Защита частотных преобразователей от короткого замыкания Опции

[RustemKZN]

Уважаемые коллеги, есть вопрос по поводу живучести частотных преобразователей. При испытаниях частотного преобразователя (трехфазного на 15 кВт) собственного изготовления выяснилось, что он не выдерживает межфазного короткого замыкания, выходят из строя силовые ключи (замыкания фазы на + или минус DC-шины, вроде, держут, но это не факт, т.к. большую статистику накопить дороговато ). При этом у драйверов есть защита по насыщению силовых ключей, логика защиты на тестовых сигналах работает корректно. Возможно, ключи выходят из строя от перенапряжения в момент броска тока. Не вдаваясь пока в подробности силовой части, хотелось бы узнать насколько реально защитить частотник от короткого замыкания, насколько серийные преобразователи стойки к таким аварийным ситуациям. У нашего частотного преобразователя есть дополнительные аварийные уставки по току и напряжению, но они работают на частоте ШИМ, медленные. Возможно, организовать систему защиты можно иначе...

[ELEKTROS]

Ну вообще-то такие вещи делаются аппаратно, а не програмно (так во всяком случае понял из ваших слов так как есть привязка к ШИМ).

[LII]

При этом у драйверов есть защита по насыщению силовых ключей, логика защиты на тестовых сигналах работает корректно.

На сколько мне известно, IGBT транзисторы могут выдержать лишь ограниченное количество перегрузок, вводящих их в режим насыщения.
Защита, основанная на контроле режима насыщения, требует обязательной реализации периода охлаждения после срабатывания защиты.

[khach]

Синусный фильтр на выходе частотника ограничит скорость нарастания тока при КЗ до уровня, при которых защита успеет сработать.

[somebody111]

Синусный фильтр на выходе частотника ограничит скорость нарастания тока при КЗ до уровня, при которых защита успеет сработать.

Свист. Между сетью и транзисторами звено постоянного тока в виде конденсаторной батареи. В момент кз она вся разрежается и ничего ее не остановит.Вы можете хоть автомат в полноминала ставить - горит из-за невозможности ограничить ток от конденсаторов

На сколько мне известно, IGBT транзисторы могут выдержать лишь ограниченное количество перегрузок, вводящих их в режим насыщения.

Дело не в этом. Все очень сильно зависит от кучи ньюансов:
а) Короткое замыкание в звене постоянного тока в работы. Обычно так: КЗ-выгорает сопля, которая вызвала КЗ-дикое перенапряжение более 1000В на ближайшем транзисторе (d(Lсопли*I)/dt).Далее ,все зависит от того, стоит ли на драйвере активная защита от перенапряжений или нет. Если не стоит, то транзистор выгорает от 1000В+ (пробой). Если стоит, то шансы 50/50: возникшая дуга может случайно открыть ключ в полумосте по помехе через питание, если на драйвере нет супервизора питания (бабах сопли-иголка в питании драйвера до 0В-потенциал затвора с минус 15В до ~0В-наводка на затвор - бабах ключ). Все зависит от расположения точки, в которой произошло КЗ
б) Межфазное КЗ. При правильной организации цепей защиты, с этим проблем нет. Смысл в том, что транзистор может выдержать двухкратный ток в течении ~10мкс. Все цепи защиты должны быть ювелирно настроены на это число. Это касается драйвера, платы, куда приходит сигнал с драйвера об аварии и программы. В программе сигнал об аварии должен моментально быть отработан (не ждать, пока что-то там выполнится, а по самому высшему приоритету: пришел сигнал аварии-переход в прерывание - моментально отключить все). Плюс на этот случай делается защита от высоких токах в фазе. Банально ставятся 2 датчика тока на выход частотника и такая же аппаратная 10мкс защита без замедлений
*И в 1 , и во 2 случае в такие моменты в редких случаях может пересброситься процессор и при инициализации на его ножках может быть что угодно. В итоге оба ключа полумоста при инициализации могут быть открыты. Нужно делать еще аппаратную защиту от этого
** Подводный камень здесь скрыт в том, что 10мкс-ная защита ужасно боится помех даже при номинальных токах,а больше фильтровать нельзя. Если в плате/разводке шкафа/жгута будет хоть что-то непомехоустойчивое, антенна и пр., то защита даст ложное срабатывание

Сообщение отредактировал somebody111 - Jul 8 2017, 15:27

[khach]

Свист.

Синусный фильтр стоит на ВЫХОДЕ частотника. И прекрасно ограничивает dI/dT. Иногда даже просто переделка скалярного частотника в векторный с датчиками тока по фазам на трансформаторах начинала спасть частотник от гибели при межфазном КЗ.

[Plain]

Смысл в том, что транзистор может выдержать двухкратный ток в течении

Ток КЗ вообще-то принимают за бесконечность, так что смысла здесь никакого, обычный азарт, повезёт — не повезёт.

[somebody111]

Синусный фильтр стоит на ВЫХОДЕ частотника. И прекрасно ограничивает dI/dT. Иногда даже просто переделка скалярного частотника в векторный с датчиками тока по фазам на трансформаторах начинала спасть частотник от гибели при межфазном КЗ.

При межфазном кз спасает нормально организованная быстрая защита.Навешивать ненужную фигню вместо организации нормальной защиты не самое лучшее решение.Ну если очень хочется какую-нибудь фигню поставить, поставьте туда предохранители

Ток КЗ вообще-то принимают за бесконечность, так что смысла здесь никакого, обычный азарт, повезёт — не повезёт.

