Снабберные резисторы – Силовые резисторы в алюминиевом корпусе серии HS. Качество, проверенное временем

Содержание

Что такое снаббер? Подробное описание

Снаббер – это демпфирующее устройство, работающее в качестве фильтра низкой частоты, которое выполняет действие по замыканию на себе тока переходного процесса.

Предназначение снаббера

Устройство предназначено для подавления индуктивных выбросов, для понижения значения перенапряжений в переходных процессах, которые появляются при коммутационных действиях с силовыми полупроводниками. Они практически незаменимы для снижения влияния паразитной генерации, которая способствует снижению величины нагрева обмоток трансформатора и для предохранения от температурного перегрева диодов и мощных транзисторов.

Достигается это с помощью облегчения теплообмена при работе ключа. При этом емкость служит для понижения скорости нарастания напряжения, а индуктивность снижает нарастание величины тока. При снижении значения динамических потерь в силовом ключе происходит формирование траектории переключения: при этом параллельно подключенные емкостные конденсаторы понизят скорость нарастания напряжения. Индуктивность в коммутационных цепях ограничивает скорость увеличения тока.

Снаббер выполняет задачу по предотвращению ошибочного включения семистора, которое может произойти в результате сетевых помех. Полезно применение снаббера в качестве ограничителя перенапряжений для ключевого транзистора, которые появляются во время коммутации. В этом случае модель может применяться в устройствах импульсных источников питания.

Конфигурация снаббера

Устройство необходимого к использованию снаббера зависит от величины нагрузки и типа питающей сети, она связана с типом силового компонента и частоты, на которой он работает.

Рис. №1. Конфигурация снабберных конденсаторов.

Самый простой снаббер считается импульсным конденсатором незначительной емкости, который подключается параллельно силовому ключу. В конструкции обязательно должен присутствовать, подключенный параллельно конденсатору  резистор, он помогает избавиться от потерь и утечек в паразитном колебательном контуре.

Основное требование к конструкции снабберной емкости – обеспечить помимо минимальной величины распределенной индуктивности, еще и удобство присоединения к терминалам силового модуля. В качестве снаббера недопустимо использовать обычные конденсаторы, как на (рис.1а).

Методика расчета снабберной цепи

Выполнение расчета связано с механизмом действия снабберной цепи. Номинальное значение конденсатора высчитывается по определенному значению уровня перенапряжения Vos и величины энергии, находящейся в запасе в паразитной индуктивности шины Lв при коммутировании токовой величины Iреак:

С помощью снабберов происходит формирование траектории переключения, где параллельно подключенные емкости снижают быстроту нарастания значения напряжения, а индуктивности служат для ограничения скорости увеличения токовых значений.

Вычисление емкости снаббера и максимально эффективного значения индуктивности можно выполнить если известны значения напряжения ΔV1 и ΔV2, при этом их величина С2 будет прямо пропорциональна показателям паразитной индуктивности. Формула расчета емкости будет иметь такой вид:

Таким образом, становится ясно, что корректная типология и силового каскада, которая может обеспечить минимальную величину и значение LDC дает возможность снизить требования к снабберным цепям.

Для определения расчета паразитного контура DC необходимо проводить коррекционные замеры параметров снабберной схемы, за основу берутся результаты экспериментальной проверки.

Основой выбора служит минимальная величина перенапряжения и отсутствие опасных осцилляций.

Необходимо знать, снаббер не сможет помочь силовому ключу при перенапряжении плохо подобранной DC-шине, которая имеет значительную площадь токовой петли.

При подборе конденсатора учитываются такие его параметры:

  • Разрешенное напряжение для цепей постоянного тока VRmax;
  • Максимальное значение напряжения и тока пульсации Vnnsили Inns;
  • Величину емкости и индуктивности;
  • Срок эксплуатации.

Желательно учитывать, что для модулей IGBT величина напряжения шины не должна быть больше значения 9000В, для такого значения рекомендуется применять снаббер с VRmax= 1000В. Величины емкости должно хватать для подавления и сглаживания пиковых сигналов, появляющихся при отключении IGBT, емкость может быть в пределах от 0,1 до 1 мкФ.

Рис.№ 2. Классический пример использования конструкции с высокоиндуктивной шиной с применением параллельно соединенных проводников звена постоянного тока. Даже с наличием снаббера при коротком замыкании произойдет скачек напряжения более, чем в 1000 раз.

При некорректной типологии шины-DC нецелесообразно увеличивать емкость снаббера – это приводит к увеличению колебательности паразитного контура.

 

Типы снабберных схем

Рис. №2. Схема снаббера.  (а) – обычный высоковольтный конденсатор. (б) – схема для применения в низковольтных преобразователях, рассчитанных на высокий ток с использованием MOSFET-ключами. (в) – схема цепи, ограничивающая скорость управления тиристорными ключами. В этом случае, снаббер устанавливается на всех плечах полумоста, схема состоит из диода обладающего быстрой скоростью и резистора. Они выполняют функцию разряда и ограничителя тока разряда и служат для разделения зарядных цепей.   (г) – схема для снижения паразитной индуктивности, она характеризуется подключением снаббера к коллектору и эмиттеру всех транзисторов полумоста, схема используется редко, главным образом из-за сложности.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

elektronchic.ru

Снабберы / Школа электрика / Коллективный блог

Снабберы предназначены для снижения величины перенапряжений в переходных процессах, возникающих при коммутации силовых полупроводниковых элементов в импульсных преобразователях напряжения. Кроме того снабберы позволяют снизить динамические потери в силовых ключах, что позволяет облегчить тепловой режим работы ключа. При этом цепи снабберов траекторию переключения силового элемента: емкость снижает скорость нарастания напряжения, индуктивность – нарастания тока.

Конфигурация снаббера зависит от параметров нагрузки и питающей сети, типа силового элемента и рабочей частоты. Простейший снаббер (Рис.1,а) представляет собой импульсный конденсатор малой емкости, установленный параллельно силовому ключу. Для снижения потерь в паразитном колебательном контуре снаббера последовательно с конденсатором устанавливают резистор (Рис.1,б). Для разделения цепей заряда и разряда конденсатора и ограничения разрядного тока применяют схему, изображенную на рис.1,в. Во время коммутации силового ключа ток в первичной обмотке из-за наличия индуктивности мгновенно прерваться не может. Ток закрывающегося ключа VT1 становится током заряда конденсатора C1 через диод VD1. При последующем открывании ключа VT1 конденсатор C1 разряжается через него и резистор R1, причем энергия, запасенная в конденсаторе, выделяется на резисторе.


Рисунок 1 — Типы снабберных цепей.

Рисунок 2 — Конструкции снабберных конденсаторов.

На рисунке 3 представлены графики переходных процессов при использовании RC снаббера (Рис.1,б) и RCD снаббера (Рис.1,в). Перенапряжение при применении RC снаббера меньше, что позволяет уменьшать потери энергии. Применение же конденсатора с бОльшей емкостью в RCD снаббере позволяет уменьшить перенапряжение.


Рисунок 3 — Графики переходных процессов.

Расчет и выбор элементов снаббера достаточно сложен из-за наличия паразитной индуктивности шины. В процессе разработки приходится корректировать параметры схемы на основании экспериментальной проверки.

ВложениеРазмер
1.jpg56.27 КБ
2.jpg20.75 КБ
3.jpg93.07 КБ

44kw.com

Проектирование снабберных схем

3 мая

В статье рассматриваются эффективные методы повышения надежности MOSFET в обратноходовых преобразователях.

