Динамо-машины  Конструирование преобразователей, силовые полупроводниковые приборы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

IS, 5

-30 -го -10 о 10 20 1У,к

Рис.69. Биметаллический датчик фирмы Semikron (ФРГ) на 220 В, 10 А

Рис. 70. Типичная характеристика нелинейного резистора с положительным температурным коэффициентом и поле рассеяния характеристик

поврежден за несколько миллисекунд. Обычные низковольтные плавкие предохранители, которые используются для защиты от коротких замыканий сетей и электротехнических устройств, являются слишком медленнодействующими для защиты полупроводниковых приборов.

Для защиты от коротких замыканий силовых полупроводниковых приборов были разработаны специальные сверхбыстродействующие плавкие предохранители. От обычных силовых предохранителей общего назначения они отличаются большей токоограничивающей способностью. Они имеют малые длительности плавления вставки и гашения дуги. Это позволяет обеспечить малую тепловую перегрузку защищаемого диода или тиристора при коротких замыканиях, которая определяется током в течение всей длительности короткого замыкания, включая время плавления вставки и гашения дуги. Сверхбыстродействующие силовые плавкие предохранители позволяют полностью использовать полупроводниковые приборы по номинальному току и обеспечить отключение токов короткого замыкания с такой скоростью, что потери от длительного рабочего тока не оказывают влияния на надежность защиты от короткого замыкания. По сравнению с обычными предохранителями специальные сверхбыстродействующие предохранители имеют меньшие перенапряжения при срабатывании, не угрожающие чувствительным полупроводниковым приборам.

Величина Pt характеризует перегрузочную способность полупроводниковых приборов при коротких замыканиях. Точнее говоря, здесь речь идет о сокращенной записи интеграла jidt. Он определяется для синусоидального импульса длительностью 10 мс. Если плавкий предохранитель должен защищать полупроводниковый прибор, то значение It, необходимое для плавления плавкого элемента предохранителя.

ДОЛЖНО быть меньше допустимого значения It защищаемого прибора.

По сравнению с обычными предохранителями сверхбыстродействующие предохранители проводят ток по значительно меньшему сечению и отключают его с более низкими напряжениями. Поэтому потери в них и их нагрев больше.

Для сверхбыстродействующих предохранителей нет общих стандартов. Существуют лишь технические условия, согласуемые между изготовителями плавких предохранителей и полупроводниковых приборов. Поэтому взаимное сравнение предохранителей различных фирм следует проводить с учетом условий, при которых определяются отдельные параметры.

Общие параметры плавких предохранителей - это номинальное напряжение при указанной частоте, номинальный ток и величина Pt. В соответствии с рекомендацией Международной электрической комиссии МЭК 269 (которая относится к обычным промышленным предохранителям) номинальное напряжение задается эффективным значением и определяется при испытаниях на отключение тока. Оно определяется по восстанавливающемуся напряжению из выражения

восст=1,1 (4)

Некоторые изготовители определяют номинальное напряжение как импульсное, другие отождествляют его с восстанавливающимся напряжением.

Номинальный ток также является нечетко определенной величиной, по-разному определяемой различными изготовителями. Согласно рекомендации МЭК 260, предохранитель при испытаниях нагружается 100 циклами включения - отключения при длительности цикла от 1 до 4 ч в зависимости от величины предохранителя. Номинальным током является такой максимальный испытательный ток, при котором характеристики предохранителя остаются неизменными. В соответствии с некоторыми нормами (например, в ФРГ) предохранитель нагружается при этих испытаниях током 1,05 4ом- При этом уредполагтся, что температура предохранителя не превышает

При выборе предохранителя с учетом всех требований может оказаться, что ни один из стандартных предохранителей не может быть принят. В этом случае целесообразна консультация с изготовителем предохранителей, который может поставить для данной цели специальные предохранители. Их более высокая стоимость должна компенсироваться лучшим использованием полупроводниковых приборов. Часто необходимы очень малые значения Pt, что требует использования корпуса предохранителя больших размеров. В противном случае, при необходимости больших значений Pt, может быть изменена плавкая вставка.

