структура условного обозначения MKKT показана на рис. 2.8.4. Номенклатура выпускаемых MKKT содержит несколько десятков исполнений (и постоянно расширяется), основные параметры которых выбираются из следующего ряда. Для модулей MKKT с силовыми

транзисторами типа MOSFET: напряжение коммутируемой сети — 24 В, 48 В, 110 В, 220 В; номинальный коммутируемый ток (максимальный импульсный коммутируемый ток) — 2(10) А, 5(25) А, 10(50) А, 20(100) А, 30(120) А, 40(180) А, 60(240) А, 80(300) А, 100(360) А, 120(480) А, 160(600) А, 200(750) А, 250(900) А, 300(1200) А. Для модулей MKKT с силовыми транзисторами типа IGBT: напряжение коммутируемой сети — 380 В, 540 В; номинальный коммутируемый ток (максимальный импульсный коммутируемый ток) — аналогично исполнениям с транзисторами MOSFET.

Модули имеют два конструктивных исполнения, показанных на рис. 2.8.5. Исполнение типа «а» предназначено для подключения питающих и управляющих токоведущих проводников сечением от 0,5 до 2,5 мм2, исполнение типа «б» — для проводников сечением от 0,08 до 0,5 мм2.

Рис. 2.8.5. Конструктивные исполнения модулей MKKT

Модули MKKT выпускаются в четырех классах с разными время-токовыми характеристиками (рис. 2.8.6). Классы модулей отражают временные параметры их срабатывания в процессе возникновения перегрузок и коротких замыканий. Класс «0» — самый быстродействующий, класс «30» — самый медленный. Для класса «0» время срабатывания защиты по критерию /> 1,5/ном составляет 5 мс, по критерию / > 3/ном — 1,5 мс, по критерию I> 4/ном — 10 мкс.

Конечно, зачастую разработчики преобразовательной техники предпочитают конструировать схемы отключения нагрузки самостоятельно, не прибегая к использованию готовых ЭП (MKKT). И, тем не менее, познакомившись с этими замечательными элементами, имеет

Рис. 2.8.6. Время-токовые характеристики модулей MKKT

смысл включить их в свой арсенал при выполнении современных высокотехнологичных проектов — ведь применение готовых модулей позволяет резко сократить номенклатуру электронных компонентов и, в конечном итоге, снизить себестоимость серийной продукции.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты