FI122617B - Security arrangements - Google Patents

Security arrangements Download PDF

Info

Publication number
FI122617B
FI122617B FI20105152A FI20105152A FI122617B FI 122617 B FI122617 B FI 122617B FI 20105152 A FI20105152 A FI 20105152A FI 20105152 A FI20105152 A FI 20105152A FI 122617 B FI122617 B FI 122617B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
charging
current
phase
resistors
circuit
Prior art date
Application number
FI20105152A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20105152A (en
FI20105152A0 (en
Inventor
Paavo Merilinna
Kimmo Porkka
Original Assignee
Vacon Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacon Oyj filed Critical Vacon Oyj
Priority to FI20105152A priority Critical patent/FI122617B/en
Publication of FI20105152A0 publication Critical patent/FI20105152A0/en
Publication of FI20105152A publication Critical patent/FI20105152A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI122617B publication Critical patent/FI122617B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1216Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

SUOJAUSJÄRJESTELYPROTECTION ARRANGEMENT

Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on järjestely tehoelektroniikkalaitteen, esimerkiksi taajuusmuuttajan, suojaamiseksi vikatilanteessa. Erityisesti keksinnön kohteena on tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin latausvirtaa rajoittavien vastusten suojausjärjestely silloin, kun tasajännitevälipiirissä tai moottorikaapelissa on maasulku latauksen aikana.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an arrangement for protecting a power electronics device, such as a frequency converter, in the event of a fault. In particular, the invention relates to a protection arrangement of the resistors limiting the charging current of the DC capacitor filter capacitor when the DC bus or motor cable has an earth fault during charging.

1010

Tunnettu tekniikkaPrior art

Taajuusmuuttajien monista vaihtoehtoisista toteutustavoista on PWM-teknologiasta tullut yleisin monien tunnettujen teknisten etujensa vuoksi.Of the many alternatives to converting drives, PWM technology has become the most common due to its many known technical advantages.

15 Ratkaisussa syöttöverkon jännite tasasuunnataan, muodostunut DC-välipiirin tasajännite suodatetaan suurikapasitanssisella kondensaattorilla, ja lopuksi muodostetaan nopeiden tehopuolijohdekytkimien avulla pulsseista koostuva lähtöjännite.15 In the solution, the voltage of the supply network is rectified, the DC voltage of the DC link formed is filtered by a high capacitance capacitor, and finally, by means of fast power semiconductor switches, an output voltage consisting of pulses is generated.

20 Suurikapasitanssisen kondensaattorin takia taajuusmuuttajaa ei voi kytkeä suoraan syöttöverkkoon, vaan kondensaattorit on ladattava ensin rajoitetulla virralla lähes lopulliseen jännitteeseensä suuren kytkentävirtasysäyksen välttämiseksi. Tunnetun tekniikan mukaisesti kondensaattorien lataus järjestetään yleisimmin latausvastusten avulla 25 esimerkiksi kuvioiden 2Aja 2B mukaisesti. Latausvastuksia käytetään joissakin käyttösovelluksissa myös kondensaattorin jännitteen ylläpitoon laitteen ollessa lepotilassa. Normaali tapa on valita samankokoiset vastukset kaikkiin vaiheisiin ^ tasaisen lämpenemisen, komponenttivalikoiman yksinkertaisuuden yms. syyn ^ vuoksi.20 Because of the high capacitance capacitor, the drive cannot be directly connected to the supply network, but the capacitors must first be charged with a limited current to almost their final voltage to avoid a large switching current surge. According to the prior art, the charging of capacitors is most commonly arranged by means of the charging resistors 25, for example as shown in Figs. 2A and 2B. Charging resistors are also used in some applications to maintain capacitor voltage while the device is in sleep mode. The normal way is to select resistors of the same size for all stages ^ for the sake of uniform heating, simplicity of component selection, etc. ^.

CMCM

o 30 o Patenttijulkaisusta WO 2008/031915 on tullut tunnetuksi ns.The patent publication WO 2008/031915 has become known as the so-called.

£ dynaaminen jarrutus, mikä tarkoittaa moottorin liitinten oikosulkemista£ dynamic braking, which means short-circuiting the motor terminals

CLCL

ohjaamalla taajuusmuuttajan lähtövaiheiden ala- tai ylähaarojen tehopuolijohdekytkimet johtaviksi samanaikaisesti. Kytkinten ohjaaminen m ° 35 johtavaksi voidaan järjestää patenttijulkaisun Fl 20085922 mukaisesti ° tapahtuvaksi jo hyvin alhaisella jännitteellä, eli DC-kondensaattorin latauksen ollessa vielä käynnissä.by controlling the power semiconductor switches of the lower or upper branches of the drive output phases simultaneously. The switching of the switches to conductive m ° 35 can be arranged to be carried out at very low voltage according to F 20085922, i.e. while the DC capacitor is still charging.

