Ochranné prvky pro výkonovou elektroniku Výkonová elektronika - přednášky Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.
Poruchový stav některá z veličin v obvodu mimo povolené meze výstupní veličina nemá požadované parametry některý prvek obvodu je poškozen (nemá požadované parametry) chyba v řídícím programu riziko poškození dalších prvků nebo připojených zařízení, zhoršování provozu, rušení. výuky technických předmětů 2
Poruchy způsobené elektrickými jevy překročení napětí krátkodobé - napěťový průraz (následuje tepelné zničení struktury, kde došlo k průrazu) dlouhodobé degradace izolantů (svodové proudy, koróna) výkonové (tepelné) přetížení krátkodobé (nadproud, lokální zničení) dlouhodobé (přehřátí, degradace dlouhodobým působením teploty) nežádoucí ovlivnění pomocí elektromagnetických jevů (EMI) sekundární indukce napětí (proudu) v řídících obvodech falešné sepnutí, chybné odchylky v regulaci negativní vliv na související systémy (napájecí síť, připojená zátěž) vliv na blízké systémy, které nesouvisí se zařízením výkonové elektroniky výuky technických předmětů 3
Systémová ochrana před poškozením prvků v obvodu nebo navazujících systému Dodatečné funkce zařízení, které zajišťují, aby i při poruše nedošlo k překročení mezních parametrů prvků Ochrana proti přepětí napětí v požadovaných mezích, odpojení obvodu v případě přepětí Ochrana proti nadproudu nadproudová pojistka (odpojení větve) Tepelná ochrana odpojení napájení nebo zátěže v případě překročení teploty Ochrana řídící logiky vlastní galvanicky oddělené napájení, přenos pomocí optočlenů Ochrana proti EMI, spolehlivost ochrany vícenásobné jištění výuky technických předmětů 4
Ochrana proti nadproudu proudové omezovače, ochrany neodpojí větev s nadproudem, doplňkový obvod proud sníží, po skončení přetížení plná funkčnost řešení provozních přechodových stavů připojení transformátorů (softstarter), rozběh motorů, nabití kondenzátorů v DC části, negastory (termistory s negativní charakteristikou) odpojení větve s nadproudem, po změně provozního stavu připojí elektronicky bez zásahu obsluhy nebo s případným zásahem obsluhy, obsluha může být informována proudové pojistky odpojí celou větev v poruše (následně nutný zásah obsluhy) tavné pojistky (vyměnit celou součástku) jističe (stačí nahodit) pro polovodiče platí norma ČSN EN 60269-4 výuky technických předmětů 5
Parametry pojistek a jističů nominální proud I N proud, který je pojistka schopna trvale vést vypínací schopnost I K, zkratový proud, který je schopna vypnout při vyšším proudu riziko svaření vypínacích kontaktů má být vyšší, než maximální zkratový proud chráněného obvodu jmenovité napětí U N (230-690 V) Jouleův integrál I 2 t nastavení podle maximálního povoleného Jouleova integrálu u chráněných prvků rychlost vypnutí (3-5 ms pro zkratové proudy) t f 2 další parametry montáž, signalizace vybavení I t pojistky pro polovodiče rychlejší (přizpůsobeno přetěžovací charakteristice, vysoká cena(>10 $), t 0 i 2 d výuky technických předmětů 6
charakteristika jističe, pojistky definice vypínacího času doba, než jistič začne vypínat k době přičíst dobu, kdy hoří oblouk (10 ms) normy výuky technických předmětů 7
Typy tavných pojistek normalizovaná velikost trubičkové (přístrojové 25 ma - 6A) I K do 35 A závitové (do 63 A, nahrazeny jističi), I K do 10 ka nožové (do 630 A, I K do 50 ka) Nadproudové jističe elektromagnetická spoušť - magnetický obvod s kontakty pro rychlé odpojení při zkratu na chráněné větvi (velké přetížení, krátké vypínací časy) tepelná spoušť doplnění pro vypínání dlouhých přetížení signalizace stavu kontaktů (riziko spečení kontaktů) možnost o doplnění o další funkce (proudový chránič) zapojení pojistek do obvodu selektivita nadřazený jistič musí vypnout při zkratu později (větší nominální proud) výuky technických předmětů 8
Ochrana proti přepětí Vznik přepětí vnitřní při poruše nebo provozním stavu vnější statická elektřina (neodborný dotek, atmosférická elektřina vznik při provozním stavu př. vypnutí proudu induktorem obvodový návrh (nulová dioda, diak, RCD ochrana) při poruše použití ochranných součástek varistor, transil, diak s rizikem, že se po skončení poruchy budou muset vyměnit podobná ochrana je proti vnějšímu přepětí Umístění ochranné součástky mezi uzly obvodu, kde nesmí být vyšší napětí vývody součástek, vstupy modulů zajištění parametrů přepěťové součástky výuky technických předmětů 9
Přepěťové prvky plynová bleskojistka Ochranné prvky a obvody při překročení napětí výboj uvnitř I tail po skončení výboje nosiče náboje v plynu, varistor difúzní napětí na sintrovaných zrnech polovodiče, nízká kapacita C, velká tepelná kapacita, vyšší svodový proud transil diak 2 přechody proti sobě, vysoká kapacita C, nízký svodový proud při sepnutí klesne napětí, vysoké vybíjecí proudy nežádoucího náboje, ztráta i v přívodních vodičích výuky technických předmětů 10
Parametry přepěťových prvků maximální pracovní napětí AC, DC napětí varistoru, spínací napětí bleskojistky U sw maximální proud (normalizovaná vlna 8/20 µs) maximální ztrátový výkon P MAX (trvalý) kapacita C ochranného prvku (omezuje vyšší frekvence) energie v pulsu (normalizovaná vlna př. 10/1000µs) výuky technických předmětů 11
Normalizovaný průběh napětí výuky technických předmětů 12
Příklady ochrany zařízení - přepětí vstupní obvody napětí nesmí překročit napětí zdroje svod přepětí do zdroje přepěťová ochrana možnost využití i dalších nelineárních prvků diody antiparalelně, využití difúzního napětí při potřebě omezení do 0.5 V vysoké di/dt, vf rušení - feritová jádra výuky technických předmětů 13
výuky technických předmětů Děkuji za pozornost Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 výuky technických předmětů, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.