Dobór bezpieczników do zabezpieczeń przyrządów półprzewodnikowych

Wiele z dzisiejszych urządzeń przemysłowych wyposażonych jest w elektroniczne układy, takie jak prostowniki, przekształtniki, soft-starty itp. Projektanci i osoby obsługujące te urządzenia często mają poważny problem związany z prawidłowym doborem bezpieczników o ultra-szybkiej charakterystyce, potrzebne do skutecznego zabezpieczenia elementów półprzewodnikowych, takich jak np. diody i tyrystory. Dobór właściwego bezpiecznika może być bardzo pracochłonny. Program Ultra Quick Select upraszcza ten proces i pozwala na zaoszczędzenie znacznej ilości czasu.

Uruchomienie

Po kliknięciu na ikonę pliku UQ Select otwiera się okno, w którym na dolnym pasku zadań pokazane są arkusze obrazujące poszczególne kroki postępowania w trakcie doboru bezpieczników. Korzystanie z programu należy rozpocząć od arkusza – Selectivity (selektywność - rys. 1). W otwartym oknie pokazana jest tabela wraz krótkim opisem i graficznym wyjaśnieniem zagadnienia selektywności pomiędzy bezpiecznikami. Aby dwa bezpieczniki wyłączały prąd zwarciowy w sposób selektywny, muszą być spełnione pewne warunki. Ich prądy znamionowe muszą występować w stosunku 1:1,6, a wartość całki Joule’a przedłukowej wkładki przetrzymującej (F1) musi być większa od wartości całki Joule’a wkładki wyłączającej (F2). Aby to szybko sprawdzić wystarczy w aktywne okna wpisać numery kodowe dobranych bezpieczników ultraszybkich, które można odczytać w katalogach firmowych. Po zatwierdzeniu klawiszem enter pomiędzy oknami pojawia się komunikat informujący na temat ewentualnej selektywności bezpiecznika.

Następnym krokiem jest wybór arkusza – Converter (przekształtnik - rys. 2). W oknie tym wpisuje się liczbę faz przekształtnika, jego moc (P), napięcie znamionowe (U) i współczynnik mocy (cos φ). Po zatwierdzeniu wprowadzonych danych wyświetla się prąd pobierany przez przekształtnik (Is).

Rys. 1. Arkusz Selectivity selektywność

Rys. 2. Arkusz Converter przekształtnik

W arkuszu Circuit (obwód - rys. 3) można zaznaczyć rodzaj (schemat) rozpatrywanego przekształtnika i wprowadzić wszystkie parametry techniczne, takie jak prąd obciążenia (ISF), wartość napięcia stałego (U=), graniczną całkę Joule’a półprzewodnika (I2t), moc transformatora (PT) i jego impedancję. Po podaniu tych danych program obliczy spodziewany prąd zwarciowy wyrażony w kA w obwodzie prądu stałego. Jeżeli bez układu przekształtnika konieczny jest dobór bezpiecznika tylko do określonego przyrządu półprzewodnikowego, wtedy w arkuszu Circuit w górnym polu należy wybrać opcję „Własnoręcznie”. Uaktywni to okna znajdujące się po prawej stronie ekranu. Należy wtedy wprowadzić dane takie jak: prąd obciążenia(ISF), napięcie zasilania strony wtórnej transformatora (US) i najmniejszą zdolność zwarciową dobieranego bezpiecznika. Program wygeneruje w żółtym oknie spodziewany prąd zwarciowy obwodu stałoprądowego.

W przypadku, gdy zachodzi konieczność dobrania bezpiecznika umieszczonego w gałęzi prądu stałego przekształtnika, należy otworzyć arkusz - DC Application - prąd stały (rys. 4). W aktywne okna należy wstawić wartość stałej czasowej (L/R) obwodu odbiorczego oraz wartości jego rezystancji (R) i napięcia na odbiorniku (U=). W poniższej tabeli również należy wybrać typ proponowanej wkładki topikowej (D, NH, BS, CH, DO, itp.) oraz jej napięcie znamionowe. Na wykresie obrazującym zależność stałej czasowej obwodu od napięcia, czerwony punkt pokaże aktualny stosunek ilorazu L i R do U=. W żółtym polu „wyjście” pojawi się rzeczywista wartość napięcia na obwodzie wyjściowym DC rozpatrywanego przekształtnika.

Rys. 3. Arkusz Circuit obwód

Rys. 4. Arkusz DC Application prąd stały

Pozostałe parametry

W następnym arkuszu – Load (obciążenie - rys. 5) trzeba wybrać typ obciążenia przekształtnika, tzn. określić, czy jest ono ciągłe czy cykliczne. W przypadku wyboru obciążenia ciągłego, w rozwiniętej liście do wyboru znajduje się kilka opcji: kilka zatrzymań i uruchomień obciążenia rocznie, jedno zatrzymanie dziennie oraz do 12 zatrzymań dziennie. Natomiast w przypadku wyboru obciążenia cyklicznego, czyli zmiennego w czasie, należy w żółte pola wpisać występujące wartości prądów obciążenia (I1, I2, I3 …I8) oraz czasy ich trwania (t1, t2, t3 …t8).