22

Mekaanisen kolhiintumisen, asennusvirheiden, eristysten ikääntymisen tms. syiden vuoksi käy joskus niin, että taajuusmuuttajan ja moottorin väliseen kaapeliin tai moottorin sisään syntyy maasulku, eli pieni-impedanssinen yhteys vaihejohtimen ja maapotentiaalin välille. Tällaisessa 5 tilanteessa, lähtövaiheen maasulun vallitessa ja dynaamisen jarrun ollessa aktivoituna, muodostuu välipiirin kondensaattorin lataustilanteessa virtapiiri, jossa latausvastuksen virta ei lataakaan kondensaattoria vaan kulkee suoraan latausvastuksen kautta maasulkupisteen ja syöttöverkon välillä (edellyttäen että syöttöverkko on maadoitettu esim. TN-verkot). Tällaisen tilanteen kestäessä 10 riittävän kauan vastus tuhoutuu, koska taloudellinen mitoitus yleensä vaatii vain normaalin kondensaattorin lataustilanteen huomioonottamisen. Latausvastuksen tuhoutuessa taajuusmuuttaja tulee toimintakyvyttömäksi, mikä merkitsee suurta huolto-operaatiota ja pitkää käyttökatkosta.Due to mechanical knocks, installation faults, aging of the insulation, etc., it is sometimes the case that there is an earth fault in the cable between the drive and the motor or inside the motor, i.e. a low impedance connection between the phase conductor and the ground potential. In such a situation, with the output phase earth fault and the dynamic brake activated, an intermediate circuit capacitor charging circuit is formed where the charging resistor current does not charge the capacitor but passes directly through the charging resistor between the earth fault and the supply network. In such a situation, for a sufficient time 10, the resistor is destroyed, since economic dimensioning generally requires consideration only of the normal capacitor charge situation. When the charging resistor is destroyed, the drive becomes inoperable, which means a major maintenance operation and a long downtime.

15 Latauspiirissä on tunnettua käyttää sulakkeita tai johdonsuoja- automaattia ylivirta- ja oikosulkusuojana, ja toivottu tilanne edellä kuvatussa maasulkutilanteessakin on, että ne toimisivat ennen latausvastusten tuhoutumista. Tällöin riittäisi sulakkeiden vaihto tai suoja-automaatin kuivaaminen (itse maasulun poistamisen lisäksi), mikä on huomattavasti 20 vähäisempi toimenpide kuin taajuusmuuttajan korjaaminen tai vaihtaminen.It is known to use fuses or a circuit breaker in the charging circuit as an overcurrent and short-circuit protection, and it is desirable, even in the above-described grounding situation, to operate before the charging resistors are destroyed. In this case, replacing the fuses or drying the circuit breaker (in addition to removing the earth fault itself) would be sufficient, which is considerably less than repairing or replacing the drive.

Ongelma tässä on kuitenkin se, että vikatilanteen latausvirta ei välttämättä ole niin suuri että normaalin latausvirtasysäyksen mukaisesti mitoitettu sulake tai suoja-automaatti toimisi riittävän nopeasti samalla 25 perusteella valitun vastuksen suojaamiseksi. Tämän vuoksi vastukset voidaan joutua mitoittamaan ylisuureksi, mikä lisää kustannuksia ja tilantarvetta.The problem here, however, is that the charge current in the fault situation is not necessarily so high that a fuse or circuit breaker dimensioned according to the normal charge current surge would operate fast enough to protect the selected resistor on the same basis. As a result, the resistors may need to be oversized, which increases costs and space.

^ Keksinnön yhteenvetoSummary of the Invention

(M(M

C\JC \ J

9 30 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen o järjestely tehoelektroniikkalaitteen, esimerkiksi taajuusmuuttajan, suojaamiseksi vikatilanteessa, jolla järjestelyllä vältetään edellä mainitut epäkohdat jaIt is an object of the present invention to provide a novel arrangement for protecting a power electronics device, such as a frequency converter, in the event of a failure, which avoids the aforementioned drawbacks and

CLCL

mahdollistetaan se, että vikatilanteessa latauspiiriä suojaava komponentti, !£ esimerkiksi johdonsuojakatkaisija, varmasti toimii ennen vastusten tai muiden m ° 35 virtareitillä olevien komponenttien vioittumista. Tämä tarkoitus saavutetaan ^ keksinnön mukaisella järjestelyllä, joille on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa. Keksinnön muut edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteina.it is made possible that in the event of a failure, the charging circuit protection component, e.g., a circuit breaker, will surely work before the resistors or other components on the m ° 35 current path are damaged. This object is achieved by an arrangement according to the invention, which is characterized in what is stated in the characterizing part of the independent claim. Other preferred embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.

