Защита от обратного напряжения ибп

Быстрая защита оборудования от обратных токов. Контроллер с интеллектуальной диодной защитой LM74610-Q1

Множество автомобильных и промышленных систем электропитания требуют быстрой реакции защиты оборудования от обратных токов. Для реализации защиты от нарушения полярности обычно используются диоды Шоттки или p-канальные MOSFETы.

Основным недостатком такого подхода является значительное падение напряжения прямой проводимости, что уменьшает доступное оборудованию напряжение и увеличивает потери мощности. Решения на основе PFET также неэффективны при большом токе нагрузки и низком входном напряжении.

LM74610-Q1 представляет собой контроллер, который при использовании с внешним n-канальным MOSFETом, заменяет диод или PFET в энергетических системах, требующих защиты от обратных токов. Напряжение истока и стока MOSFETа постоянно контролируется анодом и катодом LM74610-Q1. Внутренний зарядовый насос используется для управления затвором внешнего MOSFET. Падение напряжения зависит только от сопротивления Rdson конкретного MOSFET, что значительно меньше, чем при использовании PFET. Уникальное преимущество этой схемы в том, что LM74610-Q1 не связан с землей, и, таким образом, имеет нулевой IQ.

Контроллер LM74610-Q1 обеспечивает быстрый разряд затвора MOSFET, что позволяет мгновенно реагировать на обнаружение токов обратной полярности.

Возможности

• Подходит для применения в автомобилях;
• Максимальное обратное напряжение 45 В;
• Нет ограничения положительного напряжения на аноде;
• Емкость для управления затвором внешнего MOSFET с n-каналом;
• Рассеиваемая мощность ниже, чем при использовании диодов Шоттки или PFET;
• Низкий обратный ток утечки;
• Нулевой IQ;
• Быстрый отклик (2 мкс) при изменении полярности;
• Температура окружающей среды при эксплуатации: -40°..+125°C;
• Может использоваться для реализации монтажной схемы «ИЛИ»;
• СоответствуетспецификацииCISPR25 EMI;
• СоответствуетISO7637 для использования в автомобилях с соответствующим TVS диодом;
• Нет ограничения по току.

Варианты использования

• Автомобильные системы ADAS;
• Информационные системы;
• Промышленные электроинструменты;
• Блоки управления коробкой передач (TCU);
• Схемы «ИЛИ» для реализации резервного питания от нескольких источников.

Источник

Backfeed Protection — Защита от обратного питания.

Согласно ГОСТ Р МЭК 62040-1-1-2009 (IEC 62040-1-1:2002), «Источники бесперебойного питания (ИБП), Общие требования и требования безопасности для ИБП, используемых в зонах доступа оператора», в ИБП следует обеспечить защиту от обратного питания Backfeed Protection. Опасность поражения электрическим током не должна появляться на входных клеммах переменного тока устройства защиты от обратного питания при нормальных условиях отказа одиночного компонента в случае исчезновения входного напряжения переменного тока.

Реализация в ИБП EATON. Преимущества Backfeed Protection.

Введение

Термин «backfeeding» означает ситуацию, когда электропитание подается обратно к входным клеммам источника бесперебойного питания, т.е. когда направление передачи электропитания противоположено нормальной работе. Это создает угрозу безопасности, поскольку присутствие обратного питания может привести к тому, что входные клеммы будут находиться под напряжением, даже если они были отключены от сети. Присутствие обратного питания также может привести к серьезным нарушениям в работе другого оборудования, подключенного к общей точке выхода ИБП, и категорически запрещено поставщиками электроэнергии.
Backfeed контактор, в ИБП EATON, защищает обводную линию в случае неисправности статического байпаса, который состоит из последовательно соединенных тиристоров. В худшем случае, при поломке тиристоров может произойти короткое замыкание во всей внутренней линии байпаса ИБП, что вызовет низкое значение сопротивления для большого количества энергии.

Требование к защите от обратного питания

Как уже говорилось ранее, государственный стандарт ГОСТ Р МЭК 62040-1-1-2009 (IEC 62040-1-1:2002) требует, чтобы устройство ИБП исключало присутствие опасного напряжения и токов, которые могут присутствовать на входных контактах ИБП после отключения вводных автоматов.

Стандарт допускает два вида реализации защиты от обратного питания: установка внутреннего изолирующего устройства и установка внешнего изолирующего устройства, но с функцией обнаружения и контроля обратных токов, внутри ИБП.