Kolejnym krokiem w procesie doboru bezpiecznika o charakterystyce ultra-szybkiej jest wybór jego typu i wielkości. W tym celu należy otworzyć arkusz – Type-size (typ-wielkość - rys. 6). Zawarte są w nim rysunki wymiarowe wszystkich typów bezpieczników – DO, D, CH, BS, NH wraz z ich napięciami znamionowymi. Nad każdym typem znajduje się pole wyboru, z których jedno należy zaznaczyć.

Rys. 5. Arkusz Load obciążenie

Rys. 6. Arkusz Type-size typ - wielkość

W arkuszu Charact. (charakterystyka - rys. 7) można wybrać rodzaj charakterystyki dobieranego bezpiecznika. „aR” jest charakterystyką niepełnozakresową i zabezpiecza element półprzewodnikowy przed zwarciem. „gR” jest charakterystyką pełnozakresową i zabezpiecza element półprzewodnikowy zarówno przed przeciążeniem jak i zwarciem. Istnieje również możliwość by nie proponować żadnej charakterystyki, co odbywa się poprzez zaznaczenie opcji „Żadna”. Wtedy program sam zasugeruje odpowiednie typy bezpieczników z charakterystykami zarówno gR jak i aR. Poniżej okien wyboru znajduje się krótkie graficzne wyjaśnienie zakresów pracy bezpieczników o charakterystykach gR i aR.

Arkusz Switch (wyłącznik – rys. 8) pozwala na dobranie typu bezpiecznika z mikrowyłącznikiem mocowanym na zaczepach na górnej pokrywie lub na ścianie bocznej. W przypadku gdy parametr ten nie zostanie określony program zaproponuje bezpieczniki zarówno z jak i bez mikrowyłącznika.

Rys. 7. Arkusz Charact. charakterystyka

Rys. 8. Arkusz Switch wyłącznik

Następnym arkuszem, który należy uaktywnić jest I2t (całka Joule’a – rys. 9). W odpowiednim polu należy zdefiniować najważniejszy parametr elementu półprzewodnikowego, który ma być zabezpieczony. Jest to wartość granicznej całki Joule’a diody lub tyrystora - Semi (I2t ) – A2s lub prąd szczytowy niepowtarzalny przewodzenia tyrystora - ITSM (10ms) - A. W oknie – Bezp. (I2t ) program wygeneruje wymaganą największą wartość całki Joule’a dobieranego bezpiecznika.

Kolejnym krokiem jest określenie prądu znamionowego bezpiecznika. W tym celu należy otworzyć arkusz In (prąd znamionowy – rys. 10). W kolejnych polach należy wprowadzić współczynnik mocy obciążenia przekształtnika (Cos φ), częstotliwość prądu obwodu zasilającego przekształtnik (f) temperaturę otoczenia miejsca pracy przekształtnika (Totocz), intensywność przepływu powietrza w m/s i przekrój przewodów. Wprowadzone parametry zostają automatycznie zobrazowane na znajdujących się obok diagramach. W dolnym oknie program UQ-Select generuje wymagany najmniejszy prąd znamionowy dobieranego bezpiecznika.

Rys. 9. Arkusz I2t całka Joulea

Rys. 10. Arkusz In prąd znamionowy

Rys. 11. Arkusz Select fuse wybór bezpiecznika

Selekcja końcowa

Kiedy wszystkie dotąd opisane dane zostaną wprowadzone do programu, należy otworzyć ostatnie okno - Select fuse (wybór bezpiecznika – rys. 11). Grupuje ono wszystkie zadane parametry oraz wygenerowane wielkości. Ostatnim krokiem doboru bezpiecznika jest kliknięcie w przycisk „Wybór”. W tabeli wyświetli się lista proponowanych przez program bezpieczników z ich numerami kodowymi i danymi technicznymi, które zostały przez program zdefiniowane. Istnieje również możliwość wyboru bezpieczników z oferty ETI Polam, wg. ich parametrów wymienionych w nagłówku tabeli. W tym celu należy włączyć przycisk – Filter i użyć przycisków wyboru w każdej kolumnie. W ten sposób arkusz Select fuse może służyć jako elektroniczny katalog bezpieczników o charakterystyce ultraszybkiej do zabezpieczania półprzewodników.

Podsumowanie

Opisana powyżej procedura odnosi się nie tylko do oferty jednej firmy ale także pozwala na ustalenie parametrów bezpieczników, jakie mogą być nabyte u innych dystrybutorów. Skonkretyzowanie wymagań co do bezpieczników poprzez wprowadzenie poszczególnych cech aplikacji i przeprowadzenie odpowiednich obliczeń jest konieczne aby poprawnie wybrać sposoby zabezpieczenia obwodów elektrycznych w automatyce.

Roman Kłopocki
Eti Polam, Pułtusk