П

ринцип работы обратноходовых преобразователей основан на
накоплении энергии в трансформаторе при открытом состоянии силового ключа с
последующей передачей этой энергии на выход устройства во время закрытого
состояния ключа. Обратноходовой трансформатор состоит из двух или более
взаимосвязанных обмоток на сердечнике с воздушным зазором, в котором и хранится
магнитная энергия до тех пор, пока она не будет передана во вторичную цепь. На
практике никогда не удается добиться идеального коэффициента связи между
обмотками, поэтому не вся энергия проходит через этот воздушный зазор.

Небольшое количество энергии накапливается внутри и между
обмотками. Это явление называется индуктивностью рассеяния трансформатора. При
открытии ключа энергия, накопленная в индуктивности рассеяния, не передается во
вторичную обмотку, приводя к возникновению высоковольтных всплесков в первичной
обмотке трансформатора и в ключе. Кроме того, эта энергия вызывает
высокочастотный колебательный процесс в контуре, состоящем из эффективной
емкости открытого ключа, индуктивности первичной обмотки и индуктивности
рассеяния трансформатора (см. рис. 1).



Рис. 1. Переходные процессы в стоке транзистора, вызванные индуктивностью
рассеяния трансформатора

Если пиковое напряжение всплеска превысит напряжение пробоя
переключающего элемента, чаще всего, силового транзистора MOSFET, это приведет
к выходу из строя всего устройства. Более того, колебания высокой амплитуды на
стоке транзистора вызывают сильные электромагнитные помехи. В источниках
питания мощностью выше 2 Вт для ограничения всплесков напряжения на MOSFET
используются ограничительные (снабберные) схемы, которые позволяют рассеивать
энергию, накопленную в индуктивности рассеяния.

Принцип работы снабберной схемы

Снабберная схема используется для ограничения максимального
напряжения на MOSFET до заданного значения. Как только напряжение на MOSFET
достигает порогового значения, вся дополнительная энергия рассеяния
перенаправляется в снабберную схему, где она либо накапливается и медленно
рассеивается, либо возвращается в преобразователь. Одним из недостатков
ограничительных схем является то, что они рассеивают энергию, снижая
эффективность. В связи с этим существует несколько типов ограничительных схем
(см. рис. 2). В некоторых из них используются стабилитроны (диоды Зенера),
позволяющие снизить потребление мощности. Однако из-за резкого включения
стабилитронов в таких схемах часто возникают электромагнитные помехи.
Ограничительные схемы RCD обеспечивают хороший баланс между эффективностью,
генерацией электромагнитных помех и стоимостью и потому получили наибольшее
распространение.



Рис. 2. Типы ограничительных
схем

Ограничительная схема RCD работает следующим образом. Сразу же
после закрытия MOSFET диод во вторичной цепи остается обратно смещенным, и ток
намагничивания заряжает емкость стока (см. рис. 3а). Когда напряжение в
первичной обмотке достигает величины выходного отраженного напряжения
VOR, определяемого соотношением витков трансформатора, открывается
диод во вторичной цепи, и энергия намагничивания передается во вторичную
обмотку. Энергия рассеяния продолжает заряжать трансформатор и емкость стока до
тех пор, пока напряжение в первичной обмотке не станет равным напряжению на
конденсаторе ограничительной схемы (см. рис. 3б).



Рис. 3. Первичная цепь
ограничительной схемы

В этот момент открывается блокирующий диод, и энергия рассеяния
направляется через конденсатор ограничительной схемы (см. рис. 4а). Протекающий
через конденсатор ток заряда ограничивает пиковое напряжение на стоке
транзистора до величины VIN(MAX) + VC(MAX).
После того как энергия рассеяния полностью передана, блокирующий диод
запирается, а конденсатор ограничительной схемы до начала следующего цикла
разряжается через резистор этой же схемы (см. рис. 4б). Последовательно с
блокирующим диодом часто ставят дополнительный небольшой резистор,
предназначенный для подавления любых колебательных процессов, возникающих в
контуре из индуктивности трансформатора и конденсатора ограничительной схемы в
конце цикла заряда. На рисунке 5 показаны циклические пульсации напряжения
VDELTA, наблюдаемые в ограничительной схеме, амплитуда которых
определяется величиной конденсатора и резистора, стоящих параллельно друг
другу.



Рис. 4. Первичная цепь
ограничительной схемы



Рис. 5. Измерение напряжения в
ограничительной схеме RCD

Принцип работы ограничительной схемы RCDZ аналогичен принципу
работы RCD-схемы, за исключением того, что рассеиваемая энергия делится между
стабилитроном и стоящим последовательно с ним резистором (см. рис. 2).
Стабилитрон предотвращает конденсатор от разряда ниже уровня блокирующего
напряжения стабилитрона, что ограничивает рассеяние мощности и улучшает
эффективность, особенно при небольших нагрузках. Схема ZD обеспечивает жесткое
ограничение напряжения на MOSFET, определяемое величиной блокирующего
напряжения стабилитрона. И, наконец, ограничительная схема RCD+Z работает, как
и RCD-схема, но введение в нее стабилитрона обеспечивает безопасное ограничение
напряжения на MOSFET во время переходных процессов. Как и RCD-схема, она
характеризуется пониженной генерацией электромагнитных помех во время
нормального режима.

При разработке ограничительных схем необходимо учитывать
параметры как трансформатора, так и MOSFET. Если минимальное ограничивающее
напряжение ниже VOR трансформатора, ограничительная схема работает
как нагрузка. При этом теряется большее количество энергии, чем при
рассеивании, что снижает эффективность. При выборе компонентов ограничительной
схемы меньших размеров, чем требуется, они перегреваются, не справляются с
опасными напряжениями и генерируют электромагнитные помехи. Необходимо, чтобы
ограничительная схема обеспечивала защиту MOSFET от любых всплесков входного
напряжения питания, тока нагрузки и учитывала допуски на компоненты.

Компания Power Integrations опубликовала руководство по
проектированию ограничительных схем Clamp Sizing Design Guide (PI-DG-101), в
котором приведена поэтапная последовательность подбора компонентов для четырех
основных типов ограничительных схем, применяемых в обратноходовых источниках
питания. Это руководство предназначено для использования совместно с
программным пакетом PI Expertä. Данная интерактивная программа автоматически
подбирает на основе параметров источника питания пользователя все компоненты
(включая характеристики трансформатора), необходимые для генерации требуемого
рабочего напряжения импульсного источника питания. PI Expertä автоматически
создает ограничительную схему, которая, впрочем, слегка отличается от схемы,
спроектированной по алгоритму из упомянутого руководства.

Проектирование ограничительной схемы RCD

Ниже приведена последовательность шагов при проектировании
ограничительной схемы RCD (подробнее см. руководство Clamp Sizing Design
Guide). Все перечисленные ниже значения, не измеренные и не определенные
пользователем, следует искать в таблице результатов проектирования PI
Expert.

  1. Измерьте LL — индуктивность рассеяния первичной цепи
    трансформатора.
  2. Проверьте fs — частоту переключения источника
    питания.
  3. Определите Ip — точное значение тока в первичной
    цепи.
  4. Определите полное напряжение в первичной цепи MOSFET и
    рассчитайте Vmaxclamp при помощи следующего выражения:

 

   ( Примечание: предусмотрите для MOSFET запас,
по крайней мере, в 50 В ниже уровня BVDSS, а дополнительно к нему — запас в
30–50 В на всплески напряжения при переходных процессах).

      5. Определите Vdelta
амплитуду пульсаций в ограничительной схеме.

      6. Рассчитайте минимальное
напряжение в ограничительной схеме:

 

 

           7.
Рассчитайте среднее напряжение в ограничительной схеме:

 

           8.
Рассчитайте энергию, накопленную в индуктивности рассеяния:

        

           9.
Оцените Eclamp — энергию, рассеиваемую в ограничительной схеме:

 

 

      10. Рассчитайте величину
резистора в ограничительной схеме:

 

      11. Расчетная мощность резистора
в ограничительной схеме должна быть больше, чем:

 

      12. Рассчитайте емкость
конденсатора в ограничительной схеме:

 

 

    13.  Расчетное напряжение на
конденсаторе в ограничительной схеме должно быть больше, чем
1,5Vmaxclamp.