33

Keksinnön mukaisesti latausvastukset sijoitetaan ainakin kahteen vaiheeseen, ja niiden vastusarvot mitoitetaan siten että yhdessä vaiheessa vastusarvo on selvästi pienempi kuin muissa lataukseen osallistuvissa 5 vaiheissa.According to the invention, the charging resistors are located in at least two phases, and their resistance values are dimensioned such that in one phase the resistance value is clearly lower than in the other 5 phases involved in charging.

Normaalilatauksessa vastukset toimivat sarjassa, ja niiden latausvirtaa rajoittava vastusarvojen summa onkin keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti sama kuin perinteisesti mitoitettujen vastusarvojen 10 summa (tämä pätee silloin kun lataus suoritetaan kahdesta vaiheesta).In a normal charge, the resistors operate in series, and according to a preferred embodiment of the invention, the sum of the resistance values limiting the charge current is the same as the sum of the conventionally dimensioned resistance values (this applies when charging is performed in two steps).

Vikatilanteessa, jossa maasulku on joko moottorikaapelissa tai taajuusmuuttajan välipiirissä, sen sijaan sen vaiheen, jonka latausvastuksen vastusarvo on pieni, vikavirta on niin suuri että latauspiiriä suojaava 15 komponentti, esimerkiksi johdonsuojakatkaisija katkaisee latauspiirin nopeasti suojaten näin ollen vastukset vioittumiselta.In the event of a fault where the earth fault is either in the motor cable or in the drive intermediate circuit, instead of the phase with a low resistor resistance, the fault current is so high that the charging circuit protection component 15 e.g. the circuit breaker quickly cuts off the charging circuit.

Keksinnön soveltaminen ei vaadi johtimia tai laitetta suojaavan komponentin, esim. johdonsuojakatkaisijan, erityistä mitoittamista tai mitään 20 lisäkomponentteja. Se ei siten lisää kustannuksia perinteiseen ratkaisuun verrattuna, mutta poistaa yhden mahdollisuuden laitteen vikaantumiseen.The application of the invention does not require any particular dimensioning of the conductor or device protecting component, e.g., a circuit breaker or any additional components. Thus, it does not increase the cost compared to a conventional solution, but eliminates one possibility of device failure.

Piirustusten lyhyt kuvaus 25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissaBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, the invention will be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

Kuvio 1 esittää taajuusmuuttajan pääpiiriä ja moottoria, ^ Kuvio 2A esittää erästä tunnettua välipiirin latausjärjestelyä, ^ Kuvio 2B esittää erästä tunnettua välipiirin latausjärjestelyä,Figure 1 shows the main circuit and motor of the frequency converter, Figure 2A shows a known intermediate circuit charging arrangement, Figure 2B shows a known intermediate circuit charging arrangement,

CMCM

o 30 Kuvio 3 esittää latausvirtaa ja välipiirin jännitettä, o Kuvio 4 esittää erästä tunnettua dynaamisen jarrun toteutustapaa, g Kuvio 5 esittää virtapiiriä vikatilanteessa,Fig. 3 shows the charging current and the intermediate circuit voltage, o Fig. 4 shows a known embodiment of a dynamic brake, g Fig. 5 shows a circuit in the event of a failure,

CLCL

Kuvio 6 esittää latauspiirin virtoja vikatilanteessa,Figure 6 shows the charging circuit currents in the event of a failure,

Kuvio 7 esittää latauspiirin virtoja vikatilanteessa keksinnön m ° 35 mukaisella latausjärjestelyllä.Fig. 7 shows the charging circuit currents in the event of a failure with the charging arrangement according to the invention m ° 35.

δδ

(M(M

44

Keksinnön yksityiskohtainen kuvausDetailed Description of the Invention

Kuvio 1 esittää tunnettua kolmivaiheisen jänniteohjatun PWM-5 taajuusmuuttajan peruskytkentää, johon kytkentään kuuluvat verkkosilta (tasasuuntaaja) REC syöttöverkon kolmivaiheisen (vaiheet L1, L2, L3) vaihtojännitteen tasasuuntaamiseksi välipiirin DC tasajännitteeksi jota suodatetaan kondensaattorilla Cdc, sekä kuormasilta (invertteri) INU välipiirin tasajännitteen vaihtosuuntaamiseksi kolmivaiheiseksi lähtöjännitteeksi (vaiheet 10 U, V, W). Taajuusmuuttaja voi syöttää esimerkiksi kolmivaiheista vaihtovirtamoottoria M. Kuormasilta INU on kokoaaltosilta, jossa ohjausyksikkö CU ohjaa pulssileveysmodulaatiolla ylä- ja alahaaran ohjattavia tehopuolijohdekytkimiä (normaalisti IGBT), joiden rinnalla on vastarinnankytketyt diodit.FIG. output voltage (steps 10 U, V, W). The frequency converter can supply, for example, a three-phase AC motor M. The load bridge INU is a full-wave bridge where the control unit CU controls pulsed-width modulation of the top and bottom branched power semiconductor switches (normally IGBT) with parallel diodes.

1515

Verkkosilta REC on tässä esimerkkitapauksessa ohjaamaton diodeista koostuva kokoaaltosilta. Verkkosilta voi olla myös ohjattu, jolloin se sisältää samanlaisen kolmivaiheisen ohjattavista vaihekytkimistä koostuvan siltakytkennän kuin kuormasilta INU.In this example, the network bridge REC is a non-controllable diode full-wave bridge. The network bridge may also be controlled so that it incorporates the same three-phase controlled bridge switching as the load bridge INU.

2020

Verkkovirran yliaaltojen rajoittamiseksi verkkosillan ja syöttöverkon välille voi olla kytketty suodatin, joka yksinkertaisimmillaan on kolmivaiheinen AC-kuristin, tai diodisillan tapauksessa voidaan käyttää myös verkkosillan ja DC-välipiirin välille kytkettyä DC-kuristinta.To limit mains current harmonics, a filter may be coupled between the mains bridge and the supply network, which in its simplest form is a three-phase AC choke, or, in the case of a diode bridge, a DC choke coupled between the mains bridge and DC link.

2525

Suotokondensaattorin Cdc huomattavan kapasitanssiarvon vuoksi se on normaalisti ladattava erityisjärjestelyin ennen kuin verkkosillan voi £· yhdistää syöttöverkkoon. Kuviot 2A ja 2B esittävät yleisimpiä latausratkaisuja, ^ jotka perustuvat latausvastusten käyttämiseen.Because of the considerable capacitance value of the discharge capacitor Cdc, it must normally be charged with special arrangements before the network bridge can be connected to the supply network. Figures 2A and 2B show the most common charging solutions based on the use of charging resistors.

(M(M

9 30 o Kuviossa 2A käytetään pääkontaktoria Ki, jonka koskettimet ϊ pysyvät auki siihen asti, kunnes välipiirin kondensaattori Cdc on latautunut lähes9 30 o In Fig. 2A, a main contactor Ki is used whose contacts ϊ remain open until the intermediate circuit capacitor Cdc is nearly charged

CLCL

lopulliseen jännitteeseensä vastusten Rn ja R12 kautta. Turvallisuussyistä, ^ esim. oikosulun varalta, on normaalia suojata laite esimerkiksi kuvion mukaisillato its final voltage through resistors Rn and R12. For safety reasons, e.g. for a short circuit, it is normal to protect the device with, for example, the figure

LOLO

° 35 sulakkeilla F1...F3. Koska sulakkeet on mitoitettu päävirran mukaisesti, voi cm latausvastusten suojaaminen vaatia pienemmät lisäsulakkeet tai suoja- automaatin (joita ei kuviossa ole esitetty).° 35 with fuses F1 ... F3. Because the fuses are sized according to the main current, protection of the cm charging resistors may require smaller additional fuses or a circuit breaker (not shown).

55

Kuvion 2B ratkaisussa käytetään erillistä latauskytkentää, johon kuuluvat vastukset Ri ja R2 ja diodisilta REC1. Vastukset voi myös sijoittaa tasasuuntaussillan ja suotokondensaattorin CDc välille (R1’ ja R2’). Koska latauspiiri nimellisvirta on pienempi kuin pääpiirin virta, siinä yleensä käytetään 5 ohutta johdinta, joka turvallisuussyistä suojataan esimerkiksi kuvion mukaisella suoja-automaatilla K2. Lataustilanteen päätyttyä, eli kondensaattorin Cdc latauduttua lähes täyteen jännitteeseen, pääkontaktorin K1 koskettimet suljetaan. Latauspiiri voi jäädä kytketyksi pääkontaktorin rinnalle tai se voidaan avata esimerkiksi pääkontaktorin apukosketinten kautta (ei esitetty kuviossa).The solution of Fig. 2B uses a separate charge circuit including resistors R1 and R2 and a diode bridge REC1. The resistors may also be located between the rectifier bridge and the filter capacitor CDc (R1 'and R2'). Because the charging circuit has a rated current less than that of the main circuit, it typically uses 5 thin conductors which, for safety reasons, are protected by, for example, the circuit breaker K2 shown in the figure. When the charging situation has ended, i.e. when the capacitor Cdc has been charged to almost full voltage, the contacts of the main contactor K1 are closed. The charging circuit may remain connected to the main contactor or may be opened, for example, via auxiliary contacts of the main contactor (not shown).

