|
Источник: http://tgv.ulstu.ru/library/t_literature/collections_conf/4rstc_energo/4rstc_energo_1/c040/ Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей электрической энергииЕ.М. Силкин, М.Е. Силкин
Взаимное влияние и связь силовой и информационной частей полупроводникового преобразователя электрической энергии требует уделять особое внимание вопросам их электромагнитной совместимости и защиты от помех, вызываемых всплесками и скачками напряжений и токов при коммутациях силовых вентилей. Частотный спектр и уровень выделившейся при коммутации силового вентиля энергии в мощном преобразователе весьма велики, и генерируемые помехи могут как распространяться по соединительным проводам, так и излучаться в пространство. При этом пути распространения помех и наводок трудно выявить. Они могут включать, например, сетевые трансформаторы питания электрических подстанций, трансформаторы питания системы управления преобразователя, импульсные трансформаторы цепей управления вентилей, трансформаторы и резисторы цепей обратной связи, паразитные емкости монтажа между цепями, относящимися к различным частям преобразователя и т. д. Значительные генерируемые помехи нарушают работу информационной части и могут приводить к потере управляемости, автоколебаниям и электрическим перегрузкам в силовой и информационной части преобразователя. Взаимное влияние работающей аппаратуры непредсказуемо. Причины сбоев в самой информационной части преобразователя зачастую просто не удается обнаружить. Особенно, если в качестве элементной базы в силовой части используются вентили с регенеративным механизмом переключения, например, SCR, GTO-тиристоры, которые остаются наиболее распространенными типами приборов для преобразователей электрической энергии большой мощности (источники питания индукционных нагревателей, преобразователи частоты для озонаторов, выпрямители для мощных электроприводов постоянного и переменного тока и другие). Известны случаи, когда пуско-наладочные работы при вводе в эксплуатацию даже серийно выпускаемых тиристорных преобразователей в конкретных условиях выполнялись в течение значительных промежутков времени из-за проблем обеспечения электромагнитной совместимости. Вновь разработанный преобразователь, имеющий фактически правильную электрическую схему, может оказаться неработоспособным, если при его проектировании вопрос электромагнитной совместимости исследован недостаточно полно. Основные методы борьбы с помехами в вентильных преобразователях можно условно разделить на схемотехнические, алгоритмические (управления) и конструктивные. Всегда необходимо стремиться к снижению исходного уровня и влияния генерируемых помех за счет оптимального выбора электрической схемы, элементной базы, способа управления и регулирования, рациональной компоновки конструктивных частей и монтажа преобразователя. Необходимо, например, использование в системе управления мощного преобразователя интегральных схем с повышенной помехоустойчивостью, формирование оптимальных траекторий рабочей точки полупроводниковых вентилей, обеспечение коммутаций вентилей при низких или нулевых значениях тока и напряжения. Для уменьшения коммутационных всплесков (провалов) напряжения целесообразно применение магнитосвязанных реакторов в сетевых проводах питания преобразователя, дросселей насыщения, включаемых последовательно с вентилями, RC и RCD-цепей с рекуперацией энергии в питающую сеть или нагрузку, нелинейных ограничителей напряжения (варисторов, КСОН), помехоподавляющих конденсаторов, подключаемых к входным и выходным выводам преобразователя, шунтирующих сигналы высокочастотных помех на корпус преобразователя. Для гарантированного отпирания SCR-тиристоров и поддержания регенеративного процесса переключения необходимо обеспечивать минимальные длительности импульсов управления 12-18 мкс (например, в инверторах тока повышенной частоты). В схемах с большой индуктивной нагрузкой, а также в выпрямительных устройствах, работающих на противо-направленную ЭДС, или преобразователях частоты со звеном постоянного тока при питании от сети 50 Гц необходимо поддержание на управляющем электроде тиристора сигнала управления длительностью более 2 мс для обеспечения гарантированного включения и отсутствия пропусков в работе тиристоров. Помехи, излучаемые в эфир, подавляются компоновкой электростатических и магнитных экранов. Уменьшения влияния наводок можно добиться минимизацией площадей соединительных контуров. Последовательно с входной цепью тиристора включают быстродействующий диод, который поднимает порог отпирания на величину напряжения смещения, что повышает помехоустойчивость схемы. Параллельно входной цепи тиристора устанавливают дополнительную RC-цепь, шунтирующую сигнал высокочастотной помехи. Импульсный трансформатор размещают в непосредственной близости от тиристора и подключают с применением экранированной витой пары. При этом экран соединяют с катодом тиристора. Исключают использование общих цепей связи между силовыми выводами катода тиристора и выводом, относящимся к линии управления. Импульсные трансформаторы тиристоров выполняют с экранными обмотками. Экранные обмотки (экранирующую изоляцию) соединяют с общей точкой выходного каскада, корпусом преобразователя и катодом тиристора. Используют двойную гальваническую развязку информационной части и входной цепи тиристора с помощью импульсного трансформатора и оптрона. При этом применяют специальный развязывающий печатный узел на дискретных элементах, имеющий отдельный общий трансформатор (источник) питания, к выводам которого подключают импульсные трансформаторы всех тиристоров преобразователя. Каналы управления печатного узла должны иметь общие выводы земли до и после развязывающих оптронов. Общие точки всех печатных узлов информационной части преобразователя, имеющие собственные источники питания, соединяют между собой. Трансформаторы питания печатных узлов подключают через помехоподавляющие дроссели к питающей сети до магнитосвязанных реакторов в силовой части преобразователя. Трансформаторы выполняют с экранирующей изоляцией, выводы которой соединяют с корпусом преобразователя. Для снятия переменного сигнала обратной связи используют каскадное включение трансформаторов обратной связи. Трансформаторы обратной связи должны иметь экранирующую изоляцию. Выводы экранов соединяют с одной из общих точек соединения трансформаторов и с корпусом преобразователя. Для снятия постоянного сигнала обратной связи применяют гальваническую развязку, функционирующую по принципу "модулятор-демодулятор". Рассмотренные методы решения проблем электромагнитной совместимости использованы при проектировании преобразователей частоты со звеном постоянного тока серии ТСПЧ-Р-U-F-УХЛ4-И для питания индукционных плавильных печей на мощности 60-250 кВт, частоты 0,5-2,4 кГц и промышленных озонаторов на мощности |