    14. В качестве блокирующего диода в
ограничительной схеме необходимо использовать диод с коротким или очень
коротким временем восстановления.

    15. Пиковое обратное напряжение блокирующего
диода должно быть больше, чем 1,5Vmaxclamp.

    16. Расчетный пиковый ток прямого смещения
должен быть больше IP. Если этот параметр не перечислен в таблице данных,
средний расчетный ток прямого смещения должен быть больше 0,5IP.

    17. Величина демпфирующего резистора (если он
используется) выбирается из соотношения:

 

    18. Расчетная мощность демпфирующего
резистора должна быть больше, чем

.

 

После проведения первоначальных расчетов для проверки рабочих
характеристик источника питания необходимо сконструировать прототип такого
устройства, поскольку индуктивность рассеяния трансформатора может значительно
меняться в зависимости от техники намотки. В некоторых случаях следует измерить
среднее напряжение Vclamp и сравнить его с рассчитанным в п. 7
значением (см. рис. 5). В случае существенных различий этих значений можно
произвести корректировку Rclamp. Если полученные результаты
существенно отличаются от ожидаемых, расчет следует повторить с использованием
уточненных данных.

Для расчета параметров ограничительных схем других типов
используют аналогичную последовательность шагов, добавляя шаги для каждого
нового элемента. Следует быть очень внимательными при выборе диодов и
стабилитронов — у них должна быть соответствующая мощность. Почти во всех
случаях применения стабилитронов для обеспечения требуемой пиковой мгновенной
мощности необходимо использовать цепи подавления всплесков напряжений при
переходных процессах.

Расчетная мощность компонентов проверяется методом измерения
температур корпусов компонентов в то время, когда источник питания работает на
полную нагрузку при минимальном входном напряжении. Если рабочая температура
какого-либо компонента схемы выходит за установленные производителем пределы,
компонент следует заменить, а схему необходимо тщательно проверить.

Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

www.russianelectronics.ru

Силовые резисторы в алюминиевом корпусе серии HS. Качество, проверенное временем

Читать все новости

Алексей Попов, Сергей Попов (г. Воронеж)

Силовые резисторы – неотъемлемая часть силовых цепей, от качества и надежности которой зависит не только работа приборов силовой электроники, но и безопасность жизни людей. Компания TE Connectivity предлагает силовые резисторы серии HS в алюминиевом корпусе. Серия HS – отличное решение, сочетающее в себе качество, надежность и превосходные технические характеристики.

Резисторы мощностью до нескольких кВт выпускаются серийно, для широкого применения, в то время как более мощные приборы, как правило, изготавливаются на заказ. В энергетике силовые резисторы (СР) применяются в коммутационной и защитной аппаратуре, обеспечивая демпфирование переходных процессов при штатных и аварийных переключениях в энергосистемах. Это приводит к снижению токов коротких замыканий, коммутационных токов и перенапряжений, скорости нарастания восстанавливающихся напряжений, повышению динамической устойчивости систем электроснабжения [1] и, в конечном итоге, значительно улучшает характеристики и уменьшает стоимость основного оборудования (силовых трансформаторов, автоматических выключателей и т.д.), а также повышает безопасность [2, 3]. СР нашли очень широкое применение в электроприводах постоянного и переменного тока (в тормозных резисторах, резисторах гашения возбуждения синхронных машин, наборах пусковых резисторов для ступенчатого регулирования тока и момента двигателей постоянного тока, резисторах для регулирования механических характеристик асинхронных двигателей с фазным ротором, резисторах для уменьшения просадки напряжения в маломощных электросетях при прямом пуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором), в машиностроении (особенно транспортном), в автономных системах электроснабжения (в качестве нагрузки для проверки технического состояния генераторов и аккумуляторов) [4,5].

Характерные задачи, решаемые с помощью СР в составе частотно-регулируемого электропривода (используется стандартная структура преобразователя частоты с промежуточной шиной постоянного тока), показаны на рисунке 1 [4].

 

Рис. 1. Применение СР в частотно-регулируемом электроприводе

Рассмотрим классы применения СР.

Фильтровые резисторы используются в составе RC-цепочек для уменьшения высокочастотных помех на шинах переменного тока. Возможно также их применение совместно с LC-цепями, настроенными на выделение токов определенных (нежелательных) гармоник сетевой частоты, генерируемых в процессе работы электропривода. При этом фильтровые резисторы поглощают и рассеивают мощность этих гармоник в [5, 6]. Фильтровые резисторы выбирают по допустимой средней мощности (импульсные перегрузки этих СР сравнительно невелики и обычно вполне достаточно стандартной перегрузочной способности «пятикратная мощность в течение пяти секунд»).

Резисторы для ограничения перенапряжений и разряда емкостей на шинах переменного тока «crowbar» служат для подавления кратковременных и длительных перенапряжений на шинах переменного тока [4, 5, 6]. СР «soft crowbar» ограничивают перенапряжения во время переходных процессов. Если же имеется длительное превышение напряжения, шина отключается от сети автоматическим выключателем (или контактором) и затем СР «hard crowbar» разряжает емкость шины до безопасного уровня напряжения [4, 5]. СР «crowbar» должны выдерживать значительные импульсные напряжения (между выводами СР), иметь высокую электрическую прочность изоляции и большую допустимую энергию, поглощаемую на интервалах времени порядка десятков мкс…единиц мс. При этом средняя мощность рассеивания может быть сравнительно невелика [4, 5]. Она определяется интенсивностью протекания переходных процессов, величиной емкостей на шинах и требуемым временем снижения напряжений до безопасных значений.

Резисторы для ограничения пускового тока входного выпрямителя и резисторы для первоначального заряда фильтрового (накопительного) конденсатора на шине постоянного тока имеют сходное назначение: обеспечивают приемлемую, безопасную величину тока через вентили входного выпрямителя и накопительный конденсатор при подключении преобразователя к питающей сети, а также демпфируют этот процесс [4]. После завершения заряда конденсатора, резисторы шунтируются замыкающимися контактами. Эти СР могут иметь весьма небольшую допустимую среднюю мощность, но должны надежно поглощать значительную энергию (примерно равную энергии заряжаемого конденсатора на шинах постоянного тока 0,5*Cнакопит*(Uпост макс)2) в течение короткого времени порядка единиц…десятков мс.

Резистор для разряда накопительного конденсатора подключается параллельно конденсатору для обеспечения безопасности[4]. После отключения преобразователя от питающей сети, этот СР обеспечивает гарантированное снижение напряжения на шине постоянного тока до безопасного значения в течение нормированного (не большого) интервала времени. Этот СР проектируется по средней мощности рассеивания Pсредн = (Uпост макс)2/Rразр. В свою очередь Rразр выбирается достаточно малой величины для получения приемлемого времени разряда конденсатора. При большой емкости конденсатора требуется разрядный СР значительной мощности.

Токоизмерительный резистор Rизм служит для контроля и измерения тока в силовой цепи по величине падения напряжения: I = Uизм/Rизм. Этот СР должен иметь весьма малое номинальное сопротивление (номинальное падение напряжения на Rизм порядка нескольких десятков мВ), высокую начальную точность и стабильность при изменении внешних условий и в течение срока службы преобразователя, а также небольшую величину паразитной индуктивности резистора. Более подробно вопросы применения токоизмерительных резисторов в силовых преобразователях рассмотрены в статье [7].

