Ние мислим за защитата на честотния преобразувател - Автоматика, Челябинск, официален уебсайт на дилъра на Delta
Фактите на отказ на честотни преобразуватели в случай на късо съединение на изходните вериги и при наличие на функция за защита от късо съединение в честотния преобразувател предизвикват много спорове както по отношение на факта, че защитата работи, така и по отношение на допълнителни външни устройства, които помагат за защита на честотния преобразувател. Когато управлява двигателя, честотният преобразувател измерва тока в две или три изходни фази (достатъчно за диагностициране на свръхток в третата, но не открива прекъсване на фазата) и когато токът надвиши зададената номинална стойност, той предприема действия за защита на задвижването. Ако говорим за свръхток, който не е свързан с късо съединение (натоварването на двигателя не се е увеличило рязко), може да работиактивна защита, която намалява тока чрез намаляване на честотата и напрежението, подавани към двигателя. Ако не се използва активна защита, тогава работипърво ниво на защита (работата е подобна на термично освобождаване, обратна квадратична зависимост от тока във времето при токове до 1,8-2 пъти). Ако токът достигне 1,8-2 пъти номиналната стойност, работисвръхтоковата защита, която изключва IGBT модулите (за време не по-голямо от 10 µs), прекъсвайки токовата верига през двигателя.
Защитните функции, налични в преобразувателя, функционират ефективно в различни аварийни ситуации, включително късо съединение във веригите на товара (в захранващия кабел или в електрическия мотор), НО инверторът все още може да се повреди при определени условия на протичане на ток (например по време на късо съединение). Токовете на претоварване по време на къси съединения, както и скоростта на нарастване на тока, могат да достигнат стойности, при които съществува риск от повреда на честотния преобразувател. IGBT транзисторите, подобно на изправителните диоди на честотния преобразувател, по своята същност саограничени в свръхток (обикновено 6 пъти в рамките на 10µs), генериран от късо съединение, както итермичен капацитет на нагряване I^2t.Първият случай - когато самите собственици на честотникаизмамят защитата. При честа поява на свръхток (заклинващ механизъм) защитата не нулира грешката и блокира пускането на честотния преобразувател, докато не определи условията за стартиране на инвертора от термичния модел. С изключване на захранването защитата нулира натрупаната информация и подведена позволява на устройството да стартира. Повтарящият се свръхток причинява разрушително нагряване на IGBT транзисторите и повреда на инвертора.Втори случай -късо съединение е най-лошата ситуация за устройството. Скоростта на нарастване на тока в случай на изходно късо съединение, като първо приближение, се определя от индуктивността на веригата на късо съединение (разсеяна индуктивност на шините или проводниците до точката на късо съединение) и захранващото напрежение на изходните IGBT модули, а крайният ток е общото съпротивление на веригата на късо съединение, най-големите компоненти на което ще бъдат контактното съпротивление на контактите на превключващите устройства. U = 540 V - напрежение на DC връзката, L = 0,2 μH - паразитна индуктивност на веригата на късо съединение. Скоростта на нарастване за тези параметри е 2500 A/µs. По този начин скоростта на нарастване на тока по време на късо съединение на изхода на преобразувателя е много висока: за по-малко от една микросекунда токът достига стойност, която надвишава номиналната стойност няколко пъти. Излагането на IGBT на такъв ток най-вероятно ще го унищожи, дори и при добра защита от късо съединение, чието време за реакция е много по-дългопродължителността на процеса на нарастване на тока е приблизително 10 μs. В зависимост от момента на възникване могат да се класифицират два вида късо съединение, които се различават съответно по характеристиките на токовия поток и степента на текущо натоварване на IGBT транзистора: 1) IGBT транзисторът се включва (отваря) към вече съществуващо късо съединение в товара. 2) Късото съединение на изхода на преобразувателя възниква, след като IGBT транзисторът вече е включен.
Във втория случай колекторният ток нараства рязко за части от микросекунда. Процесът на текущо нарастване в тази фаза е неконтролируем. Токът на транзистора се повишава до много високо ниво Iscmax и наличието на IGBT транзистор при такъв ток може да доведе до термично прегряване и повредата му за по-малко от 1 µs, т.е. още преди началото на защитната функция, чието време за реакция е ≈ 10 µs. Разпределената индуктивност на кабела (за мощност 30 kW и дължина 50 m = 0,24 μH / m) на тока на късо съединение, участващ в контура, има голямо влияние върху нарастването на тока на късо съединение. Текущата скорост ще бъде 20 A / µs, за време от 10 µs токът ще се увеличи с 200 A. Дори ако текущият ток на IGBT транзистора е равен на номиналния ток, т.е. 150 A, тогава постигането на токастойността 150 A + 200 A = 350 A не представлява опасност за транзистора (кратността на тока за 10 µs е 6).