1010

Kuviossa 3 on esitetty kuvioon 2B liittyen latausvirran iRi ja DC-välipiirin jännitteen udc luonteenomaiset käyrämuodot ajan t funktiona. Latausvirran huippuarvo Irip esiintyy heti alussa välipiirin jännitteen ollessa 0, ja se pienenee sitä mukaa kuin välipiirin jännite Udc kasvaa. Mikäli pääkontaktorin 15 Ki koskettimia ei suljeta heti latauksen päätyttyä, kuten joissakin sovelluksissa on mahdollista, latausvirta jää syöttämään taajuusmuuttajan sisäistä kuormitusta. Tätä latausvirran amplitudin tasoa on kuviossa merkitty tunnuksella Irh_.Figure 3 shows, in relation to Figure 2B, characteristic curves of the charge current iRi and DC link voltage udc as a function of time t. The peak load current Irip occurs immediately at the intermediate circuit voltage of 0 and decreases as the intermediate circuit voltage Udc increases. If the 15 Ki contacts of the main contactor are not closed immediately after charging is complete, as is possible in some applications, the charging current will remain to supply internal drive load. This level of charge current amplitude is indicated in the figure by Irh_.

20 Patenttijulkaisun WO 2008/031915 mukaisesti ns. dynaaminen jarrutus voidaan toteuttaa ohjaamalla kaikki kuormasillan saman haaran tehopuolijohdekytkimet johtavaksi, jolloin moottoripiiriin syntyy oikosulku. Kuvion 4 esimerkissä tällaista oikosulkupiiriä, joka on muodostettu ohjaamalla alahaaran tehopuolijohdekytkimet Vu2, VV2 ja VW2 johtaviksi, on havainnollistettu 25 piirtämällä se paksulla viivalla ja muut, tämän toiminnon kannalta epäoleelliset komponentit ja kytkennät ohuella katkoviivalla.20 According to WO 2008/031915, a so-called. dynamic braking can be accomplished by controlling all power semiconductor switches on the same branch of the load bridge to conduct a short circuit to the motor circuit. In the example of Figure 4, such a short circuit formed by controlling the downstream power semiconductor switches Vu2, V2, and VW2 is illustrated by drawing it with a thick line and other components irrelevant to this function and by a thin dashed line.

^ Dynaamisen jarrupiirin muodostava oikosulkuun ohjaus on edullista ^ tehdä mahdollisimman alhaisella välipiirin jännitteellä, mikä onkin mahdollista^ Short circuit control for dynamic brake circuit is advantageous ^ done with as low intermediate circuit voltage as possible

CMCM

9 30 esimerkiksi patenttijulkaisun Fl 20085922 esittämällä menetelmällä. Mikäli o moottoripiirissä on maasulku tällaisessa tilanteessa, kuvion 2B mukaisella £ latauskytkennällä voi välipiirin latauksen aikana muodostua kuvion 5 esimerkin9 30, for example, according to the method disclosed in Fl 20085922. If there is an earth fault in the o motor circuit in such a situation, the charging circuit £ in Fig. 2B may, during the charging of the intermediate circuit, form an example of Fig. 5.

CLCL

mukainen tilanne, jossa maasulkuvirran reitti on merkitty paksulla viivalla, ί Esimerkissä maasulku on moottoripiirin W-vaiheessa, josta maasulkuvirralla on m ° 35 suora reitti välipiirin kondensaattorin ohi W-vaiheen alahaaran ^ tehopuolijohdekytkimen Vw2, DC-välipiirin negatiivisen kiskon DC-, diodisillan REC1 alempien diodien, vastuksen R1 tai R2 ja suoja-automaatin K2 kautta 6 siihen vaiheeseen, jonka vaihejännitteen hetkellisarvo on negatiivinen maapotentiaaliin nähden.in the example where the earth fault current is marked by a dashed line, ί In the example, the earth fault current is in the W phase of the motor circuit, of which the earth fault current has a direct path past the intermediate circuit capacitor m ° 35 through the lower branch of the W phase power semiconductor switch Vw2, DC via diodes, resistor R1 or R2, and circuit breaker K2 for 6 to a phase with a negative current to ground potential.