Тормозной резистор служит для поглощения кинетической энергии электропривода при необходимости его быстрого торможения. Соответственно, наиболее важным требованием к этому СР является большая допустимая энергия, поглощаемая на интервале торможения (обычно порядка единиц…десятков с). Если торможения привода происходят достаточно часто и с большим изменением скорости, то тормозной СР должен быть способен рассеивать значительную среднюю мощность. Стандартное соотношение (Pимп торм/Pсредн) для тормозных СР равно 10 [5].

Балансные резисторы служат для выравнивания распределения напряжения между несколькими последовательно соединенными однотипными силовыми компонентами преобразователя (вентилями или конденсаторами). Последовательное соединение применяется, если величина допустимого напряжения одного компонента не достаточна для его надежной работы в составе преобразователя, а применить более высоковольтный тип технически невозможно или экономически нецелесообразно. Балансные СР отличаются сравнительно большой величиной сопротивления (единицы…десятки кОм) и должны иметь хорошую точность и стабильность. При этом требования по средней и импульсной мощности этих СР сравнительно невысокие.

Снабберные резисторы предназначены для ограничения выбросов напряжения и демпфирования высокочастотных колебаний, возникающих при коммутациях силовых ключей в составе преобразователей [4, 6, 8]. Имеется несколько характерных схем применения снабберных СР, обычно совместно с конденсаторами [8]. По величине сопротивления требования к этим СР могут варьироваться в очень широком диапазоне — доли Ом…десятки кОм. Но во всех случаях они должны иметь очень большую допустимую импульсную мощность (при длительности импульсов сотни наносекунд…десятки микросекунд), предельно малую паразитную индуктивность и рассеивать значительную среднюю мощность.

Одним из лидеров среди производителей СР является компания TE Connectivity, более полувека выпускающая СР с торговой маркой CGS. Она располагает одним из наиболее широких наборов конструктивных и технологических решений СР, позволяющих производить низко- и высокоомные СР с различными величинами по начальной точности сопротивления, температурному коэффициенту и стабильности, с малой паразитной индуктивностью и различными вариантами корпусирования и монтажа [9]. Стандартные СР выпускаются на номинальную мощность до 2200 Вт и с напряжением изоляции до 12 кВ. В конструкции СР TE-Connectivity используются только лучшие материалы, что гарантирует их качество, надежность и долговечность. Эти СР массово поставляются на автомобильное производство, используются в инверторах на электровозах, в снабберных цепях тиристоров в энергосистемах и в качестве тормозных резисторов в мощных электроприводах [9]. Показательно, что их можно без ограничений применять в электрооборудовании лифтов и эскалаторов, а также на железнодорожном транспорте, т.е. они полностью соответствуют требованиям к системам, критическим по безопасности большого количества людей [4].

Среди всего многообразия стандартных СР, наиболее сбалансированные характеристики имеют резисторы в алюминиевом корпусе. В таблице 1 представлены основные серии СР в алюминиевом корпусе, выпускаемые TE Connectivity [9, 10].

Таблица 1. Стандартные СР в алюминиевом корпусе производства TE Connectivity  

Наименование Pном, Вт1Стандартный
теплоотвод,
Мощность без радиатора, Вт Диапазон
значений
сопротивления
Uраб макс, В2Uизол, В3Стабильность, %4
S, кв. см H, мм
HSA51041515,510 мОм…10 кОм16014001
HSA10164151810 мОм…15 кОм26514001
HSA2525535112,510 мОм…36 кОм55025001
KHSA25 25535112,510 мОм…36 кОм55035002
HSA505053512010 мОм…100 кОм125025001
KHSA505053512510 мОм…100 кОм125035002
HSC757599534550 мОм…50 кОм140050002
HSC10010099535050 мОм…100 кОм190050002
HSC1501509953550,1 Ом…100 кОм250050002
HSC20020037503500,1 Ом…50 кОм190056003
HSC25025047653600,1 Ом…68 кОм220056003
HSC30030057803750,1 Ом…82 кОм250056003
1 — Номинальная мощность резисторов (в продолжительном режиме работы) со стандартным теплоотводом (нормируется эффективная площадь S и толщина теплоотвода H) без обдува. Применение радиаторов с меньшим тепловым сопротивлением, чем у стандартного теплоотвода, возможно и целесообразно (рекомендуется), что улучшает характеристики резисторов (главным образом надежность и стабильность), но, в любом случае, не следует превышать номинальную мощность. Также рекомендуется использование теплопроводящей пасты (компаунда) для уменьшения теплового сопротивления между корпусом резистора и радиатором, что особенно эффективно для резисторов большой мощности.
2 -Максимально допустимое напряжение между выводами резистора (постоянное или действующее значение для переменного тока).
3 — Максимально допустимое напряжение между выводами резистора и его корпусом (пиковое значение переменного напряжения).
4 — Предельное значение возможного изменения сопротивления резистора за 1000 часов работы с номинальной нагрузкой. Если уменьшить нагрузку до 0,7*Pном, можно снизить скорость старения вдвое. Если уменьшить нагрузку до 0,5*Pном — скорость старения уменьшится в четыре раза. 

Исполнение резисторов серии HSC300 с жидкостным охлаждением позволяет удвоить их номинальную мощность (серия HS600).

Резисторы серий HSA5…HSA75 полностью заменяют более раннюю разработку (серии THS10THS75).

Серии резисторов HSX25 и HSX50 являются модификацией серий KHSA25 и KHSA50 с увеличенным значением длины пути по поверхности изоляторов выводов (до 10 мм). Они предназначены для работы в условиях повышенной загрязненности.

Сопротивление изоляции резисторов не менее 10 ГОм, а сразу после испытаний на влагостойкость — не менее 1 ГОм.

Резисторы стандартного исполнения выпускаются с допуском на отклонение величины сопротивления резистивного элемента от номинального значения ±5%. На заказ возможна поставка резисторов с допуском ±0,25%, ±0,5%, ±2%, ±3% и ±10%.

Температурный коэффициент сопротивления резисторов не более ±30*10-6/°C (для резисторов с сопротивлением менее 100 Ом — не более ±50*10-6/°C).

Резисторы имеют достаточно малые паразитные параметры — последовательную индуктивность и параллельную емкость. Например, резистор сопротивлением 44 Ом имеет индуктивность не более 3,8 мкГн и емкость 130 пФ. На заказ возможно изготовление резисторов с особенно малой величиной последовательной индуктивности (в обозначении серий добавляется префикс N (NHS…)).

СР производства компании TE Connectivity способны рассеивать большую мощность в продолжительном режиме работы при малых размерах и сравнительно невысокой температуре корпуса. Допустимая импульсная мощность этих СР при длительности перегрузки порядка единиц секунд Pимп = Pном*(25*с/tимп). Величины допустимой энергии, которую СР способны утилизировать на коротком интервале времени (микросекунды…единицы миллисекунд), сильно различаются для разных серий СР, а также — в зависимости от величины их сопротивления. В общем случае, наибольшую допустимую энергию имеют резисторы с сопротивлением менее 100 мОм, поскольку они наматываются самой толстой проволокой или шинкой, что дает большой объем резистивного элемента. В зависимости от серии СР (номинальной мощности), допустимая энергия низкоомных резисторов в коротком импульсе составляет 40 Дж (HSA5, HSA10, THS10, THS15)…320 Дж (HSC100HSC300, HSX50, KHSA50). Напротив, сравнительно высокоомные СР, резистивный элемент которых изготавливается из очень тонкой проволоки, имеют весьма малую допустимую величину поглощаемой энергии короткого импульса. Особенно это относится к сравнительно маломощным сериям СР (HSA5…HSA25), у которых она меньше 1 Дж при сопротивлениях более 100 Ом. Для применений, требующих большой допустимой энергии СР одновременно с повышенным значением сопротивления, наиболее интересна серия HSC250: величина допустимой энергии не опускается ниже 100 Дж в диапазоне сопротивлений 100 мОм…5 кОм, а в диапазоне 200 мОм…25 Ом она больше 1000 Дж. Впрочем, и другие серии СР HS выглядят в этом отношении сравнительно неплохо. Для диапазона сопротивлений свыше 10 кОм наибольшую допустимую энергию, утилизируемую в коротком импульсе, обеспечивают СР серий HS600, HSC300, HSX50, KHSA50 [10].

