Elektronische Lichtbogenunterdrücker: Kritischer Schutz für Schaltsysteme und SVGs

Elektronische Lichtbogenunterdrücker: Kritischer Schutz für Schaltsysteme und SVGs

Die größte Herausforderung: Zerstörerische Lichtbögen

Wenn mechanische Schalter (Schütze, Relais, Leistungsschalter) oder Halbleiter (IGBTs, Thyristoren) den Strom unterbrechen – besonders in induktiven Gleichstromkreisen – gespeicherte magnetische Energie ( 1/2*LI^2 ) erzeugt extreme Spannungsspitzen (V= − Ldi/dt ). Dadurch wird die Luft zwischen den Kontakten ionisiert, was zu einer anhaltenden Lichtbögen Das:

· Kontakte erodieren/verschweißen,

· Erzeugen Sie zerstörerische elektromagnetische Störungen,

· Verursacht Systemausfälle oder Brände.

Funktionsweise von Lichtbogenunterdrückern

Lichtbogenunterdrücker leiten diese Energie ab weg von Schaltelementen über drei Hauptmethoden:

1. Freilaufdioden (Am häufigsten bei Gleichstromlasten):

O In Sperrrichtung vorgespannte Diode über induktiven Lasten (z. B. Motorspulen).

O Beim Öffnen des Schalters spannt die induzierte Spannung die Diode in Durchlassrichtung vor und erzeugt so einen Pfad mit geringem Widerstand.

O Energie wird als Wärme durch den Widerstand der Last abgeleitet, Klemmspannung bei ~0,7 V – Beseitigung von Lichtbögen .

2. RC-Stoßdämpfer (Universeller Schutz):

O Widerstands-Kondensator-Netzwerk über Schalter .

O Der Kondensator absorbiert den Stoßstrom beim Abschalten und begrenzt die Spannungsanstiegsrate (dV / dt).

O Der Widerstand leitet gespeicherte Energie ab und dämpft Schwingungen.

3. TVS-Dioden/MOVs (Transiente Klemmung):

O Klemmen Sie Spannungen über einem Schwellenwert (z. B. 400 V) während Abschalttransienten schnell.

O Wird zusammen mit Dämpfern für hochenergetische Spannungsspitzen verwendet.

Lichtbogenunterdrückung in Statische Var-Generatoren (SVGs)

SVGs – entscheidend für die Stabilisierung der Netzspannung/des Leistungsfaktors – verwenden Hochleistungs-IGBTs, die mit kHz-Frequenzen schalten, um Blindleistung einzuspeisen/aufzunehmen. Die Lichtbogenunterdrückung ist hier nicht verhandelbar Aus drei Gründen:

1. Hohe di/dt-Spannung :

O IGBTs schalten 100–1000 Ampere in Mikrosekunden und erzeugen extreme di / dt (z. B. 10–100 kA/μs).

O Unkontrolliertes Abschalten führt zu Spannungsüberschwingern (>2× DC-Busspannung) und birgt die Gefahr eines IGBT-Lawinenausfalls.

2. Schutz von Gate-Treibern :

O Spannungsspitzen werden über die Miller-Kapazität in Gate-Treiberschaltungen eingekoppelt und verursachen:

§ Fehlauslösungen (Shoot-Through),

§ Beschädigung des Treiber-IC.

O TVS-Dioden Klemmen Sie diese Transienten am Gate-Emitter.

3. DC-Link und AC-seitiges Klingeln :

O Die Streuinduktivität in Sammelschienen/Kabeln (Lstray) schwingt beim Schalten mit der IGBT-Ausgangskapazität mit.

O RC-Dämpfer platziert:

§ Über IGBTs hinweg : Grenze dV / dt beim Ausschalten (z. B. 1–5 Ω + 0,1–1 μF).

§ Zwischenkreisklemmen : Absorbieren Sie hochfrequentes Klingeln (z. B. 10 Ω + 10 μF).

4. Schütze und Vorladeschaltungen :

O Bei Gleichstromschützen, die SVG-Kondensatoren trennen, kommt es zu starken Lichtbögen.

O Hybridlösungen : Vorladewiderstände + RC-Snubber + MOVs sorgen für eine sichere Ein-/Ausschaltung.

Warum es wichtig ist in SVGs (Statischer Var-Generator)

· Zuverlässigkeit : Verhindert IGBT-/Kontaktfehler durch kumulative Lichtbogenschäden.

· Effizienz : Reduziert Schaltverluste und durch elektromagnetische Störungen verursachte Leistungsminderungen.

· Sicherheit : Reduziert das Risiko von Lichtbogenblitzen in schrankgeschlossenen Systemen.

· Einhaltung : Erfüllt die EMI-Standards IEC 61800-3/EN 55011.

Designüberlegungen für SVG-Anwendungen

· Snubber-Energiebewertung : Muss Spitze 1 verarbeiten / 2CV ^ 2 Energie beim Schalten im schlimmsten Fall.

· TVS-Klemmspannung : Unter IGBT VCES einstellen Nennleistung (z. B. 1200 V IGBT → 1000 V TVS).

· Layout : Minimieren Sie Lstray mit laminierten Sammelschienen; platzieren Sie Dämpfungsglieder <5 cm von den IGBT-Anschlüssen entfernt.

Haupttrend : Moderne SVGs integrieren die Lichtbogenunterdrückung in einen mehrschichtigen Schutz – sie kombinieren Dämpfer, aktive Klemmschaltungen und Echtzeitdiagnose, um die Systemlebensdauer auf >20 Jahre zu verlängern.

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