Защита от обратного питания в одиночной системе ИБП

3-х фазные модели ИБП EATON, такие как: 9355, 9390 и 9395 включают в себя внутренние контакторы защиты от обратного питания, как стандарт (в некоторых новых моделях устанавливается опционально). На рисунке 1 показана схема ИБП EATON, модели 9395-275кВА, в которой присутствует контактор К5, выполняющий функцию защиты от обратного питания. Входные контакты выпрямителя и байпаса изображены на схеме слева, а выходные контакты ИБП справа.

Рисунок 1. Контактор К5.

Внутренний контактор К5 (backfeed contactor) используется для автоматической защиты в аварийных ситуациях, в случаях неисправности статического байпаса. Если в тиристорах статического байпаса происходит короткое замыкание, выход байпаса будет замкнут с выходом инвертора, в таком случае, если ИБП будет находится в режиме on-line или на батареях, во входящих цепях источника появятся большие токи (встречное напряжение). Встроенное программное обеспечение ИБП включает в себя функцию обнаружения обратного тока, а контактор К5 используется для защиты в аварийной ситуации и автоматически предотвращает появление встречного напряжения. Это позволяет ИБП оставаться в нормальном режиме работы, даже в случае неисправности статического байпаса.

Внутренние backfeed контакторы в ИБП EATON, всегда тестируются в рамках стандартного заводского предпродажного теста. Во время заводских испытаний, к ИБП подключается восьмидесяти процентная нагрузка, от номинальной мощности источника и производятся тесты в режиме двойного преобразования, в режиме байпаса производится проверка точности токов нагрузки, а также тестируется функциональность контактора К5.

Точность измерения тока байпаса имеет важное значение для защиты от обратного питания, так как позволяет своевременно обнаружить обратные токи. Если ИБП работает не в режиме байпаса, но в байпасной линии обнаруживаются токи, то контактор К5 автоматически открывается.

Защита от обратного питания в параллельной системе ИБП

Источники бесперебойного электропитания объединяются в параллель для увеличения надёжности системы или увеличения общей мощности. В параллельных системах, защита от обратного питания ещё более важна, так как параллельные системы имеют большие токи.

На Рисунке 2 показан пример блок-схемы параллельной системы ИБП с внутренним контактором защиты от обратного питания (К5).

Рисунок 2. Параллельная система ИБП.

Если произойдёт сбой в одном из статических переключателей, параллельные инверторы начнут обеспечивать обратным питанием входящую сеть, как показано на Рисунке 3. В этой ситуации контактор защиты от обратного питания откроется автоматически, чтобы предотвратить подачу мощности в городскую (во входящую) сеть.

Линии статического байпаса, в параллельных системах, имеют избыточность, чтобы отказ одной из байпасных линий не препятствовал работе других статических байпасов. В параллельной системе с резервированием мощности, отказ статического байпаса никак не повлияет на работу других байпасных линий, однако в параллельных системах с увеличением мощности, пропускная способность рабочих байпасов будет немного ограничена.

Рисунок 3. Параллельная система с отказавшим байпасом.

Защита от обратного питания в системе с централизованным байпасом.

Некоторые системы параллельной работы ИБП сконструированы с централизованным байпасом, где системный модуль байпаса (SBM) обеспечивает общую обходную линию для всех источников бесперебойного электропитания. Структурная схема данного типа системы изображена на Рисунке 4.

Рисунок 4. Параллельная система с SBM.

Подобно внутреннему байпасу ИБП, SBM также содержит тиристорный байпас и контактор для защиты от обратного питания. Блоки EATON SBM выпускаются для работы с токами от 2000 А, до 5000 А. (см. Рисунок 5).

Рисунок 5. Модуль внешнего электронного байпаса SBM.

Преимущества внутренней защиты от обратного питания.

Помимо преимуществ, связанных с безопасностью, внутренняя защита от обратного питания даёт преимущества в эксплуатации. Одним из существенных преимуществ является способность ИБП продолжать подачу питания для критических нагрузок в режиме двойного преобразования даже в случае неисправности статического байпаса. В случае отказа одного из тиристоров, контактор защиты от обратного питания открывается автоматически, и источник бесперебойного питания может продолжать работать в режиме двойного преобразования до проведения ремонтных работ и даже во время их проведения.

В параллельных системах, внутренняя защита от обратного питания реализована в каждом ИБП, с использованием контакторов. Наличие внешнего контактора защиты, часто означает установку только одного контактора для использования с несколькими статическими байпасами. В этом случае, отказ тиристора в одном из статических байпасов приводит к потере всех байпасных линий, подключённых к общему контактору защиты.