Kuvio 6 kuvaa virtojen luonteenomaisia käyrämuotoja ajan t 5 funktiona kuvion 5 mukaisessa esimerkkitapauksessa. Virtojen h ja k positiiviset puolijaksot (0-viivan yläpuolella), jotka esiintyvät silloin kun vaiheiden Li ja l_2 jännitteiden hetkellisarvot ovat positiivisia, lataavat välipiirin kondensaattoria Cdc ja niiden amplitudi alenee huippuarvosta hp sitä mukaa kuin kondensaattorin jännite nousee, jääden lopulta johonkin loppuarvoon liL. 10 Sen sijaan vaihejännitteiden negatiivisten puolijaksojen aikana kulkevat virtapulssit eivät lataa kondensaattoria, vaan kulkevat kuvion 5 paksulla viivalla esitettyjä reittejä pitkin, joten niitä rajoittavat ainoastaan vastukset Ri ja R2. Kondensaattorin latautuminen ei siis vaikuta virtojen negatiiviseen huippuarvoon -hp mitenkään.Figure 6 illustrates the characteristic curves of currents as a function of time t 5 in the example case of Figure 5. The positive half-cycles of the currents h and k (above the 0-line) that occur when the instantaneous values of the voltages Li and l_2 are positive charge the intermediate circuit capacitor Cdc and decrease in amplitude from peak hp as the capacitor voltage rises to a final value. In contrast, the current pulses traveling during the negative half-cycles of the phase voltages do not charge the capacitor, but run along the paths shown in the thick line of Figure 5, so that they are limited only by resistors R1 and R2. Thus, the negative peak peak current of -hp is not affected by the charging of the capacitor.

1515

Ongelmallista tässä tilanteessa on se, että koska kuvatussa vikatilanteessa latausvirta jää pysyvästi korkealle tasolle, myös latausvastuksia R1 ja R2 lämmittävä teho jää korkeaksi mitä eivät normaalisti ole mitoitettu kestämään. Sulakkeiden tai suoja-automaatin K2 mitoittaminen suojaamaan 20 vastuksia on puolestaan vaikeata koska vikatilanteen virta ei välttämättä poikkea niin paljoa normaalista mitoituksesta että ne toimisivat tarpeeksi nopeasti.The problem with this situation is that since the charging current remains permanently high in the fault situation described, the heating power of the charging resistors R1 and R2 also remains high, which is not normally rated for. However, dimensioning the fuses or circuit breaker K2 to protect the resistors is difficult because the fault current may not deviate so much from the normal dimensioning that they operate fast enough.

Keksinnön mukainen ratkaisu ongelmaan on se, että toisen 25 vastuksen R1 tai R2 vastusarvo on selvästi pienempi kuin toisen. Esimerkiksi jos perinteisesti mitoitettuna molempien vastusten suhteellinen resistanssi on 1, voi keksinnön mukaisesti R^n arvo olla 0,1 ja R2:n arvo 1,9. Näin mitoitettuna ^ normaalin latausvirran suuruus pysyy entisenä, mutta vikatilanteessa Ri:n kautta kulkevan maasulkuvirran huippuarvot kasvavat vastusarvojen suhteessa,The solution to the problem according to the invention is that the resistance value of one resistor R1 or R2 is clearly lower than that of the other. For example, if traditionally dimensioned, the resistances of both resistors are 1, according to the invention, the value of R1 can be 0.1 and the value of R2 is 1.9. When dimensioned this way, the magnitude of the normal charge current remains unchanged, but in the event of a fault, the peak values of the earth fault current through Ri increase with the resistance values,

CMCM

o 30 eli 1/0,1 = 10-kertaisiksi. Tällöin virta voi olla jo niin suuri että johtimia tai laitetta o suojaava komponentti, esim. johdonsuojakatkaisija, toimii riittävän nopeasti £ vastusten suojaamiseksi. Alan ammattimiehelle on selvää, että kaikkieno 30 or 1 / 0.1 = 10 times. In this case, the current may be so high that the component protecting the conductors or the device o, e.g., a circuit breaker, will operate quickly enough to protect the resistors. It is obvious to a person skilled in the art that everyone

CLCL

vaiheiden suojaamiseksi suojaavan komponentin täytyy olla moninapainen, eli sen tulee katkaista kaikkien vaiheiden virrat. Vaihekohtaisella sulakkeella eito protect the phases, the protective component must be multipole, ie it must cut off all phases. No phase-specific fuse