7Й-CS3-1

3*380В/50Ги,

зкзаов/зоги,

7 laquo;-

=4008 - amp;-

Рис. 71. Схемы внутреннего короткого замыкания (а) и внешнего короткого замыкания (б), при которых возникают различные токи в предохранителях

На выбор плавкого предохранителя сильно влияет характер расчетной цепи короткого замыкания. На практике могут быть вероятны различные виды коротких замыканий, и предохранитель не может обеспечить загциту от всех возможных случаев. Подобный пример приведен на рис. 71. В первом случае (рис. 71, а) речь идет о внутреннем коротком замыкании, при котором восстанавливающееся напряжение

восст = = 230 В, (5)

где один из коэффициентов 1,1 отражает неравномерность распределения напряжения между двумя последовательно включенными предохранителями, а второй - коэффициент запаса восстанавливающегося напряжения.

Здесь был бы. достаточен предохранитель с номинальным напряжением 250 В при частоте 50 Гц.

Во втором случае (рис. 71,6) речь идет о внещнем коротком замыкании, которое возникает при срыве инверторного режима вьшрямителя. Как показано на рис. 72, восстанавливающееся напряжение на предохранителе в этом случае равно

(380-у2 + 400)1.1-1.3 .

В эту формулу входит напряжение на электродвигателе, равное 400 В, коэффициент запаса восстанавливающегося напряжения 1,1, коэффициент 0,91 снижения частоты до 32 Гц.

Как видно из формулы, для этого внешнего короткого замыкания номинальное напряжение предохранителя должно быть не ниже 521 В (ближайшее нормализованное напряжение 660 В). Очевидно, что в первом случае защита тиристоров выпрямителя относительно легче, ток короткого замыкания большой и имеет большую скорость нарастания. Предохрани-

-500 -

-WOO

Рис. 72. Кривая напряжения на предохранителе при внешнем коротком замыкании согласно рис. 71,6

тель отключит его за время менее 10 мс. Во втором случае предохранитель работает в более тяжелых условиях. Если такое короткое замыкание возникает часто, лучше включить в цепь постоянного тока быстродействующий выключатель. Если такой случай редкий (имеется электронная защита от срыва инверторного режима), лучшим решением может быть применение предохранителя, который, хотя и не защищает тиристоры от повреждения, отключает короткое замыкание. Для этого используются предохранители на более высокий ток, которые обеспечивают защиту тиристоров при внутреннем коротком замыкании с напряжением 230 В, а не при внешнем с напряжением 521 В. Такое решение позволяет увеличить мощность установки или снизить ее потери.

Предохранитель можно нагрузить номинальным током при соблюдении определенных условий, т. е. обычно при температуре окружающего воздуха 20 С, свободном движении воздуха около предохранителя и при плотности тока в подходящих медных проводах не более 1,6 А/мм. При других условиях ток предохранителя следует уменьшить (в преобразователе обычно до 90-70%).

Предохранители для полупроводниковых приборов выпускаются обычно на номинальные токи от 16 до 630 А. Специальные предохранители выпускаются на токи до 1600 А. При больших рабочих токах предохранители можно включить параллельно. При э-том необходимо следить за равномерным распределением тока в статическом и динамическом режиме. Для того чтобы и при коротком замыкании .ток разделился равномерно, конструкция токопроводов должна быть симметричной.

При параллельном включении двух предохранителей увеличивается в 2 раза не только номинальный ток, но и ток, при котором предохранитель срабатывает через заданное время. Следовательно, общее значение It увеличивается в 4 раза.

в многофазных схемах наиболее полная защита полупроводниковых приборов достигается в том случае, если плавкие предохранители включаются последовательно с каждым полупроводниковым прибором. Но как мы видели на предыдущем примере, короткие замыкания имеют различный характер, и может случиться, что мы не сможем подобрать подходящий предохранитель.