Источник

Как избежать последствий рекуперации при использовании источников бесперебойного питания

Установки, в состав которых включены электрические двигатели: подъёмные механизмы, насосы, приводы и тому подобные, при торможении могут переключаться в режим генератора и отдавать ток обратно в сеть. Если такие установки запитаны от источника бесперебойного питания (ИБП), поток обратной энергии может привести к отключению ИБП по аварии или выходу его из строя. Чтобы избежать этого, необходимо принимать соответствующие меры.

Проблему можно решить с помощью ИБП компании Kehua Tech серии FR-UK 33 при использовании опциональных резистивных блоков (блоков балластной нагрузки). Они подключаются к цепи постоянного тока ИБП и поглощают избыточную электрическую энергию, возникающую из-за протекания обратных (рекуперативных) токов от нагрузки к ИБП, переводя ее в тепло. Для ИБП мощностью 40 до 160 кВА доступны блоки 16 кВт/32 А, для 100-400 кВА — 32 кВт/72 А.

Блоки балластной нагрузки имеют явные преимущества по сравнению с ИБП других вендоров, у которых рекуперативная энергия отдается обратно в сеть:

• Рассеивание рекуперативных токов может происходить даже при отсутствии входной сети и работе на батареях, что невозможно для ИБП ряда других производителей, которые возвращают мощность в сеть только в режиме онлайн (двойного преобразования).
• Доля потока энергии, отдаваемой ИБП обратно в сеть, составляет всего 10-15 % от номинального тока ИБП и этой величины может быть недостаточно. При использовании ИБП серии FR-UK 33 с балластной нагрузкой происходит полное поглощение рекуперативных токов, благодаря достаточно большой мощности блоков и возможности из параллельного подключения к ИБП.

ИБП Kehua Tech серии FR-UK33

Таблица 1. Пример подбора оборудования

№	Мощность ИБП, кВА	Рекомендованный производителем тип блока поглощения рекуперативного тока (БПРТ)	Напряжение ШПТ ИБП, В=	Рекомендованный производителем тип блока поглощения рекуперативного тока (БПРТ), В=
1	40-80	16 кВт/32 А	348	348
2	100-160	16 кВт/32 А	348	348
3	100-160*	32 кВт/72 А	348	348
4	200-400	32 кВт/72 А	384	383

* Необходима консультация вендора, индивидуальный заказ

Алгоритм

Для подбора подходящего блока поглощения рекуперативного тока (БПРТ) нам в первую очередь необходимо определить:

• мощность, подключаемую к ИБП (с учетом пусковых режимов) и выбрать мощность и модель ИБП;
• уточнить DC напряжение на шине постоянного тока ИБП;
• по данным заказчика определить мощность, рекуперируемую нагрузкой в сеть;
• в соответствии с результатами предыдущего пункта выбрать мощность БПРТ;
• проверить согласованность DC напряжений на шине постоянного тока ИБП и БПТР. В зависимости от результата — либо использовать стандартное оборудование (ИБП и БПТР), либо обратиться на завод для проверки возможности согласования их напряжений.

Пример выбора

У станка имеется рекуперативное торможение шпинделя и потребляемый ток 99 А, пусковой ток не превышает номинального. На момент торможения главного шпинделя станка рекуперативный ток составляет 75 А. К-т мощности при рекуперации неизвестен, принимаем равным 0,8.

Мы выбираем ИБП согласно потребляемому току по формуле: потребляемый ток∙3∙0,23=мощность ИБП в кВА. Из этого расчета получаем 68,4 кВА, самый близкий по значению, наибольший ИБП из мощностного ряда FR-UK33 — 80 кВА. Напряжение на шине постоянного тока для данного ИБП 348 В=.
Рекуперативный ток составляет 72 А. Рассчитываем мощность (активную), которая выделяется при рекуперативном торможении в трёхфазной системе: ток∙3 фазы∙фазное напряжение в кВ∙к-т мощности=мощность в кВт. То есть, в данном случае: 72 А∙3 фазы∙0,23кВ∙0,8=39,7 кВт. Количество требуемых БПРТ: 39,7 кВт/16 кВт=2,5.

• Необходимо 3 БПРТ по 16 кВт.
• Входное напряжение БПТР — 348 В=.
• Напряжение шины постоянного тока ИБП 348В=.

Напряжения согласованы, возможно применение стандартного оборудования Kehua.

Источник