LOLO

° 35 tällaista suojausta voi järjestää, o° 35 such protection may be provided, o

CMCM

Kuviossa 7 on esitetty luonteenomaisia virtojen käyrämuotoja kun latausvastusten mitoitus on keksinnön mukainen. Virta in kuvaa vastuksen R1, 7 jonka vastusarvo tässä esimerkissä on pienempi, kautta kulkevaa virtaa, jonka positiiviset huippuarvot laskevat kondensaattorin latautuessa arvosta lup arvoon lnL, ja jonka negatiiviset huippuarvot pysyvät arvossa -lup. Vastaavasti ii2 kuvaa vastuksen R2 virtaa, joka on vastusarvojen suhteessa pienempi 5 (huippuarvot h2p, I12L, ja -li2p).Fig. 7 shows characteristic curves of currents when the load resistors are dimensioned according to the invention. The current in describes the current through resistor R1, which has a lower resistance value in this example, whose positive peak values fall from lup to lnL when the capacitor charges, and whose negative peak values remain at -lup. Similarly, ii2 represents the current of resistor R2, which is less in relation to the resistor values (peak values h2p, I12L, and -li2p).

Vastusarvojen suhteella voidaan keksinnön mukaisesti helposti määrätä kuinka suureksi vikatilanteen virta muodostuu, mikä tekee suoja-automaatin valinnan helpoksi. Periaatteessa pienemmän vastuksen arvo voi 10 olla jopa 0 (eli oikosulku), mikäli virtareitillä olevat komponentit kestävät vaurioitumatta suuren maasulkuvirran aiheuttaman rasituksen ennen johtimia tai laitetta suojaavan komponentin toimimista.The ratio of resistance values in accordance with the invention can easily determine how large a fault current is generated, which makes it easy to select a circuit breaker. In principle, the value of the lower resistor can be up to 0 (i.e., short-circuiting) if the components in the current path can withstand the stress of a high earth fault current before the conductors or component protecting the device operate.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot 15 eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Keksinnön mukainen latausvastusten mitoitus suojaa ne esimerkiksi myös silloin, kun välipiirin kondensaattorin jompikumpi napa on maasulussa tai kondensaattoria ylläpidetään jännitteisenä latauspiirin kautta silloin, kun käyttösovellus vaatii 20 pääkontaktorin avaamisen laitteen ollessa lepotilassa. Mikäli latauspiiri on kolmivaiheinen, käytetään keksinnön mukaista pienempää vastusta vain yhdessä vaiheessa.It will be apparent to one skilled in the art that various embodiments of the invention are not limited to the above example, but may vary within the scope of the following claims. The dimensioning of the charging resistors of the invention also protects them, for example, when either terminal of the intermediate circuit capacitor is earthed or the capacitor is energized through the charging circuit when the application requires the main contactor 20 to be opened while the device is in sleep mode. If the charging circuit is three-phase, the smaller resistor according to the invention is used in only one phase.

C\JC \ J

δδ

(M(M

(M(M

OO

(M(M

OO

XX

enI do not

CLCL

(M(M

m δ o δm δ o δ

(M(M

Claims (3)

