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

[Serge V Iz]

>индуктивность которой крайне мала

может, ее просто недооценивают? )

Можно пойти в направлении замедления отключения транзистора или организации вокруг него RC снаббера. Или и того и другого одновременно.

[Voblin]

Дела нечто подобное на DC 220В для коммутации реле, правда использовал полевик. Всё работало без проблем, и транзистор при КЗ оставался цел. Правда токи были порядка 2-3А. Каких либо сильных выбросов не наблюдал, реле разумеется было с диодом, как положено. Вы уверены что не жгёте всё осциллографом, у большинства осциллографов общий подключён к защитному заземлению, а в вашей схеме земля летает, вверх, вниз. Возможно стоит развязывать осциллограф тоже. Попробуйте запитать от постоянки и зашунтировать спираль диодом, как шунтируют релюшки.

[Baza]

Советую завести вторую обратную связь по напряжению прямого падения на ключе.
И скорее всего добавить повторитель на выход драйвера.

я делал подобную схему на россыпухе и полевике....правда на 100Вт

[Voblin]

Советую завести вторую обратную связь по напряжению прямого падения на ключе.
И скорее всего добавить повторитель на выход драйвера.

я делал подобную схему на россыпухе и полевике....правда на 100Вт

Что то типа такого?
http://fancydev.ru/bp/elpr01.htm

Собирал когда-то такое, вполне работоспособная схема. Но с микросхемой лучше.

[Егоров]

Много лишнего понакручено.
Но главное - ищите индуктивность. Выброс на коллекторе может быть только из-за нее.

[Baza]

Что то типа такого?
http://fancydev.ru/bp/elpr01.htm

Собирал когда-то такое, вполне работоспособная схема. Но с микросхемой лучше.

Да, с добавкой пары резисторов, оно.

позволяло при работе на лампу накаливания давать плавный разогрев нити, и исключать работу ламп большей мощности в схеме.
делалось соотношением срабатывания по току и напряжению, фактически ограничивало мощность.

[wim]

если кто-нибудь занимался разработкой устройства подобного назначения

Я не занимался разработкой таких безумных устройств, но свое мнение выскажу:
1) Если даже считать трансформатор подстанции идеальным источником напряжения, от Вашего устройства до него десятки-сотни метров провода, а это десятки-сотни мкГн паразитной индуктивности. Кроме того, даже в бытовой сети допускаются импульсные перенапряжения 1,5 кВ, в промышленной сети - еще больше. Т.е. все это нужно защищать мощными варисторами.
2) Вообще, такие задачи решаются в симуляторе - строите график переходного процесса в координатах ток/напряжение и сравниваете с ОБР своего IGBT.

P.S. Это, вообще, что - "импортозамещение" S2C-CM2/3?

[AlexBel]

>индуктивность которой крайне мала
может, ее просто недооценивают? )
Можно пойти в направлении замедления отключения транзистора или организации вокруг него RC снаббера. Или и того и другого одновременно.

RC-снаббер добавлял, почему-то амплитуда выбросов возрастала. А в плане замедления отключения - нужно будет попробовать, как будут новые транзисторы. Правда, здесь палка о двух концах - плавное отключение должно уменьшить выбросы напряжения, но, при этом, отключение должно быть достаточно быстрым, чтобы ничего не повредилось. Срабатывание автоматов тоже нежелательно.
Что касается индуктивности, то, честно сказать, я её не измерял, но какую индуктивность может иметь, скажем, катушка нагревателя диаметром порядка 10-12мм, длиной примерно 20см из нихрома толщиной 1мм? Можно, конечно, измерить, но, думаю, очень мала.

Дела нечто подобное на DC 220В для коммутации реле, правда использовал полевик. Всё работало без проблем, и транзистор при КЗ оставался цел. Правда токи были порядка 2-3А. Каких либо сильных выбросов не наблюдал, реле разумеется было с диодом, как положено. Вы уверены что не жгёте всё осциллографом, у большинства осциллографов общий подключён к защитному заземлению, а в вашей схеме земля летает, вверх, вниз. Возможно стоит развязывать осциллограф тоже. Попробуйте запитать от постоянки и зашунтировать спираль диодом, как шунтируют релюшки.

Осциллограф использовался только при проверке на низком напряжении при питании через разделительный трансформатор. При проверке на 220В на 40-ваттную лампочку было всё нормально. Конечно, там 2-3А не наберётся...

Советую завести вторую обратную связь по напряжению прямого падения на ключе.
И скорее всего добавить повторитель на выход драйвера.

я делал подобную схему на россыпухе и полевике....правда на 100Вт

Конечно, вторую обратную связь - можно, но это защита от КЗ, а у меня до этого не доходит, тут при обычной коммутации нагрузки проблемы.
А что даст повторитель?

Много лишнего понакручено.
Но главное - ищите индуктивность. Выброс на коллекторе может быть только из-за нее.

Что именно в этой схеме лишнее?
Индуктивность может создаваться нагрузкой из нихрома, постараюсь измерить.

Сообщение отредактировал AlexBel - Jul 2 2018, 08:46

[Serge V Iz]

> скажем, катушка нагревателя диаметром порядка 10-12мм, длиной примерно 20см из нихрома толщиной 1мм?
Или один-два "витка" приличной такой площади, составленных из самой катушки, подходящих проводов, и каких-то ферромагнитных материалов внутри этого дела?

[AlexBel]

> скажем, катушка нагревателя диаметром порядка 10-12мм, длиной примерно 20см из нихрома толщиной 1мм?
Или один-два "витка" приличной такой площади, составленных из самой катушки, подходящих проводов, и каких-то ферромагнитных материалов внутри этого дела?

Я не совсем понял вопрос. Не представляю, как катушка длиной 20см, диаметром 12мм из миллиметрового провода может содержать 1-2 витка. Представьте себе оправку диаметром 12мм. Намотайте на неё толстую нихромовую проволоку с длиной намотки примерно 15см и растяните её до 20см, чтобы не было межвиткового замыкания. Никаких ферромагнитных материалов внутри катушки нет.
Вечером постараюсь выложить фотографию макета с размерами - так будет проще судить.

[wim]

перенапряжение в виде обратной ЭДС.

Нет никакой "обратной ЭДС" - эту чушь придумали английские ученые 19 в. Есть напряжение на выводах катушки.

Сообщение отредактировал wim - Jul 2 2018, 09:18

[wim]

Я, увы, "академиев не кончал" и прекрасно понимаю свой недостаток знаний и опыта в определённых областях - потому и пришёл сюда с вопросами.

Объясняю еще раз - 1 метр сетевого провода это примерно 1 мкГн паразитной индуктивности. Если это непонятно, надо задавать вопросы в другом разделе.

[Plain]

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.

[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