Отличные технические характеристики, надежность и качество СР в алюминиевом корпусе производства компании TE Connectivity обеспечивают их широкое применение. Из рассмотренных выше классов применения СР в составе частотно регулируемого электропривода, эти резисторы используются практически везде, разве что кроме задачи измерения тока [10]. Они выделяются очень высокой удельной мощностью, работоспособностью при жестких внешних воздействиях, стойкостью к перегрузкам и циклическим нагрузкам [9].

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Проектирование снабберных схем

3 мая

В статье рассматриваются эффективные методы повышения надежности MOSFET в обратноходовых преобразователях.

П

ринцип работы обратноходовых преобразователей основан на
накоплении энергии в трансформаторе при открытом состоянии силового ключа с
последующей передачей этой энергии на выход устройства во время закрытого
состояния ключа. Обратноходовой трансформатор состоит из двух или более
взаимосвязанных обмоток на сердечнике с воздушным зазором, в котором и хранится
магнитная энергия до тех пор, пока она не будет передана во вторичную цепь. На
практике никогда не удается добиться идеального коэффициента связи между
обмотками, поэтому не вся энергия проходит через этот воздушный зазор.

Небольшое количество энергии накапливается внутри и между
обмотками. Это явление называется индуктивностью рассеяния трансформатора. При
открытии ключа энергия, накопленная в индуктивности рассеяния, не передается во
вторичную обмотку, приводя к возникновению высоковольтных всплесков в первичной
обмотке трансформатора и в ключе. Кроме того, эта энергия вызывает
высокочастотный колебательный процесс в контуре, состоящем из эффективной
емкости открытого ключа, индуктивности первичной обмотки и индуктивности
рассеяния трансформатора (см. рис. 1).



Рис. 1. Переходные процессы в стоке транзистора, вызванные индуктивностью
рассеяния трансформатора

Если пиковое напряжение всплеска превысит напряжение пробоя
переключающего элемента, чаще всего, силового транзистора MOSFET, это приведет
к выходу из строя всего устройства. Более того, колебания высокой амплитуды на
стоке транзистора вызывают сильные электромагнитные помехи. В источниках
питания мощностью выше 2 Вт для ограничения всплесков напряжения на MOSFET
используются ограничительные (снабберные) схемы, которые позволяют рассеивать
энергию, накопленную в индуктивности рассеяния.

Принцип работы снабберной схемы

Снабберная схема используется для ограничения максимального
напряжения на MOSFET до заданного значения. Как только напряжение на MOSFET
достигает порогового значения, вся дополнительная энергия рассеяния
перенаправляется в снабберную схему, где она либо накапливается и медленно
рассеивается, либо возвращается в преобразователь. Одним из недостатков
ограничительных схем является то, что они рассеивают энергию, снижая
эффективность. В связи с этим существует несколько типов ограничительных схем
(см. рис. 2). В некоторых из них используются стабилитроны (диоды Зенера),
позволяющие снизить потребление мощности. Однако из-за резкого включения
стабилитронов в таких схемах часто возникают электромагнитные помехи.
Ограничительные схемы RCD обеспечивают хороший баланс между эффективностью,
генерацией электромагнитных помех и стоимостью и потому получили наибольшее
распространение.



Рис. 2. Типы ограничительных
схем

Ограничительная схема RCD работает следующим образом. Сразу же
после закрытия MOSFET диод во вторичной цепи остается обратно смещенным, и ток
намагничивания заряжает емкость стока (см. рис. 3а). Когда напряжение в
первичной обмотке достигает величины выходного отраженного напряжения
VOR, определяемого соотношением витков трансформатора, открывается
диод во вторичной цепи, и энергия намагничивания передается во вторичную
обмотку. Энергия рассеяния продолжает заряжать трансформатор и емкость стока до
тех пор, пока напряжение в первичной обмотке не станет равным напряжению на
конденсаторе ограничительной схемы (см. рис. 3б).



Рис. 3. Первичная цепь
ограничительной схемы

В этот момент открывается блокирующий диод, и энергия рассеяния
направляется через конденсатор ограничительной схемы (см. рис. 4а). Протекающий
через конденсатор ток заряда ограничивает пиковое напряжение на стоке
транзистора до величины VIN(MAX) + VC(MAX).
После того как энергия рассеяния полностью передана, блокирующий диод
запирается, а конденсатор ограничительной схемы до начала следующего цикла
разряжается через резистор этой же схемы (см. рис. 4б). Последовательно с
блокирующим диодом часто ставят дополнительный небольшой резистор,
предназначенный для подавления любых колебательных процессов, возникающих в
контуре из индуктивности трансформатора и конденсатора ограничительной схемы в
конце цикла заряда. На рисунке 5 показаны циклические пульсации напряжения
VDELTA, наблюдаемые в ограничительной схеме, амплитуда которых
определяется величиной конденсатора и резистора, стоящих параллельно друг
другу.



Рис. 4. Первичная цепь
ограничительной схемы



Рис. 5. Измерение напряжения в
ограничительной схеме RCD

Принцип работы ограничительной схемы RCDZ аналогичен принципу
работы RCD-схемы, за исключением того, что рассеиваемая энергия делится между
стабилитроном и стоящим последовательно с ним резистором (см. рис. 2).
Стабилитрон предотвращает конденсатор от разряда ниже уровня блокирующего
напряжения стабилитрона, что ограничивает рассеяние мощности и улучшает
эффективность, особенно при небольших нагрузках. Схема ZD обеспечивает жесткое
ограничение напряжения на MOSFET, определяемое величиной блокирующего
напряжения стабилитрона. И, наконец, ограничительная схема RCD+Z работает, как
и RCD-схема, но введение в нее стабилитрона обеспечивает безопасное ограничение
напряжения на MOSFET во время переходных процессов. Как и RCD-схема, она
характеризуется пониженной генерацией электромагнитных помех во время
нормального режима.

При разработке ограничительных схем необходимо учитывать
параметры как трансформатора, так и MOSFET. Если минимальное ограничивающее
напряжение ниже VOR трансформатора, ограничительная схема работает
как нагрузка. При этом теряется большее количество энергии, чем при
рассеивании, что снижает эффективность. При выборе компонентов ограничительной
схемы меньших размеров, чем требуется, они перегреваются, не справляются с
опасными напряжениями и генерируют электромагнитные помехи. Необходимо, чтобы
ограничительная схема обеспечивала защиту MOSFET от любых всплесков входного
напряжения питания, тока нагрузки и учитывала допуски на компоненты.

Компания Power Integrations опубликовала руководство по
проектированию ограничительных схем Clamp Sizing Design Guide (PI-DG-101), в
котором приведена поэтапная последовательность подбора компонентов для четырех
основных типов ограничительных схем, применяемых в обратноходовых источниках
питания. Это руководство предназначено для использования совместно с
программным пакетом PI Expertä. Данная интерактивная программа автоматически
подбирает на основе параметров источника питания пользователя все компоненты
(включая характеристики трансформатора), необходимые для генерации требуемого
рабочего напряжения импульсного источника питания. PI Expertä автоматически
создает ограничительную схему, которая, впрочем, слегка отличается от схемы,
спроектированной по алгоритму из упомянутого руководства.

