Protección contra cortocircuitos en motores industriales.

- Dec 22, 2018-

Protección contra cortocircuitos en motores industriales.

La tendencia general del mercado de motores industriales es la demanda cada vez mayor de mayor eficiencia, confiabilidad y estabilidad. Los fabricantes de dispositivos de semiconductores de potencia continúan buscando avances en las pérdidas de conducción y los tiempos de conmutación. Algunas compensaciones para aumentar la pérdida de conducción de los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) son: mayores niveles de corriente de cortocircuito, tamaños de chips más pequeños y menor capacidad térmica y tiempos de resistencia al cortocircuito. Esto resalta la importancia de los circuitos de control de puerta y la detección y protección de sobrecorriente. Este documento analiza la implementación exitosa y confiable de la protección contra cortocircuitos en los variadores de motor industriales modernos.

Cortocircuito en entorno industrial.

Los accionamientos de motores industriales tienen un entorno operativo relativamente duro y pueden experimentar altas temperaturas, transitorios de línea de CA, sobrecargas mecánicas, errores de cableado y otras condiciones inesperadas. Algunos de estos eventos pueden hacer que grandes sobrecorrientes fluyan hacia el circuito de alimentación del motor. La figura 1 muestra tres eventos típicos de cortocircuito.

entre ellos:

1 es el inversor a través. Esto puede deberse a la activación incorrecta de dos IGBT de uno de los brazos del inversor, lo que puede deberse a una interferencia electromagnética o falla del controlador. También puede ser causado por una de las fallas / desgaste del IGBT en el brazo, mientras que el IGBT normal permanece cambiado.

2 es un cortocircuito de fase relativa. Esto puede ser causado por una falla de rendimiento, temperatura excesiva o un evento de sobretensión que causa una falla de aislamiento entre los devanados del motor.

3 es un cortocircuito de línea a tierra. Esto también puede ser causado por una falla de rendimiento, temperatura excesiva o un evento de sobretensión que causa una falla de aislamiento entre los devanados del motor y la carcasa del motor. En general, el motor puede absorber corrientes muy altas durante un período de tiempo relativamente largo (milisegundos a segundos, dependiendo del tamaño y tipo del motor); sin embargo, el IGBT, la parte principal de la etapa del inversor de motor industrial, está en cortocircuito. El tiempo de tolerancia es del orden de microsegundos.

Capacidad de resistencia al cortocircuito IGBT

El tiempo de resistencia al cortocircuito IGBT está relacionado con su transconductancia o ganancia y la capacidad térmica del chip IGBT. Las ganancias más altas dan como resultado corrientes de cortocircuito más altas dentro del IGBT, por lo que está claro que los IGBT de ganancia más baja tienen niveles de cortocircuito más bajos. Sin embargo, las ganancias más altas también resultan en menores pérdidas de conducción en el estado, y se deben hacer concesiones. El desarrollo de la tecnología IGBT está contribuyendo al aumento de los niveles de corriente de cortocircuito, pero a la tendencia a reducir el tiempo de resistencia al cortocircuito. Además, los avances en tecnología han llevado a tamaños de chips más pequeños, tamaño de módulo reducido, pero capacidad de calor reducida, lo que resulta en tiempos de tolerancia más cortos.

Además, tiene una gran relación con el voltaje del colector-emisor IGBT, por lo que la tendencia paralela del accionamiento industrial tiende a niveles más altos de voltaje del bus de CC, lo que reduce aún más el tiempo de resistencia al cortocircuito. En el pasado, este intervalo de tiempo era de 10 μs, pero en los últimos años la tendencia ha sido en la dirección de 5 μs 3 y en ciertas condiciones hasta 1 μs.

Además, el tiempo de resistencia al cortocircuito de los diferentes dispositivos también es bastante diferente, por lo que para los circuitos de protección IGBT, generalmente se recomienda generar más margen que el tiempo de resistencia al cortocircuito nominal.

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