6.3. Системы защиты от перенапряжений.

В силовых полупроводниковых преобразователях различают следующие виды перенапряжений:

внешние перенапряжения, возникающие как со стороны питающей сети, так и со стороны нагрузки;

внутренние перенапряжения, возникающие при коммутациях в преобра­зователях;

перенапряжения, обусловленные эффектом накопления носителей в полупроводниковых приборах при коммутации тока.

Характер и величина перенапряжений зависят от параметров питающей сети, характеристик защитных (коммутационных) аппаратов, параметров пре­образователя и нагрузки, характеристик полупроводниковых приборов. В за­висимости от характера и источника перенапряжений применяют различные системы защит.

1) Защита от атмосферных перенапряжений со стороны питающей сети осуществляется посредством разрядников в сочетании с RC-цепями или лавинными вентилями в зависимости от энергии перенапряжений.

2) Защита от коммутационных перенапряжений осуществляется включе­нием RC-цепочек на входных шинах преобразователей (рис. 6.3.1) или при помощи трехфазного мостового выпрямителя, нагруженного на RC-цепь, с шунтирующим емкость высокоомным разрядным сопротивлением (рис. 6.3.2). Обычно применяют сочетание указанных способов. Так, схема на рис. 6.3.1 обеспечивает ограничение перенапряжений, обусловленных накоплением носителей, и скорости нарастания прямого напряжения на тиристорах, а схема на рис. 6.3.2 - ограничение перенапряжений, возникающих за счет сети или при коммутации токов защитными и коммутационными аппаратами тиристоров.

Параметры RC-цепочек схемы на рис. 6.3.1 должны быть согласованы с параметрами питающей сети и преобразователей.

Для обеспечения удовлетворительного качества переходного процесса величины RC-цепочек определяются по следующим соотношениям:

,

где - приведенная индуктивность рассеяния фазы трансформатора; - эффективное значение фазного напряжения; - критическая скорость нарастания прямого напряжения.

Мощность потерь в активном сопротивлении, обусловленная током переза­ряда конденсаторов при коммутации, и синусоидальной составляющей

,

где ω=2πf.

Параметры RC-цепочки диодно-емкостной схемы (рис. 5.38) рассчитываются по следующим соотношениям:

,

где - ток холостого хода трансформатора, % (зависимость тока холостого хода в зависимости от типовой мощности трансформатора ; - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора.

Величина разрядного сопротивления Rp (рис. 5.38) выбирается из усло­вия: RpC= 1...3 с.

3) Для защиты силовых полупроводниковых вентилей от коммутационных перенапряжений в процессе их переключений, вызванных явлением накопле­ния дырок полупроводниковой структуры, параллельно вентилям включают индивидуальные RC- цепочки. Индивидуальные защитные RC -цепочки не­обходимы при последовательном соединении вентилей, обычно имеющих разное время восстановления. Конденсатор С поглощает пики перенапря­жений при восстановлении обратного напряжения на последовательно вклю­ченных вентилях. Емкость конденсатора С = 0,25...0,5 мкф, а сопротивление резистора R == 10...30 Ом.

Одним из способов защиты от перенапряжении является применение в силовых преобразователях вентилей и тиристоров с контролируемым лавинообразованием. Наиболее эффективны системы защиты от перенапряжений с применением лавинных кремниевых вентилей или нелинейных резисторов (селеновых стабилитронов «Тиректоров»). Применение кремниевых вентилей (диодов и тиристоров) типов ВЛ, ТЛ с контролируемым лавинообразованием позволяет не предусматривать индивидуальных защитных RC -цепочек от перенапряжений.

Выпускаемые отечественной промышленностью кремниевые симметричные ограничители напряжения серии КСОН применяются для защиты управляемых и неуправляемых вентилей от коммутационных перенапряже­ний. Кремниевые ограничители перенапряжений представляют собой прибор с лавинной вольт-амперной характеристикой в обоих направлениях с номи­нальным напряжением 400...2500 В и предельно допустимой энергией рас­сеяния 5...10 Дж в зависимости от типа ограничителей.