Проектирование ограничительной схемы RCD

Ниже приведена последовательность шагов при проектировании
ограничительной схемы RCD (подробнее см. руководство Clamp Sizing Design
Guide). Все перечисленные ниже значения, не измеренные и не определенные
пользователем, следует искать в таблице результатов проектирования PI
Expert.

  1. Измерьте LL — индуктивность рассеяния первичной цепи
    трансформатора.
  2. Проверьте fs — частоту переключения источника
    питания.
  3. Определите Ip — точное значение тока в первичной
    цепи.
  4. Определите полное напряжение в первичной цепи MOSFET и
    рассчитайте Vmaxclamp при помощи следующего выражения:

 

   ( Примечание: предусмотрите для MOSFET запас,
по крайней мере, в 50 В ниже уровня BVDSS, а дополнительно к нему — запас в
30–50 В на всплески напряжения при переходных процессах).

      5. Определите Vdelta
амплитуду пульсаций в ограничительной схеме.

      6. Рассчитайте минимальное
напряжение в ограничительной схеме:

 

 

           7.
Рассчитайте среднее напряжение в ограничительной схеме:

 

           8.
Рассчитайте энергию, накопленную в индуктивности рассеяния:

        

           9.
Оцените Eclamp — энергию, рассеиваемую в ограничительной схеме:

 

 

      10. Рассчитайте величину
резистора в ограничительной схеме:

 

      11. Расчетная мощность резистора
в ограничительной схеме должна быть больше, чем:

 

      12. Рассчитайте емкость
конденсатора в ограничительной схеме:

 

 

    13.  Расчетное напряжение на
конденсаторе в ограничительной схеме должно быть больше, чем
1,5Vmaxclamp.

    14. В качестве блокирующего диода в
ограничительной схеме необходимо использовать диод с коротким или очень
коротким временем восстановления.

    15. Пиковое обратное напряжение блокирующего
диода должно быть больше, чем 1,5Vmaxclamp.

    16. Расчетный пиковый ток прямого смещения
должен быть больше IP. Если этот параметр не перечислен в таблице данных,
средний расчетный ток прямого смещения должен быть больше 0,5IP.

    17. Величина демпфирующего резистора (если он
используется) выбирается из соотношения:

 

    18. Расчетная мощность демпфирующего
резистора должна быть больше, чем

.

 

После проведения первоначальных расчетов для проверки рабочих
характеристик источника питания необходимо сконструировать прототип такого
устройства, поскольку индуктивность рассеяния трансформатора может значительно
меняться в зависимости от техники намотки. В некоторых случаях следует измерить
среднее напряжение Vclamp и сравнить его с рассчитанным в п. 7
значением (см. рис. 5). В случае существенных различий этих значений можно
произвести корректировку Rclamp. Если полученные результаты
существенно отличаются от ожидаемых, расчет следует повторить с использованием
уточненных данных.

Для расчета параметров ограничительных схем других типов
используют аналогичную последовательность шагов, добавляя шаги для каждого
нового элемента. Следует быть очень внимательными при выборе диодов и
стабилитронов — у них должна быть соответствующая мощность. Почти во всех
случаях применения стабилитронов для обеспечения требуемой пиковой мгновенной
мощности необходимо использовать цепи подавления всплесков напряжений при
переходных процессах.

Расчетная мощность компонентов проверяется методом измерения
температур корпусов компонентов в то время, когда источник питания работает на
полную нагрузку при минимальном входном напряжении. Если рабочая температура
какого-либо компонента схемы выходит за установленные производителем пределы,
компонент следует заменить, а схему необходимо тщательно проверить.

Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

www.russianelectronics.ru

Силовые резисторы в алюминиевом корпусе серии HS. Качество, проверенное временем

Резисторы мощностью до нескольких кВт выпускаются серийно, для широкого применения, в то время как более мощные приборы, как правило, изготавливаются на заказ. В энергетике силовые резисторы (СР) применяются в коммутационной и защитной аппаратуре, обеспечивая демпфирование переходных процессов при штатных и аварийных переключениях в энергосистемах. Это приводит к снижению токов коротких замыканий, коммутационных токов и перенапряжений, скорости нарастания восстанавливающихся напряжений, повышению динамической устойчивости систем электроснабжения [1] и, в конечном итоге, значительно улучшает характеристики и уменьшает стоимость основного оборудования (силовых трансформаторов, автоматических выключателей и т.д.), а также повышает безопасность [2, 3]. СР нашли очень широкое применение в электроприводах постоянного и переменного тока (в тормозных резисторах, резисторах гашения возбуждения синхронных машин, наборах пусковых резисторов для ступенчатого регулирования тока и момента двигателей постоянного тока, резисторах для регулирования механических характеристик асинхронных двигателей с фазным ротором, резисторах для уменьшения просадки напряжения в маломощных электросетях при прямом пуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором), в машиностроении (особенно транспортном), в автономных системах электроснабжения (в качестве нагрузки для проверки технического состояния генераторов и аккумуляторов) [4,5].

Характерные задачи, решаемые с помощью СР в составе частотно-регулируемого электропривода (используется стандартная структура преобразователя частоты с промежуточной шиной постоянного тока), показаны на рисунке 1 [4].

 

Рис. 1. Применение СР в частотно-регулируемом электроприводе

Рассмотрим классы применения СР.

Фильтровые резисторы используются в составе RC-цепочек для уменьшения высокочастотных помех на шинах переменного тока. Возможно также их применение совместно с LC-цепями, настроенными на выделение токов определенных (нежелательных) гармоник сетевой частоты, генерируемых в процессе работы электропривода. При этом фильтровые резисторы поглощают и рассеивают мощность этих гармоник в [5, 6]. Фильтровые резисторы выбирают по допустимой средней мощности (импульсные перегрузки этих СР сравнительно невелики и обычно вполне достаточно стандартной перегрузочной способности «пятикратная мощность в течение пяти секунд»).

Резисторы для ограничения перенапряжений и разряда емкостей на шинах переменного тока «crowbar» служат для подавления кратковременных и длительных перенапряжений на шинах переменного тока [4, 5, 6]. СР «soft crowbar» ограничивают перенапряжения во время переходных процессов. Если же имеется длительное превышение напряжения, шина отключается от сети автоматическим выключателем (или контактором) и затем СР «hard crowbar» разряжает емкость шины до безопасного уровня напряжения [4, 5]. СР «crowbar» должны выдерживать значительные импульсные напряжения (между выводами СР), иметь высокую электрическую прочность изоляции и большую допустимую энергию, поглощаемую на интервалах времени порядка десятков мкс…единиц мс. При этом средняя мощность рассеивания может быть сравнительно невелика [4, 5]. Она определяется интенсивностью протекания переходных процессов, величиной емкостей на шинах и требуемым временем снижения напряжений до безопасных значений.

Резисторы для ограничения пускового тока входного выпрямителя и резисторы для первоначального заряда фильтрового (накопительного) конденсатора на шине постоянного тока имеют сходное назначение: обеспечивают приемлемую, безопасную величину тока через вентили входного выпрямителя и накопительный конденсатор при подключении преобразователя к питающей сети, а также демпфируют этот процесс [4]. После завершения заряда конденсатора, резисторы шунтируются замыкающимися контактами. Эти СР могут иметь весьма небольшую допустимую среднюю мощность, но должны надежно поглощать значительную энергию (примерно равную энергии заряжаемого конденсатора на шинах постоянного тока 0,5*Cнакопит*(Uпост макс)2) в течение короткого времени порядка единиц…десятков мс.