88 1. Järjestely tehoelektroniikkalaitteen, esimerkiksi taajuusmuuttajan (REC, INU), suojaamiseksi vikatilanteessa, 5 jossa laitteessa on suurikapasitanssinen kondensaattori (Cdc), jota ladataan vähintään kahdesta maadoitetun syöttöverkon vaiheesta vaihekohtaisten latausvastusten (Ri, R2) avulla rajoitetulla latausvirralla ennen varsinaisen toiminnan aloittamista tai jota ylläpidetään ladattuna laitteen ollessa lepotilassa, ja 10 jossa järjestelyssä vaihekohtaiset latausvirrat kulkevat saman monivaiheisen johtimia tai laitetta suojaavan komponentin, esimerkiksi johdonsuojakatkaisijan kautta (K2), ja jossa vikatilanteessa ladattavan kondensaattorin toinen napa joutuu maasulkuun, esimerkiksi kondensaattorin eristysvian tai moottoripiirin 15 eristysvian ja dynaamisen jarrun toiminnan vuoksi, sinä aikana, jona latausvirta kulkee, tunnettu siitä, että yhden vaihekohtaisen latausvastuksen vastusarvo on pienempi kuin muiden vaihekohtaisten latausvastusten vastusarvot, ja 20 mainittu pienempi vastusarvo on mitoitettu siten, että sen läpi kulkeva maasulkuvirta aiheuttaa mainitun monivaiheisen suojaavan komponentin havahtumisen ylivirtaan ja siten latausvirtapiirin katkeamisen ennen kuin minkään latausvastuksen tai muun virtareitillä olevan komponentin pulssimaisen energian sietokyky on olennaisesti ylittynyt. 25An arrangement for protecting a power electronics device, such as a frequency converter (REC, INU), in the event of a failure, 5 having a high capacitance capacitor (Cdc) charged from at least two phases of the grounded supply network by phase-dependent charging resistors (R1, R2) charged while the device is in Sleep mode, and wherein the step-by-step charging currents pass through the same multi-phase conductor or device protecting component, e.g., a circuit breaker (K2); during the charge current, characterized in that the resistance value of one phase charge resistor is lower than that of the other phase charge resistors, and 20 m the single lower resistance value is dimensioned such that the earth-fault current flowing through it causes an overcurrent of said multi-phase protective component and thereby breaks the charging circuit before the pulsed energy tolerance of any charging resistor or other component in the current path is substantially exceeded. 25 2. Vaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että i mainittu pienempi vastusarvo on alle 50% muista vastusarvoista. CM CM o 30An arrangement according to claim 1, characterized in that said lower resistance value is less than 50% of the other resistance values. CM CM o 30 3. Vaatimusten 1 tai 2 mukainen järjestely, 0 tunnettu siitä, että järjestely on järjestetty tasajännitevälipiirillä varustetun Q_ tehoelektroniikkalaitteen tasajännitevälipiirin suotokondensaattorin latausvirtaa 1 rajoittavien vastusten suojaamiseksi. tn 1 35 o CM 9Arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the arrangement is arranged to protect the resistors limiting the charging current 1 of the DC capacitor of the DC power supply device Q_ with a DC link. tn 1 35 o CM 9
FI20105152A 2010-02-15 2010-02-15 Security arrangements FI122617B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20105152A FI122617B (en) 2010-02-15 2010-02-15 Security arrangements

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20105152A FI122617B (en) 2010-02-15 2010-02-15 Security arrangements
FI20105152 2010-02-15

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20105152A0 FI20105152A0 (en) 2010-02-15
FI20105152A FI20105152A (en) 2011-08-16
FI122617B true FI122617B (en) 2012-04-30

Family

ID=41727700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20105152A FI122617B (en) 2010-02-15 2010-02-15 Security arrangements

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI122617B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI20105152A (en) 2011-08-16
FI20105152A0 (en) 2010-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2683956C1 (en) Converting device and method for its protection against short circuit
Moran et al. A fault protection scheme for series active power filters
JP5318774B2 (en) Apparatus for converting current and method for protecting power semiconductor elements
RU2599261C2 (en) Submodule for modular multistage frequency converter
Axente et al. Protection of unified power quality conditioner against the load side short circuits
EP2595295A1 (en) Single-phase to three-phase voltage converter
CN110268493B (en) Low-voltage protection switch unit
Guillod et al. Protection of MV/LV solid-state transformers in the distribution grid
JP2014512789A (en) Electrical equipment for short-circuit protection of three-phase loads in a three-phase system
CN105814782B (en) For the circuit device by means of special operation method urgent operation polyphase voltage converter
KR19980071760A (en) Circuit and Method for Improving IGBT Short Circuit Capacity
Carminati et al. Ground fault analysis of low voltage DC micro-grids with active front-end converter
Jakka et al. Protection design considerations of a 10 kV SiC MOSFET enabled mobile utilities support equipment based solid state transformer (MUSE-SST)
US11368084B2 (en) Current converter unit, transmission installation having a current converter unit, and method for fault management in a current converter unit
US6359422B1 (en) Surge resistor for protecting active source of variable inductance in a power-factor correction arrangement
FI124199B (en) Electronic protection circuit and protective device
US10218170B2 (en) Current-limiting device utilizing a superconductor for a current-limiting operation
US7923867B2 (en) Electromagnetic noise suppression system for Wye power distribution
FI122617B (en) Security arrangements
CN113302812A (en) Pulse circuit for providing a fault current in a direct voltage supply network
Carminati et al. Currents, potentials towards ground and fault protection in DC microgrids
Sztykiel et al. AC/DC converter with DC fault suppression for aircraft+/-270 VDC distribution systems
CN107534405B (en) Excitation system
Puls et al. Potential Hazards of Transient Overvoltages in an Industrial DC Grid and Basic Protective Measures
RU2110878C1 (en) Power supply mains with low ground-fault current

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 122617

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: VACON OY