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

[AlexBel]

Извиняюсь за дезинформацию - сейчас добрался до макета, сделать фото - длина одной катушки нагрузки (растянутой) порядка 30см, диаметр намотки 15мм, при проверке использовалось две катушки, включённые последовательно, т.е. порядка 20Ом. Завтра постараюсь измерить их индуктивность. Ещё раз извиняюсь.
Устройство планируется использовать с электродвигателем, т.е. с индуктивной нагрузкой, имеющей индуктивность во много раз большую, чем используемая на макете катушка из нихрома. И если даже индуктивность этой катушки вызывает такие последствия, то с электродвигателем точно ничего хорошего не получится.

Естественно, схема негодная — в цепи нагрузки сперва надо замедлить изменение тока, добавив известную индуктивность, а затем утилизатор энергии всех паразитов при отключении — например, диод, конденсатор и резистор. А поскольку этот утилизатор явно не резиновый, его требуется защитить таймером повторного включения.

Поясните, пожалуйста, насчёт таймера повторного включения. Если про повторное включение нагрузки после КЗ - оно не планируется автоматическим, как минимум - после полного отключения всего устройства.

Сообщение отредактировал AlexBel - Jul 2 2018, 14:21

[wim]

повторное включение нагрузки после КЗ - оно не планируется автоматическим

Интересуюсь спросить - зачем тогда нужна такая сложная и потенциально ненадежная схема и чем не устраивает расцепитель автоматического выключателя?

[AlexBel]

Интересуюсь спросить - зачем тогда нужна такая сложная и потенциально ненадежная схема и чем не устраивает расцепитель автоматического выключателя?

Управление двигателем производится не приведённой схемой (это только защита), а блоком коммутации нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоят симистор и датчик тока. При КЗ успевает выйти из строя датчик тока и, иногда, симистор. Симистор (BTA12) пробивается, датчик тока (ACS712) просто разрывает. И автомат на 25А при этом не спасает. Т.е. он срабатывает, но когда уже на плате коммутатора произошли разрушения. Поэтому пришлось искать более быстрые средства отключения.

Никакого сарказма. Катушка - это виток или несколько витков (потоки которых сцеплены) проводника. Ее индуктивность растет вместе с эффективной площадью. Учитывая, что площадь такого контура, со спиралью в 20 см и неизвестно какой длины концами кроме спирали в страшное число раз больше площади "обычной" индуктивности, которую можно найти где-нибудь на печатной плате...
--
Пока писал, появилась иллюстрация. А для торможения двигателя, возможно, стоит сделать два ключа: один для отключения от цепи питания, другой - для короткого замыкания обмотки (ок), в котором, заодно и все эти индуктивные выбросы поглотятся. Ну, если нет механических причин не тормозить слишком резко.

Тормозить двигатель нет вообще никакой необходимости, основная задача - как можно быстрее отключить нагрузку от питания при КЗ.
Индуктивность постараюсь завтра измерить и отписаться здесь - согласен, что без цифр разговор получается... в общем, беспредметный.

[_gari]

Управление двигателем производится не приведённой схемой (это только защита), а блоком коммутации нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоят симистор и датчик тока. При КЗ успевает выйти из строя датчик тока и, иногда, симистор. Симистор (BTA12) пробивается, датчик тока (ACS712) просто разрывает. И автомат на 25А при этом не спасает. Т.е. он срабатывает, но когда уже на плате коммутатора произошли разрушения. Поэтому пришлось искать более быстрые средства отключения.

Пусковой ток двигателя порядка 15-17 ампер, не очень большой. Дело в том, что через схему защиты предполагается питать не только двигатель, но и другие, менее мощные нагрузки. Именно в их коммутаторах при КЗ в нагрузке выходят из строя симисторы и датчики тока. В коммутаторе двигателя используются более мощные симисторы и датчики тока, которые при КЗ (с использованием автоматов) выживают.

как-то не складывается выделенное в общую картину.
если речь идет об автомате (25А), то нужно приводить его характеристику, т.е. что на нем написано В,С,Д

Если пусковой ток двигателя 15-17А зачем автомат на 25А? У С16 ток быстрого отключения не менее 80 и не более 160А, для В16 48-80А

И ACS712 и BTA12 выдерживают импульсный ток до 100А минимум 20 мс, но если влепить в защиту С25 с током отключения от 125А до 250А, так чего вы хотите?

Т.е. вполне возможно, что нет никакой проблемы, кроме правильного выбора автомата защиты.
Скорее всего, ТС следует ставить в цепь защиты автомат с характеристикой В10 или С10

зы. вообще стоит учитывать, что понятие "предохранитель" в американской и европейской традиции (стандартах) это две большие разницы и автоматы следуют американской

Сообщение отредактировал _gari - Jul 27 2018, 04:26