Резистор для разряда накопительного конденсатора подключается параллельно конденсатору для обеспечения безопасности[4]. После отключения преобразователя от питающей сети, этот СР обеспечивает гарантированное снижение напряжения на шине постоянного тока до безопасного значения в течение нормированного (не большого) интервала времени. Этот СР проектируется по средней мощности рассеивания Pсредн = (Uпост макс)2/Rразр. В свою очередь Rразр выбирается достаточно малой величины для получения приемлемого времени разряда конденсатора. При большой емкости конденсатора требуется разрядный СР значительной мощности.

Токоизмерительный резистор Rизм служит для контроля и измерения тока в силовой цепи по величине падения напряжения: I = Uизм/Rизм. Этот СР должен иметь весьма малое номинальное сопротивление (номинальное падение напряжения на Rизм порядка нескольких десятков мВ), высокую начальную точность и стабильность при изменении внешних условий и в течение срока службы преобразователя, а также небольшую величину паразитной индуктивности резистора. Более подробно вопросы применения токоизмерительных резисторов в силовых преобразователях рассмотрены в статье [7].

Тормозной резистор служит для поглощения кинетической энергии электропривода при необходимости его быстрого торможения. Соответственно, наиболее важным требованием к этому СР является большая допустимая энергия, поглощаемая на интервале торможения (обычно порядка единиц…десятков с). Если торможения привода происходят достаточно часто и с большим изменением скорости, то тормозной СР должен быть способен рассеивать значительную среднюю мощность. Стандартное соотношение (Pимп торм/Pсредн) для тормозных СР равно 10 [5].

Балансные резисторы служат для выравнивания распределения напряжения между несколькими последовательно соединенными однотипными силовыми компонентами преобразователя (вентилями или конденсаторами). Последовательное соединение применяется, если величина допустимого напряжения одного компонента не достаточна для его надежной работы в составе преобразователя, а применить более высоковольтный тип технически невозможно или экономически нецелесообразно. Балансные СР отличаются сравнительно большой величиной сопротивления (единицы…десятки кОм) и должны иметь хорошую точность и стабильность. При этом требования по средней и импульсной мощности этих СР сравнительно невысокие.

Снабберные резисторы предназначены для ограничения выбросов напряжения и демпфирования высокочастотных колебаний, возникающих при коммутациях силовых ключей в составе преобразователей [4, 6, 8]. Имеется несколько характерных схем применения снабберных СР, обычно совместно с конденсаторами [8]. По величине сопротивления требования к этим СР могут варьироваться в очень широком диапазоне — доли Ом…десятки кОм. Но во всех случаях они должны иметь очень большую допустимую импульсную мощность (при длительности импульсов сотни наносекунд…десятки микросекунд), предельно малую паразитную индуктивность и рассеивать значительную среднюю мощность.

Одним из лидеров среди производителей СР является компания TE Connectivity, более полувека выпускающая СР с торговой маркой CGS. Она располагает одним из наиболее широких наборов конструктивных и технологических решений СР, позволяющих производить низко- и высокоомные СР с различными величинами по начальной точности сопротивления, температурному коэффициенту и стабильности, с малой паразитной индуктивностью и различными вариантами корпусирования и монтажа [9]. Стандартные СР выпускаются на номинальную мощность до 2200 Вт и с напряжением изоляции до 12 кВ. В конструкции СР TE-Connectivity используются только лучшие материалы, что гарантирует их качество, надежность и долговечность. Эти СР массово поставляются на автомобильное производство, используются в инверторах на электровозах, в снабберных цепях тиристоров в энергосистемах и в качестве тормозных резисторов в мощных электроприводах [9]. Показательно, что их можно без ограничений применять в электрооборудовании лифтов и эскалаторов, а также на железнодорожном транспорте, т.е. они полностью соответствуют требованиям к системам, критическим по безопасности большого количества людей [4].

Среди всего многообразия стандартных СР, наиболее сбалансированные характеристики имеют резисторы в алюминиевом корпусе. В таблице 1 представлены основные серии СР в алюминиевом корпусе, выпускаемые TE Connectivity [9, 10].

Таблица 1. Стандартные СР в алюминиевом корпусе производства TE Connectivity

Наименование Pном, Вт1Стандартный
теплоотвод,
Мощность без радиатора, Вт Диапазон
значений
сопротивления
Uраб макс, В2Uизол, В3Стабильность, %4
S, кв. см H, мм
HSA51041515,510 мОм…10 кОм16014001
HSA10164151810 мОм…15 кОм26514001
HSA2525535112,510 мОм…36 кОм55025001
KHSA25 25535112,510 мОм…36 кОм55035002
HSA505053512010 мОм…100 кОм125025001
KHSA505053512510 мОм…100 кОм125035002
HSC757599534550 мОм…50 кОм140050002
HSC10010099535050 мОм…100 кОм190050002
HSC1501509953550,1 Ом…100 кОм250050002
HSC20020037503500,1 Ом…50 кОм190056003
HSC25025047653600,1 Ом…68 кОм220056003
HSC30030057803750,1 Ом…82 кОм250056003
1 — Номинальная мощность резисторов (в продолжительном режиме работы) со стандартным теплоотводом (нормируется эффективная площадь S и толщина теплоотвода H) без обдува. Применение радиаторов с меньшим тепловым сопротивлением, чем у стандартного теплоотвода, возможно и целесообразно (рекомендуется), что улучшает характеристики резисторов (главным образом надежность и стабильность), но, в любом случае, не следует превышать номинальную мощность. Также рекомендуется использование теплопроводящей пасты (компаунда) для уменьшения теплового сопротивления между корпусом резистора и радиатором, что особенно эффективно для резисторов большой мощности.
2 -Максимально допустимое напряжение между выводами резистора (постоянное или действующее значение для переменного тока).
3 — Максимально допустимое напряжение между выводами резистора и его корпусом (пиковое значение переменного напряжения).
4 — Предельное значение возможного изменения сопротивления резистора за 1000 часов работы с номинальной нагрузкой. Если уменьшить нагрузку до 0,7*Pном, можно снизить скорость старения вдвое. Если уменьшить нагрузку до 0,5*Pном — скорость старения уменьшится в четыре раза.

Исполнение резисторов серии HSC300 с жидкостным охлаждением позволяет удвоить их номинальную мощность (серия HS600).

Резисторы серий HSA5…HSA75 полностью заменяют более раннюю разработку (серии THS10THS75).

Серии резисторов HSX25 и HSX50 являются модификацией серий KHSA25 и KHSA50 с увеличенным значением длины пути по поверхности изоляторов выводов (до 10 мм). Они предназначены для работы в условиях повышенной загрязненности.

Сопротивление изоляции резисторов не менее 10 ГОм, а сразу после испытаний на влагостойкость — не менее 1 ГОм.

Резисторы стандартного исполнения выпускаются с допуском на отклонение величины сопротивления резистивного элемента от номинального значения ±5%. На заказ возможна поставка резисторов с допуском ±0,25%, ±0,5%, ±2%, ±3% и ±10%.

Температурный коэффициент сопротивления резисторов не более ±30*10-6/°C (для резисторов с сопротивлением менее 100 Ом — не более ±50*10-6/°C).

Резисторы имеют достаточно малые паразитные параметры — последовательную индуктивность и параллельную емкость. Например, резистор сопротивлением 44 Ом имеет индуктивность не более 3,8 мкГн и емкость 130 пФ. На заказ возможно изготовление резисторов с особенно малой величиной последовательной индуктивности (в обозначении серий добавляется префикс N (NHS…)).

