Convertoare Statice

Lucrarea 2

Protectia dispozitivelor electronice de putere

Notiuni teoretice

Alegerea schemei de protectie a unui convertor static este o problema complexa deoarece ea presupune mai întâi efectuarea unei analize a modului de defectare si apoi stabilirea conditiilor critice care pot aparea. Schema de protectie trebuie sa fie construita tinând cont de un optim economic global, ce rezulta din evaluarea costurilor componentelor deteriorate, valoarea costului reparatiei si a indisponibilitatii pe o perioada determinata a echipamentului din care face parte convertorul.

Protectia convertoarelor se face în general, în curent si în tensiune; se evita cu o probabilitate precisa depasirea curentilor si tensiunilor maxime admise de componentele prezentate în schema convertorului.

Protectia în curent

În convertoarele statice de putere defectele care determina aparitia unor curenti foarte mari sunt, de obicei, scurtcircuitele interne sau externe. Scurtcircuitele sunt cele care apar în circuitul de sarcina, cel mai defavorabil fiind cel la bornele masinii. Componentele supuse celor mai severe solicitari sunt cele care se afla în stare de conductie în momentul defectarii. Distrugerea uneia din aceste componente determina de obicei un scurtcircuit.

Protectia minimala de curent indispensabila pentru un convertor, consta în mijloace de deconectare care îl izoleaza de sursa de energie cât mai rapid posibil dupa aparitia curentului de defect.

Este uzual sa se prevada o plaja de curenti pentru care sistemele de protectie simulate sunt simultan eficace dupa cum se arata în schema urmatoare, unde valorile curentului sunt date în coordonate logaritmice.

Protectia globala care permite izolarea convertorului de sursele de energie exterioara, nu este suficienta, fiind prea lenta pentru a proteja componentele semiconductoare de putere a convertorului. Pentru componentele cu inertie termica scazuta si cu comportare cvazistatica, visa-vis de încalzirea la scurtcircuit, este indispensabila o protectie suplimentara.

a. Diodele si tiristoare se protejeaza prin legarea în serie a unei sigurante ultrarapide SUR

Siguranta ultrarapida este construita pentru a îndeplini urmatoarele conditii:

- întrerupere sigura si foarte rapida a curentilor de scurtcircuit;

- limitarea amplitudinii si duratei curentului de defect;

- tensiune supra scazuta în momentul întreruperii curentului;

- aplicarea principiului selectivitatii protectiei;

- întretinere simpla cu costuri reduse.

Alegerea sigurantei se face dupa valoarea efectiva a curentului care o strabate si dupa valoarea efectiva a tensiunii care apare la bornele sale dupa functionarea sa. Siguranta asigura protectia dispozitivului, daca sunt îndeplinite urmatoarele conditii:

K(I2t)siguranta/1500 C < (I2t)componenta/1500 C

Ic < IFSM/1500 C sau ITSM/1500 C

Ua < VRRM

Unde: K - factor de corectie dat de constructor;

Ic - curentul limitat taiat de siguranta;

Ua - tensiunea de arc de siguranta;

(I2t)siguranta/1500 C - integrala de curent a sigurantei la 1500 C ;

(I2t)componenta/1500 C - integrala de curent a componentei la 1500 C ;

IFSM (pentru diode), ITSM ¬ (pentru tiristoare), I2t, VRRM sunt caracteristici ale

componentei semiconductoare.

b. Tranzistoarele bipolare, MOS sau IGBT si tiristoarele GTO se protejeaza prin intermediul propriei comenzi. Aceasta metoda consta în supravegherea unui anumit numar de parametrii vitali si în caz de defect sa se plaseze unul sau mai multe componente în starea în care acestea sunt cel mai putin vulnerabile, adica în starea blocata.

Principalii parametrii care se supravegheaza în cazul unui tranzistor de putere care functioneaza în comutatie sunt:

1. În starea de conductie:

- amplitudinea curentului de colector;

- starea de saturatie;

2. În timpul comutatiei la deschidere (blocaj):

- respectarea ariei de comutatie sigura la polarizarea inversa;

3. În starea blocata:

- tensiunea maxima aplicata între colector si emitor;

- tensiunea de polarizare inversa a jonctiunii emitor-baza.

4. În timpul comutatiei la închidere:

- respectarea ariei de comutatie sigura la polarizarea directa.

Pentru tranzistoarele de putere, protectia activa descentralizata este cel mai des utilizata deoarece asigura o protectie totala. Tranzistorul participa activ la propria sa protectie. Circuitul de comanda conventional este înlocuit printr-un circuit integrat inteligent capabil sa asigure, în afara functiei de comanda, supravegherea si protectia tranzistorului.

Pentru IGBT-uri cel mai des utilizata este o metoda de protectie numita „în doi timpi”.

Primul timp: se intervine foarte rapid, pornind de la o informatie de defect care pune tranzistorul într-o situatie de securitate maxima deoarece curentul de colector de defect este limitat prin reducerea imediata a comenzii de grila de la 15V la 10V.