Protezione da cortocircuito nei motori industriali
La tendenza generale del mercato per i motori industriali è la richiesta sempre crescente di maggiore efficienza, affidabilità e stabilità. I produttori di dispositivi a semiconduttore di potenza continuano a cercare innovazioni nelle perdite di conduzione e nei tempi di commutazione. Alcuni compromessi per aumentare la perdita di conduzione dei transistori bipolari a gate isolati (IGBT) sono: maggiori livelli di corrente di cortocircuito, dimensioni dei chip più piccole e minore capacità termica e tempi di tenuta ai cortocircuiti. Ciò evidenzia l'importanza dei circuiti di gate driver e il rilevamento e la protezione da sovracorrente. Questo documento discute l'implementazione efficace e affidabile della protezione da cortocircuito nei moderni azionamenti di motori industriali.
Cortocircuito in ambiente industriale
Gli azionamenti dei motori industriali hanno un ambiente operativo relativamente difficile e possono presentare temperature elevate, transitori di linea CA, sovraccarichi meccanici, errori di cablaggio e altre condizioni impreviste. Alcuni di questi eventi possono causare grandi sovracorrenti nel circuito di potenza del motore. La figura 1 mostra tre eventi tipici di cortocircuito.
tra loro:
1 è l'inverter attraverso. Ciò potrebbe essere causato dall'accensione errata di due IGBT di uno dei bracci dell'inverter, che potrebbero essere dovuti a interferenze elettromagnetiche o al guasto del controller. Può anche essere causato da una delle usure / anomalie IGBT sul braccio, mentre il normale IGBT rimane commutato.
2 è un cortocircuito di fase relativa. Ciò potrebbe essere causato da un'interruzione delle prestazioni, da temperature eccessive o da un evento di sovratensione che provoca una rottura dell'isolamento tra gli avvolgimenti del motore.
3 è un cortocircuito tra fase e messa a terra. Ciò può anche essere causato da un'interruzione delle prestazioni, da temperature eccessive o da un evento di sovratensione che provoca una rottura dell'isolamento tra gli avvolgimenti del motore e la carcassa del motore. In generale, il motore può assorbire correnti molto elevate per un periodo di tempo relativamente lungo (da pochi millisecondi a seconda della dimensione e del tipo del motore); tuttavia, l'IGBT, la parte principale dello stadio inverter a motore industriale, viene cortocircuitato. Il tempo di tolleranza è nell'ordine dei microsecondi.
Capacità di tenuta al cortocircuito IGBT
Il tempo di tenuta al cortocircuito IGBT è correlato alla sua transconduttanza o guadagno e alla capacità termica del chip IGBT. Guadagni più elevati comportano maggiori correnti di cortocircuito all'interno dell'IGBT, quindi è chiaro che gli IGBT con guadagno inferiore hanno livelli di cortocircuito più bassi. Tuttavia, maggiori guadagni comportano anche minori perdite di conduzione a livello statale e si devono fare dei compromessi. Lo sviluppo della tecnologia IGBT sta contribuendo all'aumento dei livelli di corrente di cortocircuito, ma la tendenza a ridurre il tempo di tenuta del cortocircuito. Inoltre, i progressi tecnologici hanno portato a dimensioni più piccole del chip, dimensioni del modulo ridotte, ma ridotta capacità termica, con conseguente ulteriore riduzione dei tempi di tolleranza.
Inoltre, ha una grande relazione con la tensione di collettore-emettitore IGBT, quindi la tendenza parallela del convertitore di frequenza industriale tende a livelli di tensione del bus CC più elevati riduce ulteriormente il tempo di tenuta al cortocircuito. In passato, questo intervallo di tempo era 10 μs, ma negli ultimi anni la tendenza è stata nella direzione di 5 μs 3 e in determinate condizioni fino a 1 μs.
Inoltre, anche il tempo di tenuta in cortocircuito di diversi dispositivi è molto diverso, quindi per i circuiti di protezione IGBT, in genere si consiglia di creare un margine maggiore rispetto al tempo di tenuta nominale del cortocircuito.
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