Индивидуальная защита полупроводниковых приборов - дело относительно дорогостоящее. Она сложна в эксплуатации и в конструктивном отношении. Поэтому стремятся уменьшить число плавких предохранителей, установив их в фазовые цепи питания (фазовая защита), причем ток через предохранитель превышает в ,Jl раз ток полупроводникового прибора (по эффективным значениям). Поэтому с точки зрения надежности, а также учитывая прогресс в параметрах полупроводниковых приборов, которые улучшаются быстрее, чем растут их цены, часто целесообразнее недоиспользовать полупроводниковые приборы по току, что хотя и увеличивает цену преобразователя, но при определенных условиях может значительно снизить эксплуатационные расходы и увеличить общую рентабельность эксплуатации оборудования, особенно если речь идет о непрерывном производственном процессе.

Защиту от токовых перегрузок и коротких замыканий во многих случаях можно существенно облегчить и упростить ограничением скорости нарастания и установившегося значения тока короткого замыкания, т. е. ограничением laquo;мощности короткого замыкания raquo; на входе полупроводникового преобразователя. В выпрямителях с сетевыми трансформаторами это достигается автоматически благодаря индуктивному сопротивлению трансформатора. В выпрямителях без трансформатора требуется включение сетевого ограничительного дросселя. При этом необходимо следить, чтобы дроссель при токе короткого замыкания не насыщался, так как иначе он был бы неэффективен. С точки зрения расхода материала более выгодным является применение одного трехфазного дросселя вместо трех однофазных.

При использовании предохранителя в цепи с напряжением меньше номинального напряжения предохранителя может случиться, что при его срабатывании возникнет недопустимое перенапряжение. Например, если при напряжении сети 200 В допустимое перенапряжение равно 500 В, а напряжение на дуге предохранителя может достигать 600 В, то при прерывании предохранителем цепи с индуктивностью может произойти пробой изоляции.

В ЧССР выпускаются сверхбыстродействующие предохранители для защиты силовых полупроводниковых приборов типа PC, Р2 и РЗ объединением ZSE (г. Прага) и предприятием OEZ

(г. Летоград). Они рассчитаны на непосредственное подключение токоподводов к плоским выводам патронов предохранителя, так что их можно соединить непосредственно со сборными шинами. Их можно также использовать с колодкой-держателем, имеющим винтовые зажимы. Вся серия предохранителей разбита на 4 типоразмера.

Предохранители РС25, РС63 и РСЮО имеют цилиндрическую форму. У них нет никакой сигнализации срабатывания предохранителя.

Предохранители Р2 и их модификация РЗ имеют прямоугольную форму, а патрон снабжен сигнализацией срабатывания. Сигнализация представляет собой отдельный трубчатый предохранитель, вставленный в дополнительные упругие зажимы патрона. Этот сигнальный предохранитель обеспечивает визуальную сигнализацию. Можно также установить на него микровыключатель, который обеспечит дистанционную сигнализацию. Сигнализация работает при напряжении не менее

Номинальное переменное напряжение 50 Гц для предохранителей PC, Р2 и РЗ V05 равно 500 В, а номинальное постоянное напряжение 220 В. Предохранители РЗ VIО имеют номинальное постоянное напряжение 600 В, а номинальное переменное напряжение 1000 В и частоту 50 Гц. Ряд исполнений по току приведен в табл. 18.

Предохранители РЗ можно соединять параллельно при условии равенства номинального тока обоих предохранителей и различия в падении напряжения на этих предохранителях не более 5%. Это позволяет расширить ряд исполнений на-500, 630 и 800 А.

Характеристики предохранителей приводятся в каталогах изготовителей. Там же указывается и их токоограничивающая способность. Номинальная отключающая способность пре-до-хранителей при напряжении 500 В составляет 100 кА, при постоянном напряжении 220 В она равна 50 кА. Предохранители РЗ V10 при переменном напряжении 1000 В отключают ток 60 кА, при постоянном напряжении 600 В ток до 50 кА. В

Таблица 18. Ряды номинальных таков пШавкнх предохранителен