СР производства компании TE Connectivity способны рассеивать большую мощность в продолжительном режиме работы при малых размерах и сравнительно невысокой температуре корпуса. Допустимая импульсная мощность этих СР при длительности перегрузки порядка единиц секунд Pимп = Pном*(25*с/tимп). Величины допустимой энергии, которую СР способны утилизировать на коротком интервале времени (микросекунды…единицы миллисекунд), сильно различаются для разных серий СР, а также — в зависимости от величины их сопротивления. В общем случае, наибольшую допустимую энергию имеют резисторы с сопротивлением менее 100 мОм, поскольку они наматываются самой толстой проволокой или шинкой, что дает большой объем резистивного элемента. В зависимости от серии СР (номинальной мощности), допустимая энергия низкоомных резисторов в коротком импульсе составляет 40 Дж (HSA5, HSA10, THS10, THS15)…320 Дж (HSC100HSC300, HSX50, KHSA50). Напротив, сравнительно высокоомные СР, резистивный элемент которых изготавливается из очень тонкой проволоки, имеют весьма малую допустимую величину поглощаемой энергии короткого импульса. Особенно это относится к сравнительно маломощным сериям СР (HSA5…HSA25), у которых она меньше 1 Дж при сопротивлениях более 100 Ом. Для применений, требующих большой допустимой энергии СР одновременно с повышенным значением сопротивления, наиболее интересна серия HSC250: величина допустимой энергии не опускается ниже 100 Дж в диапазоне сопротивлений 100 мОм…5 кОм, а в диапазоне 200 мОм…25 Ом она больше 1000 Дж. Впрочем, и другие серии СР HS выглядят в этом отношении сравнительно неплохо. Для диапазона сопротивлений свыше 10 кОм наибольшую допустимую энергию, утилизируемую в коротком импульсе, обеспечивают СР серий HS600, HSC300, HSX50, KHSA50 [10].

Отличные технические характеристики, надежность и качество СР в алюминиевом корпусе производства компании TE Connectivity обеспечивают их широкое применение. Из рассмотренных выше классов применения СР в составе частотно регулируемого электропривода, эти резисторы используются практически везде, разве что кроме задачи измерения тока [10]. Они выделяются очень высокой удельной мощностью, работоспособностью при жестких внешних воздействиях, стойкостью к перегрузкам и циклическим нагрузкам [9].

Литература

 

 

 

1. Врублевский Л.Е. и др. Силовые резисторы/Врублевский Л.Е., Зайцев Ю.В., Тихонов А.И.//Энергоатомиздат, 1991, 256 с.

2. Шейко П. Трансформаторы высокого напряжения. Повреждения вследствие коммутационных перенапряжений//Новости электротехники, №1 (79), 2013.

3. Титенков С. Четыре режима заземления нейтроли в сетях 6-35 кВ. Изолированную нейтраль объявим вне закона//Новости электротехники, №5 (23), 2003.

4. Power filtering and resistive solutions for elevators and escalators. Resistive solutions for railway applications. Literature No.4-1773460-6. TE-Connectivity, 2011.

5. Материалы (сайта) фирмы Cressal Resistors.

6. Энергетическая электроника: Справочное пособие: Пер. с нем./Под ред. Лабунцова В.А.//Энергоатомиздат, 1987, 464 с.

7. Савельев А. Резисторы для силовой электроники//Силовая электроника, №1, 2005, с. 4-7.

8. Уильямс Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. Справочное пособие: Пер. с англ.// Энергоатомиздат, 1993, 240 с.

9. Passive components. Resistor catalogue. Literature No.4-1773442-9. TE-Connectivity, 2006.

10. Aluminium housed power resistors. Type HS series. Literature No.1773035. TE-Connectivity, 2011.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: passiv.vesti@compel.ru

Наши информационные каналы

Метки: TE Connectivity, НЭ, Пассивка, Публикации, резисторы

www.compel.ru

Снабберный модуль СБ-2-1 | Электротехническая Компания Меандр

СБ-2-1 100Ом 0,1мкФ УХЛ4

СБ-2-1 20Ом 0,1мкФ УХЛ4

 

  • 2 защитные снабберные цепочки в одном, ультратонком корпусе (13мм)
  • Предназначен для подавления выбросов напряжения, возникающих при коммутации индуктивных компонентов (электромагнитные реле, пускатели, контакторы и пр.)
  • Применение защитных RC-цепочек в несколько раз увеличивает срок службы контактов коммутирующих обмотки
  • Уменьшаются помехи, возникающие при коммутациях

 

НАЗНАЧЕНИЕ

 Модуль СБ-2-1 предназначен для защиты коммутирующих контактов от разрушительного действия выбросов напряжения возникающих при коммутации обмоток электромагнитных устройств, таких как: реле, контакторы, электромагнитные пускатели и пр. Также модуль может применяться для уменьшения скорости нарастания напряжения dU/dt различных силовых полупроводниковых приборов (мощные транзисторы, тиристоры симисторы и пр).
 

КОНСТРУКЦИЯ

 Модуль выпускается в унифицированном пластмассовом корпусе с передним подключением коммутируемых электрических цепей. Крепление осуществляется на монтажную рейку-DIN шириной 35мм (ГОСТ Р МЭК 60715-2003) или на ровную поверхность. Для установки реле на ровную поверхность замки необходимо раздвинуть. Конструкция клемм обеспечивает надёжный зажим проводов сечением до 2.5мм2. Модуль устанавливается параллельно коммутируемой обмотке или параллельно контакту, коммутирующего обмотку. Предпочтительно устанавливать параллельно обмотке, т.к. в этом случает короче путь протекания тока от обмотки до снаббера, а соответственно, меньше создаваемых помех. При токах коммутации более 5А, цепи А-А и В-В можно включать параллельно.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СБ-2-1

Параметр

Ед.изм.

СБ-2-1 100Ом

СБ-2-1 20Ом

Номинальное рабочее напряжение

В

250

Максимальное рабочее напряжение

В

400

Емкость конденсатора снаббера мкФ 0,1
Рабочее напряжение конденсатора снаббера В 630
Сопротивление резистора снаббера Ом 100 20
Мощность резистора снаббера Вт 1

Степень защиты корпус/клеммы в соответствии с ГОСТ 14254-96

 

IP40/IP20

Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 (без образования конденсата)  

 

УХЛ4

Диапазон рабочих температур

0C

-25…+55

Температура хранения 0C -40…+70

Степень загрязнения в соответствии с ГОСТ 9920-89

 

2

Относительная влажность % до 80 (при 250C)

Рабочее положение в пространстве

 

произвольное

Режим работы   круглосуточный

Габаритные размеры

мм

13х93х62

Масса, не более

кг

0,12

 

ОСЦИЛЛОГРАММЫ «С» И «БЕЗ» ПРИМЕНЕНИЯ СНАБЕРНОГО МОДУЛЯ

Пример коммутации обмотки пускателя контактами реле.

При коммутации обмоток пускателей, даже 1-го и 2-го габарита без применения снаббера амплитуда индуктивных выбросов напряжения на обмотке может достигать 5000 В. Это приводит к ионизации газа между контактами и, как следствие, к возникновению дуги, что приводит к ускоренному выходу из строя управляющих контактов (реле и пр).

Применение снаббера полностью подавляет образование высоковольтных выбросов напряжения. При небольших токах коммутации (а рабочий ток обмотки пускателей, как правило, не большой), срок жизни контактов может достигать своего механического предела (как правило в 10 раз больше, чем электрический срок службы).

 

БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ СБ-2-1 С ПРИМЕНЕНИЕМ СБ-2-1

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

 

 

 

Вариант защиты до IP40

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ

 

Изделия соответствуют требованиям ТУ 3428-006-31928807-2014

Форум и обсуждения  —  здесь

Наименование

Заказной код

(артикул)

Файл для скачивания

(паспорт)

Дата файла

СБ-2-1 100Ом 0,1мкФ УХЛ4

4680019912059

V05.12.17
СБ-2-1 20Ом 0,1мкФ УХЛ4 4680019912066

meandr.ru