Supresores de arco electrónicos: protección crítica para sistemas de conmutación y SVG

Supresores de arco electrónicos: protección crítica para sistemas de conmutación y SVG

El desafío principal: arcos eléctricos destructivos

Cuando los interruptores mecánicos (contactores, relés, disyuntores) o semiconductores (IGBT, tiristores) interrumpen la corriente – especialmente En circuitos inductivos de CC: energía magnética almacenada ( 1/2*LI^2 ) genera picos de voltaje extremos (V= − Ldi/dt ). Esto ioniza el aire entre los contactos, creando una tensión sostenida. arcos eléctricos eso:

· Erosionar/soldar contactos,

· Generar EMI destructiva,

· Provocar fallos en el sistema o incendios.

Cómo funcionan los supresores de arco

Los supresores de arco desvían esta energía lejos desde elementos de conmutación a través de tres métodos clave:

1. Diodos Flyback (Más común para cargas de CC):

o Diodo polarizado inversamente a través de cargas inductivas (por ejemplo, bobinas de motor).

o Al abrir el interruptor, el voltaje inducido polariza directamente el diodo, creando una ruta de baja resistencia.

o La energía se disipa en forma de calor a través de la resistencia de la carga, fijando el voltaje en ~0,7 V. eliminando el arco eléctrico .

2. Amortiguadores RC (Protección universal):

o Red de resistencias y condensadores a través de interruptores .

o El condensador absorbe la corriente de sobretensión durante el apagado, lo que limita la tasa de aumento de voltaje (dV / dt).

o La resistencia disipa la energía almacenada y amortigua las oscilaciones.

3. Diodos TVS/MOV (Sujeción transitoria):

o Fije rápidamente voltajes por encima de un umbral (por ejemplo, 400 V) durante transitorios de apagado.

o Se utiliza junto con amortiguadores para picos de alta energía.

Supresión de arco en Generadores de variables estáticas (SVG)

Los SVG, esenciales para la estabilización del voltaje y el factor de potencia de la red, utilizan IGBT de alta potencia que conmutan a frecuencias de kHz para inyectar/absorber potencia reactiva. La supresión de arcos eléctricos es... innegociable por tres razones:

1. Alto estrés di/dt :

o Los IGBT conmutan entre cientos y miles de amperios en microsegundos, lo que genera una distorsión extrema. / dt (por ejemplo, 10–100 kA/μs).

o El apagado incontrolado provoca un sobreimpulso de voltaje (>2 × voltaje del bus de CC), con riesgo de falla por avalancha del IGBT.

2. Protección de los controladores de puerta :

o Los picos de voltaje se acoplan a los circuitos de control de compuerta a través de la capacitancia de Miller, lo que provoca:

§ Disparo falso (disparo a través),

§ Daño en el IC del controlador.

o Diodos TVS Sujete estos transitorios en el emisor de puerta.

3. Timbre de enlace de CC y lado de CA :

o La inductancia parásita en barras/cables (Lstray) resuena con la capacitancia de salida IGBT durante la conmutación.

o Amortiguadores RC metido:

§ A través de IGBT : Límite dV / dt durante el apagado (por ejemplo, 1–5 Ω + 0,1–1 μF).

§ Terminales de enlace de CC : Absorbe el zumbido de alta frecuencia (por ejemplo, 10 Ω + 10 μF).

4. Contactores y circuitos de precarga :

o Los contactores de CC que desconectan los condensadores SVG experimentan arcos eléctricos severos.

o Soluciones híbridas :Las resistencias de precarga + amortiguadores RC + MOV garantizan una energización/desenergización segura.

Por qué es importante SVG (Generador de variables estáticas)

· Fiabilidad :Evita fallas de IGBT/contacto debido a daños de arco acumulativos.

· Eficiencia :Reduce las pérdidas de conmutación y la reducción de potencia inducida por EMI.

· Seguridad :Mitiga los riesgos de arco eléctrico en sistemas cerrados en gabinetes.

· Cumplimiento : Cumple con los estándares EMI IEC 61800-3/EN 55011.

Consideraciones de diseño para aplicaciones SVG

· Clasificación energética del amortiguador :Debe manejar el pico 1 / 2 CV ^ 2 energía durante la conmutación en el peor de los casos.

· Tensión de sujeción TVS :Establecer debajo de IGBT VCES clasificación (por ejemplo, 1200 V IGBT → 1000 V TVS).

· Disposición : Minimice el Lstray con barras colectoras laminadas; coloque amortiguadores a <5 cm de los terminales IGBT.

Tendencia clave Los SVG modernos integran la supresión de arco en una protección multicapa, combinando amortiguadores, circuitos de sujeción activos y diagnósticos en tiempo real para extender la vida útil del sistema a más de 20 años.

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