Така в първия случай е възможна повреда при многократно включване, тъй като, когато се вземе предвид кабелът, защитата все още успява да изключи IGBT транзистора от тока на късо съединение, въпреки че намалява живота на модула, а във втория случай е възможна повреда дори при първата поява на късо съединение. Индуктивността дори на най-простияdU/dt индуктор е 0,12 mH, което води до увеличение на тока от 2,3 A/µs, когато се има предвид 10m кабел. За време от 10 µs при скорост на нарастване от 2,2 A/µs, токът на IGBT транзистора ще се увеличи с около 23 A, което е доста безопасно за IGBT модула. Многопроизводители на честотни преобразуватели предлагат да се използват бързодействащи предпазители (OEZ, BUSSMAN)или прекъсвачи с характеристика "B" (3-5 пъти защита от свръхток) на електронно или термично магнитно изключване за защита на инвертора. Защитните устройства за инвертори решават главно две задачи:предотвратяване на разрушаване, топене и, което е изключително опасно, запалване на изолацията на захранващото и инструменталното окабеляване при свръхток, което може да възникне по време на вътрешни къси съединения, както и, ако е възможно, ограничаване на токовите натоварвания във входните вериги на полупроводниковите устройства на инвертора (токоизправителни мостове). Както беше изчислено по-горе,ефективността на вградената защита е много по-висока от ефективността на предложените устройства за изключване на IGBT транзистори, за да се предотврати изгарянето на IGBT модула, плюс наличието на голям капацитет на DC връзката частично изключва "мрежовото" късо съединение от веригата, което влияе върху забавянето на растежаток в захранващата верига на инвертора от момента на нарастване на тока в самия IGBT модул. Остава само защита срещу възникване на пожар и свръхток в неконтролираната част на инвертора (която може да стане и веригата на IGBT модулите при "къс" топлинен пробив). Възникват въпроси - до каква степен защитното устройство предпазва токоизправителния мост от повреда? Кое е по-добро - предпазител или прекъсвач? Характеристиките на изключване на електрическите устройства, предлагани от производителите на инвертори като инверторни защитни устройства - бързодействащи предпазители Bussman JJS и стандартни прекъсвачи с характеристика "B" на комбинирано освобождаване, например от ABB, показват еквивалентността на защитата. Ако вземем за критерий за избор работния ток на електрическия апарат за време на работа от 0,01 сек. (продължителност на полупериода на мрежовото захранващо напрежение с честота 50 Hz), то на практика предпазителите и прекъсвачите с характеристика "В" са еквивалентни. Когато избирате защитно устройство, трябва да вземете предвид факта, че ако устройството изпълнява I^2t защита, тогава номиналният ток на устройството трябва да бъде избран малко по-голям от номиналния входен ток на инвертора. Това се дължи на нелинейното (неравномерно) потребление на ток от мрежата от честотния преобразувател, което се изразява в погрешно сработване на защитата поради превишаване на токови импулси по-големи от номиналния ток, които защитата интегрира като ток на претоварване. Защитата от свръхток на устройствата често се справя със зареждащия импулс на кондензаторите на DC връзката, а I^2t защитата на устройството е по-висока или равна на собствената I^2t на инверторната защита, което също няма да доведе до неприятна изненада. Токът на късо съединение през захранващата мрежа се дължи на индуктивността и съпротивлението на самата мрежа, така че за случаитесвързване на инвертора към трансформаторс мощност по-висока от 1000 KVA, производителят препоръчва инсталиране на мрежов дросел, за да се предотврати ситуацията на неотваряне на късо съединение от защитното устройство (токът е по-висок от Icu на максималния ток на изключване на устройството е по-нисък от планирания ток на късо съединение).Всъщност използването на по-ефективни инструменти за защита на входа допринася за безопасността не само на захранването, но и на платките на честотния преобразувател в случай на късо съединение на изхода, което ще доведе само до подмяна на захранващи модули, а не до пълна подмяна на честотния преобразувател.