Защита от КЗ, Разработка блока коммутации нагрузки с защитой от перегрузки и КЗ Опции

[AlexBel]

Всем привет. Извиняюсь, если пишу не в тот раздел, этот мне показался наиболее подходящим по теме.

Разрабатываю схемы защиты питания трёхфазной (380В) нагрузки от перегрузки и КЗ. В качестве элемента коммутации был выбран транзистор IRG4PH40UD (напряжение коллектор-эмиттер до 1200В, ток до 41А). Драйвер - IR2127. Схема - с сообщением, пока что один канал (одна фаза). Питание - 220В.
Для начала схема была проверена на малой нагрузке (лампа накаливания 40Вт 220В), без имитации КЗ, коммутация сигналом включения драйвера через оптрон. При этом схема работает нормально. Но при увеличении нагрузки (сопротивление нагрузки 20Ом) после 1-3 циклов включения-выключения происходит пробой ключевого транзистора. Пробой не тепловой, транзистор почти не нагревается. Всего было три транзистора и все три вышли из строя почти сразу.
Когда произошёл пробой первого транзистора, схема была запитана через трансформатор от низкого напряжения (24В) с сохранением тока нагрузки порядка 10А - было необходимо посмотреть переходные процессы на осциллографе, для чего требуется гальваническая развязка.
Оказалось, что на коллекторе, при отключении нагрузки, присутствуют выбросы напряжения, в 4 раза превышающие напряжение питания. Т.е. при напряжении питания 24В выбросы составляли порядка 90В. Предполагаю, что это и послужило выходом из строя силового транзистора, так как при питании от 220В выбросы напряжения на коллекторе вполне могли превысить предельно допустимое напряжение 1200В.
В качестве нагрузки используется спираль из нихромовой проволоки, индуктивность которой крайне мала. Все соединения выполнены короткими (до 15см) толстыми многожильными проводами.
Собственно, вопрос - если кто-нибудь занимался разработкой устройства подобного назначения, поделитесь, пожалуйста, опытом - возникали ли подобные проблемы и как они были решены.

С уважением, Алексей.




Сообщение отредактировал AlexBel - Jul 2 2018, 14:18

[pnp_mechanic]

Вопрос к ТС.
А вы рассматривали вариант делать защиту использую симистор. Или вам очень важно быстродействие?

[AlexBel]

Вопрос к ТС.
А вы рассматривали вариант делать защиту использую симистор. Или вам очень важно быстродействие?

Очень важно быстродействие.

Всё же полезно знать , что является рабочей нагрузкой.
Как правило когда речь идёт о 3-х фазной сети.
В первую очередь говорят о защите самой сети.
Тем более когда нагрузка "печка". Или автор использует спираль только для опытов?

Да, спираль - только для опытов. Нагрузкой будет электродвигатель.

При КЗ нагрузки за полпериода сетевой частоты может сработать автомат. Автор же хочет сделать защиту от КЗ более быструю с возможностью автоматического включения после устранения КЗ. И мы снова возвращаемся к вопросу - чем его не устраивают применяемые для таких целей моторные приводы?

Автоматическое включение после устранения КЗ не нужно и, более того, в данном случае, запрещено.
Что касается моторных приводов, я не смог найти их электрическую схему, но, судя по внешнему виду, там применяются обычные автоматические выключатели. Если я не прав, то какие там используются методы отключения и где можно посмотреть электрическую схему?

[wim]

Автоматическое включение после устранения КЗ не нужно

В таких случаях можно использовать расцепитель. S2C-A1, с которым я экспериментировал, отключает нагрузку примерно за 2 мс.

Что касается моторных приводов, я не смог найти их электрическую схему, но, судя по внешнему виду, там применяются обычные автоматические выключатели.

Приводы и расцепители соединяются механически с автоматом. Автомат может срабатывать сам (как автомат), может выключаться принудительно - приводом или расцепителем.

[AlexBel]

В таких случаях можно использовать расцепитель. S2C-A1, с которым я экспериментировал, отключает нагрузку примерно за 2 мс.

Приводы и расцепители соединяются механически с автоматом. Автомат может срабатывать сам (как автомат), может выключаться принудительно - приводом или расцепителем.

К сожалению, как показала практика, быстродействия электромеханического автомата недостаточно - выходят из строя не только маломощные измерители тока, но и довольно мощные симисторы BTA-12. При проверке использовал как раз S2C-A1, причём, для максимального быстродействия, питал его от напряжения около 60Вольт. Быстродействие схемы детектирования тока - порядка 10-15 микросекунд.

В плане моторных приводов, значит, я не ошибся - это просто связка "автомат+расцепитель", т.е. то, что при испытаниях использовал я.

[Herz]

К сожалению, как показала практика, быстродействия электромеханического автомата недостаточно - выходят из строя не только маломощные измерители тока, но и довольно мощные симисторы BTA-12.

Какого же быстродействия Вы хотите добиться? 2 мс - это очень быстро, это всего лишь десятая часть периода сети.
Погоня за быстродействием приведёт к другой проблеме: Ваш прибор будет выключаться от первого чиха. Учитывая обилие импульсных помех в силовых сетях, он будет абсолютно неработоспособен. Предлагаю зайти с другой стороны и принять меры для подавления опасных всплесков напряжений и токов в схеме.

[Егоров]

Предлагаю зайти с другой стороны и принять меры для подавления опасных всплесков напряжений и токов в схеме.

Да, я бы тоже предложил такое. Есть древнее правило у связистов: помеху давят в месте возникновения, а не на приемном конце.