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...

[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.

[khach]

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 правильно. И если у нас после силового моста на каждой фазе стоят индуктивности или синусный LCR фильтр, то переходный процесс межфазного КЗ растягивается до 5-10 мкс в случае индуктивности без сердечника, а в случае фильтра может и 100 -200 мкс получится. Защита прекрасно успеет сработать. Конечно потом надо дать отдохнуть транзисторной структуре перед повторным включением. Хуже , когда фильтр был выбран без перегрузочного запаса и сердечники фильтра насытились в режиме КЗ - тогда может и не спасти. Поэтому и упомянул защитные индуктивности без сердечника- там проблем с насыщением индуктивности не бывает.
Конечно все это греется, занимает место и стоит денег. Поэтому во многих частотниках таких защитных элементов нет или идут как дополнительная опция.

[AlexandrY]

Все правильно. И если у нас после силового моста на каждой фазе стоят индуктивности или синусный LCR фильтр, то переходный процесс межфазного КЗ растягивается до...

100 ns это 10 МГц. Боюсь сглаживающие индуктивности даже не тестируют на таких частотах.
Обычный контактор даст пачку наносекундных импульсов которые пройдут эти индуктивности как нож сквозь масло.
Я проводил сертификацию частотников с фильтрами. Эти фильтры как мертвому припарки на полосе до 30 МГц.