Kurzschlussschutz in industriellen Motorantrieben

Kurzschlussschutz in industriellen Motorantrieben

Der allgemeine Markttrend für industrielle Motorantriebe ist die ständig steigende Nachfrage nach höherer Effizienz und Zuverlässigkeit sowie Stabilität. Hersteller von Leistungshalbleiterbauelementen suchen nach Durchbrüchen bei Leitungsverlusten und Schaltzeiten. Einige Kompromisse, um den Leitungsverlust von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) zu erhöhen, sind: höhere Kurzschlussstrompegel, kleinere Chipgrößen und niedrigere Wärmekapazität und Kurzschlussfestigkeit. Dies unterstreicht die Bedeutung von Gate-Treiberschaltkreisen und der Erkennung und dem Schutz von Überstrom. In diesem Artikel wird die erfolgreiche und zuverlässige Implementierung des Kurzschlussschutzes in modernen industriellen Motorantrieben diskutiert.

Kurzschluss im industriellen Umfeld

Industrielle Motorantriebe weisen eine relativ raue Betriebsumgebung auf und können hohen Temperaturen, Wechselstrom-Übergängen, mechanischen Überlastungen, Verdrahtungsfehlern und anderen unerwarteten Bedingungen ausgesetzt sein. Einige dieser Ereignisse können dazu führen, dass große Überströme in den Leistungskreis des Motorantriebs fließen. Abbildung 1 zeigt drei typische Kurzschlussereignisse.

unter ihnen:

1 ist der Wechselrichter durch. Dies kann durch falsches Einschalten von zwei IGBTs eines der Umrichterarme verursacht werden, die auf elektromagnetische Interferenzen oder einen Controller-Ausfall zurückzuführen sind. Es kann auch durch einen der IGBT-Verschleiß / Fehler am Arm verursacht werden, während der normale IGBT eingeschaltet bleibt.

2 ist ein relativer Phasenkurzschluss. Dies kann durch einen Leistungsausfall, überhöhte Temperatur oder ein Überspannungsereignis verursacht werden, das einen Isolationsausfall zwischen den Motorwicklungen verursacht.

3 ist ein Phasenleiter gegen Massekurzschluss. Dies kann auch durch einen Leistungsausfall, überhöhte Temperatur oder ein Überspannungsereignis verursacht werden, das einen Isolationsausfall zwischen den Motorwicklungen und dem Motorgehäuse verursacht. Im Allgemeinen kann der Motor über einen längeren Zeitraum (Millisekunden bis Sekunden, abhängig von der Größe und dem Typ des Motors) sehr hohe Ströme aufnehmen. Der IGBT, der Hauptteil der industriellen Umrichter-Motorstufe, ist jedoch kurzgeschlossen. Die Toleranzzeit liegt in der Größenordnung von Mikrosekunden.

IGBT-Kurzschlussfestigkeit

Die IGBT-Kurzschlussfestigkeit ist abhängig von der Transkonduktanz oder Verstärkung und der thermischen Kapazität des IGBT-Chips. Höhere Verstärkungen führen zu höheren Kurzschlussströmen innerhalb des IGBT, so dass es klar ist, dass IGBTs mit niedrigerer Verstärkung niedrigere Kurzschlusspegel aufweisen. Höhere Gewinne führen jedoch auch zu geringeren Einleitungsverlusten im Staat, und es müssen Kompromisse eingegangen werden. Die Entwicklung der IGBT-Technologie trägt zum Anstieg der Kurzschlussstromniveaus bei, aber die Tendenz, die Kurzschlussfestigkeit zu reduzieren. Darüber hinaus haben technologische Fortschritte zu kleineren Chipgrößen, zu kleineren Modulgrößen, aber zu geringerer Wärmekapazität geführt, was die Toleranzzeiten weiter verkürzt.

Darüber hinaus hat es eine große Beziehung zur IGBT-Kollektor-Emitter-Spannung, so dass der parallele Trend des Industrieantriebs zu höheren DC-Busspannungspegeln führt und die Kurzschlussfestigkeit weiter verringert. In der Vergangenheit betrug dieser Zeitbereich 10 μs, in den letzten Jahren war der Trend jedoch in Richtung 5 μs 3 und unter bestimmten Bedingungen bis zu 1 μs.

Darüber hinaus ist die Kurzschlussfestigkeit verschiedener Geräte auch recht unterschiedlich, so dass es für IGBT-Schutzschaltungen generell empfohlen wird, einen größeren Spielraum als die Bemessungsdauer für Kurzschlussfestigkeit zu schaffen.

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