Скорость нарастания тока определяется паразитной индуктивностью конденсаторной стойки, а она там не маленькая.Там это время хорошечно больше 10мкс.Физика там простая:много тока-много тепла и оно не успевает отвестись от кристалла.Если дольше, то жидкий силикон, который окружает кристалл, от температуры в точках соприкосновения с кристаллом, начинает выделять пузырики, ещё больше ухудшающие контакт с кристаллом.Начинается лавинообразный процесс:ещё хуже тепло-еще больше нагрев-еще больше пузырей. Задача этой защиты не только в том, чтобы не дать нагреться кристаллу, но и не допустить образования пузырей, иначе транзистора хватит на 2-3 раза.Если защиты выстроены нормально, то транзистор выдерживает таких кз раз 30 подряд.Дальше пузыри дают о себе знать и транзистор очень быстро разогревается до 100 даже под номиналом и если на драйвере не организована тепловая защита , то будет бах.Если есть-привод отключится по перегреву, но транзистор все равно придётся менять.На 5 лет положить куда-нибудь, пока пузырики не растворяться ^,^

Сообщение отредактировал somebody111 - Jul 9 2017, 10:05

[khach]

Скорость нарастания тока определяется паразитной индуктивностью конденсаторной стойки, а она там не маленькая.

Бред какой. Про снабберные конденсаторы прямо на шинах питания IGBT модулей вы подумали? Именно через них идет фильтрация ВЧ составляющих, а не через электролиты фильтра.

[somebody111]

Про снабберные конденсаторы прямо на шинах питания IGBT модулей вы подумали?

Это не помогает, никак. Я их раньше ставил для перестраховки. Года два назад перестал ставить, потому что вечно выгорают. И вы не поверите - все так же работает. Это как аппендикс - он есть, но толку от него нет и система сама от него избавляется. А от перенапряжений спасает отстроенная активная защита на драйвере

Сообщение отредактировал somebody111 - Jul 9 2017, 16:42

[AlexandrY]

И вы не поверите - все так же работает.

Не, не верим.
Без снабера ни о какой защите от КЗ c дугой не может быть и речи.

Другое дело, что я не встречал еще ни одного частотника который бы мог выдержать КЗ с дугой.
Даже простых контакторов на выходе частотники не выдерживают.
Так что пустой разговор, за разумные деньги защиту от реального искрящего КЗ в частотнике не сделать.

[san822]

Так что пустой разговор, за разумные деньги защиту от реального искрящего КЗ в частотнике не сделать.

Почему нет ? Скорость роста тока при КЗ горазо выше, чем при пусках каких-нибудь двигателей. Ставим датчик Холла на выходе нашего частотника и при желании легко можем отдетектить каким-нибудь DSP аварийный рост тока или любую аномальную ситуацию (типа гармонических искажений тока). Также это позволит реализовать уникальные функции типа "запрограммируй себе предел пускового тока", т. е. комбинировать пропорции между пусковыми токами и скоростью выхода на нужный момент и скорость.

[AlexandrY]

Почему нет ?

Читаю мануал от Semikron и там такой рисунок:

Из него следует что денасыщение происходит за время около 100 нс.
Даже если DSP и успеет что-то увидеть (обычный Corteх M4 за это время даже в контекст прерывания не успеет войти), то у него не будет никаких средств так быстро что либо включить или выключить.
Остается только молится чтобы Vce не превысил критический порог во время денасыщения.
Но дальше ведь еще идет обрывание тока на фазе 4

Тут уже придется мучительно тюнингировать топологию.
И тоже никакой DSP не поможет.

[khach]

Из него следует что денасыщение происходит за время около 100 нс.
Даже если DSP и успеет что-то увидеть (обычный Corteх M4 за это время даже в контекст прерывания не успеет войти

Вот на десатурацию ( выход IGBT из насыщения) реагирует за 100 нс драйвер того транзистора, на котором КЗ. Драйвер выключает транзистор и выставляет сигнал fault. Fault от всех драйверов аппаратно по схеме ИЛИ суммируется и идет на вход break STM32 и переводит таймер в безопасное состояние. Только потом ядро процессора узнает об аварии и будет ее отрабатывать, вернее регистрировать последствия или пытаться перезапустить инвертор.
На вход break так же заводятся аппаратно выход компаратора перегрузки по току, компаратор утечки common node ( обычно это третья обмотка синфазного дросселя между фильтром и силовым транзисторным мостом - если сумма токов по плюсовой и мниусовой цепи не равна нулю, то значит в двигателе или проводах есть утечка и сработает защита по common node)
кстати в STM32F3 много защит интергрировали аппаратно внутрь процессора, советую посмотреть блок схемы в рефмануале.
На холлах и токовых трансформаторах построить защиту с временим реакции 100 нс невозможно, разве что на резистивных шунтах, но для 15 квт такой вариант маловероятен. поэтому остается только десатурация, а ее транзистор обязан выдержать.

[AlexandrY]

Вот на десатурацию ( выход IGBT из насыщения) реагирует за 100 нс драйвер того транзистора, на котором КЗ. Драйвер выключает транзистор и ...

Посмотрите внимательней в даташит на ISO5500.
Функция DESAT срабатывает спустя 250 ns после того как напряжение подскочило уже до 90% от выходного.
Далее у этого драйвера еще задержка распространения более 200 ns
Все что может этот драйвер - это медленно выключить транзистор если он выжил после динамического денасыщения.
Т.е. просто сгладить крутизну тока и соответственно бросок напряжения на этапе 4 как на рисунке у Semicron.

И всем известно что STM32 всегда тащится в хвосте у TI, Infineon и Friscele-NXP в плане управления движками.
Поэтому как правильно строится архитектура цепей защиты смотрите лучше у Kinetis V серии.