Ochranné prvky pro výkonovou elektroniku

Ochranné prvky pro výkonovou elektroniku Výkonová elektronika - přednášky

Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.

Ochranné prvky a obvody

• Poruchový stav – – – –

některá z veličin v obvodu mimo povolené meze výstupní veličina nemá požadované parametry některý prvek obvodu je poškozen (nemá požadované parametry) chyba v řídícím programu

→ riziko poškození dalších prvků nebo připojených zařízení, zhoršování provozu, rušení ….

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

2


• Poruchy způsobené elektrickými jevy – překročení napětí – • krátkodobé - napěťový průraz (následuje tepelné zničení struktury, kde došlo k průrazu) • dlouhodobé – degradace izolantů (svodové proudy, koróna)

– výkonové (tepelné) přetížení • krátkodobé (nadproud, lokální zničení) • dlouhodobé (přehřátí, degradace dlouhodobým působením teploty)

– nežádoucí ovlivnění pomocí elektromagnetických jevů (EMI) • sekundární indukce napětí (proudu) v řídících obvodech – falešné sepnutí, chybné odchylky v regulaci • negativní vliv na související systémy (napájecí síť, připojená zátěž) • vliv na blízké systémy, které nesouvisí se zařízením výkonové elektroniky


3


• Systémová ochrana před poškozením prvků v obvodu nebo navazujících systému – Dodatečné funkce zařízení, které zajišťují, aby i při poruše nedošlo k překročení mezních parametrů prvků – Ochrana proti přepětí • napětí v požadovaných mezích, odpojení obvodu v případě přepětí

– Ochrana proti nadproudu • nadproudová pojistka (odpojení větve)

– Tepelná ochrana • odpojení napájení nebo zátěže v případě překročení teploty

– Ochrana řídící logiky • vlastní galvanicky oddělené napájení, přenos pomocí optočlenů

– Ochrana proti EMI, – spolehlivost ochrany – vícenásobné jištění


4


• Ochrana proti nadproudu – proudové omezovače, ochrany – • neodpojí větev s nadproudem, doplňkový obvod proud sníží, po skončení přetížení plná funkčnost • řešení provozních přechodových stavů – připojení transformátorů (softstarter), rozběh motorů, nabití kondenzátorů v DC části, negastory (termistory s negativní charakteristikou) • odpojení větve s nadproudem, po změně provozního stavu připojí elektronicky bez zásahu obsluhy nebo s případným zásahem obsluhy, obsluha může být informována

– proudové pojistky • odpojí celou větev v poruše (následně nutný zásah obsluhy) • tavné pojistky (vyměnit celou součástku) • jističe (stačí nahodit)

• pro polovodiče platí norma ČSN EN 60269-4


5


• Parametry pojistek a jističů – nominální proud IN – proud, který je pojistka schopna trvale vést – vypínací schopnost – IK, zkratový proud, který je schopna vypnout • při vyšším proudu riziko svaření vypínacích kontaktů • má být vyšší, než maximální zkratový proud chráněného obvodu

– jmenovité napětí UN (230-690 V) – Jouleův integrál I2t • nastavení podle maximálního povoleného Jouleova integrálu u chráněných prvků

– rychlost vypnutí (3-5 ms pro zkratové proudy) tf t 2 – další parametry – montáž, signalizace vybavení I t   i 2 d 0 – pojistky pro polovodiče – rychlejší (přizpůsobeno přetěžovací charakteristice, vysoká cena(>10 $),


6

Ochranné prvky a obvody • •

charakteristika jističe, pojistky definice vypínacího času – doba, než jistič začne vypínat – k době přičíst dobu, kdy hoří oblouk (10 ms) – normy


7


• Typy tavných pojistek – normalizovaná velikost – trubičkové (přístrojové – 25 mA - 6A) IK do 35 A – závitové (do 63 A, nahrazeny jističi), IK do 10 kA – nožové (do 630 A, IK do 50 kA)

• Nadproudové jističe – elektromagnetická spoušť - magnetický obvod s kontakty pro rychlé odpojení při zkratu na chráněné větvi (velké přetížení, krátké vypínací časy) – tepelná spoušť – doplnění pro vypínání dlouhých přetížení – signalizace stavu kontaktů (riziko spečení kontaktů) – možnost o doplnění o další funkce (proudový chránič)

• zapojení pojistek do obvodu – selektivita – nadřazený jistič musí vypnout při zkratu později (větší nominální proud) Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

8


• Ochrana proti přepětí – Vznik přepětí • vnitřní – při poruše nebo provozním stavu • vnější – statická elektřina (neodborný dotek, atmosférická elektřina

– vznik při provozním stavu – • př. vypnutí proudu induktorem – obvodový návrh (nulová dioda, diak, RCD ochrana)

– při poruše – • použití ochranných součástek – varistor, transil, diak s rizikem, že se po skončení poruchy budou muset vyměnit • podobná ochrana je proti vnějšímu přepětí

• Umístění ochranné součástky – mezi uzly obvodu, kde nesmí být vyšší napětí • vývody součástek, vstupy modulů… • zajištění parametrů přepěťové součástky


9


• Přepěťové prvky – plynová bleskojistka • při překročení napětí výboj uvnitř • Itail – po skončení výboje nosiče náboje v plynu,

– varistor • difúzní napětí na sintrovaných zrnech polovodiče, nízká kapacita C, velká tepelná kapacita, vyšší svodový proud

– transil • 2 přechody proti sobě, vysoká kapacita C, nízký svodový proud

– diak • při sepnutí klesne napětí, vysoké vybíjecí proudy nežádoucího náboje, ztráta i v přívodních vodičích


10


• Parametry přepěťových prvků – maximální pracovní napětí AC, DC – napětí varistoru, spínací napětí bleskojistky Usw – maximální proud (normalizovaná vlna 8/20 µs) – maximální ztrátový výkon PMAX (trvalý) – kapacita C ochranného prvku (omezuje vyšší frekvence) – energie v pulsu (normalizovaná vlna př. 10/1000µs) Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

11


• Normalizovaný průběh napětí


12


• Příklady ochrany zařízení přepětí – vstupní obvody – napětí nesmí překročit napětí zdroje • svod přepětí do zdroje

– přepěťová ochrana • možnost využití i dalších nelineárních prvků – diody antiparalelně, využití difúzního napětí při potřebě omezení do 0.5 V

– vysoké dI/dt, vf rušení - feritová jádra


13


Děkuji za pozornost

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

Ochranné prvky pro výkonovou elektroniku

Recommend Documents