Електрична ізоляція

Пов’язані терміни:

Енергетична інженерія
Напівпровідник
Діелектрики
Підсилювач
Імпеданс
Осцилятори
Транзистори
Трансформатори
Двійкова цифра

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Обслуговування та модифікація обладнання

21.4.3 Ізоляція електричного обладнання

Електрична ізоляція може знадобитися або для знерухомлення машин, або для захисту персоналу, що працює на електрообладнанні.

Ситуації, що включають електричну ізоляцію, включають роботу на механічному обладнанні, включаючи обертові машини та машини з рухомими частинами, та потрапляння в посудини, що містять мішалки або мішалки.

Там, де потрібна ізоляція рідин, електрична ізоляція повинна бути доповненням, але не заміною механічної ізоляції.

Стандарти OSHA 1910.147 та підрозділ S регулюють роботи з технічного обслуговування електричних систем. Ізоляція електричного обладнання регулюється Положенням Великобританії про електроенергію на виробництві 1989 року, а поради наводяться у відповідному Меморандумі (HSE, 1989 HS (R) 25). Електричну ізоляцію повинна проводити тільки електрично компетентна особа.

Два способи ізоляції електричного обладнання - це виведення запобіжників та блокування вимикача. Очевидно, є певна різниця в поглядах на суть цих двох методів. Деякі посилання описують системи, засновані головним чином на блокуванні вимикача. Посібник з технічного обслуговування IChemE описує зняття запобіжника як підходяще там, де блокування вимикача недоступне, як, наприклад, з інструментами, обігрівачами та схемами освітлення. (1983 LPB 49, с. 7) стверджує, що запобіжник завжди може бути замінений. З іншого боку, Kletz (1982f) стверджує, що досвід показав, що блокування вимикача не завжди ефективно. Він рекомендує зняти запобіжник там, де потрібно виконати роботу з електричних схем. Система електричної ізоляції, заснована на блокуванні вимикача, описана Аноном. (1983 LPB 49, с.7).

Блокуючий пристрій - це механізм або механізм, що дозволяє використовувати навісні замки, що працюють на ключі, щоб утримувати важіль вимикача або ручку в положенні «вимкнено». Процедура блокування полягає у відключенні або знеструмленні електроенергії, блокуванні, відключенні та підтвердженні блокування, перевіряючи, що обладнання не перезапуститься. Блокування повинно застосовуватися до самого вимикача або вимикача, а не до якоїсь кнопки дистанційної зупинки/запуску, перемикача або блокування. Якщо існує більше одного джерела живлення, всі вони повинні бути заблоковані та позначені тегами.

Система блокування полягає в наступному. Для операцій кожен замок повинен видаватися через майстра операцій і відкриватися лише одним ключем, виданим разом із ним. Повинен бути журнал блокування для запису ідентифікації замкненого обладнання, дати та часу застосування навісного замка та оператора, який його застосовує, а також дати та часу його зняття та оператора, який його знімає. Майстер з технічного обслуговування накладає власний замок на вимикач перед початком роботи та знімає його, коли вони закінчені. Там, де на обладнанні мають працювати кілька ремесел, кожен майстер застосовує цю процедуру. Якщо відбувається зміна зміни, майстер, що відходить, знімає замок, а той, хто знімає, застосовує власний замок. Коли завдання завершено, останнім блокуванням, яке потрібно зняти, є блокування оператора.

Що стосується ізоляції електричних систем, для захисту персоналу, що працює на або поблизу них, вказівки наведені у відповідних стандартах OSHA, рекомендованих практиках API та британських стандартах.

На всіх елементах електрообладнання повинні бути постійні маркування, а їх окремі частини повинні бути ідентифікованими. Для основного двигуна керівництво IChemE надає їх як приводний блок, вимикач/відключення та кнопку зупинки/запуску. Слід також використовувати систему попереджувальних тегів.

Застосування катодного захисту

2.10.4.3 Електрична ізоляція землі

Для максимально ефективної електричної ізоляції ізоляційні набори фланців, золотники або з'єднання повинні розташовуватися з боку трубопроводу клапанів, що працюють на двигуні, контрольно-вимірювальних приладів (електричних або пневматичних) та пристроїв контролю корозії. Кабелі заземлення, електричні нейтралі, зворотні лінії тощо діють як маневрові шляхи малого опору і тим самим “вкорочують” ізоляційні набори фланців та з'єднання. Там, де ізоляція неможлива, обладнання повинно бути електрично ізольованим від трубопроводу або, як альтернатива, слід встановити окреме заземлення для обладнання та ізолювати від загальної системи заземлення для електропостачання. Поляризаційні комірки також можна використовувати для ізоляції трубопроводів від систем заземлення. Розподільні коробки та катодні захисні коробки повинні мати окремий стрижень заземлення і не бути прив’язаними до загальної системи заземлення рослини.

Схема приводу воріт для перетворювачів потужності

20.4.1 Драйвери ізольованих воріт

Схеми драйверів воріт, що включають електричну ізоляцію, забезпечують перевагу хорошої стійкості до перешкод від шуму між ланцюгами живлення та управління. Це відбувається в результаті відокремлених наземних зворотних шляхів. Існує кілька типів ізольованих схем драйверів, а саме:

Ізольоване джерело живлення з опто-зчепленими входами керуючих сигналів

РИСУНОК 20.12. Трансформатор частоти мережі, який використовується для формування плаваючого живлення. Простий і надійний, але більший за інші рішення завдяки своєму трансформатору частоти мережі. Добре працює для напівмоста, але потребує більше ізольованих джерел живлення, якщо застосовується повномостова топологія. 3-фазному інвертору знадобляться або шість окремих плавучих джерел, або три окремі та одне спільне джерело живлення для низькобічних пристроїв.

Зміщення рівня сигналу керування перемиканням досягається за допомогою оптичної ізоляції (U3 та U4) за допомогою вхідних діодів (первинної сторони оптрона), що посилаються на логічну землю схеми обробки сигналів. Вихідний сигнал драйвера затвора з низьким імпедансом досягається за рахунок використання високошвидкісної інтегральної схеми з буфером сильного струму або дискретного біполярного або MOS-додаткового каскаду тотемних полюсів. Потужність до оптрона та буфера U5 та U6 отримується від відповідного плаваючого джерела живлення. Наведена вище схема не має жодних обмежень робочого циклу через плаваючий блок живлення.

Пасивна мережа, що включає D1, R5 і R6, контролює швидкість перемикання IGBT і впливає на продуктивність та ефективність перетворювача потужності. R6 контролює швидкість включення IGBT1. Це контролює втрати комутації пристрою, а також характеристики вимкнення dv/dt нижніх пристроїв (IGBT2), що діють на індуктивних навантаженнях. Діод D1 відключає R5 від схеми під час включення IGBT. Швидкість вимкнення IGBT1 контролюється R5 за умови, що R5 набагато менший, ніж R6. Це бажана функція в інверторах, що живляться напругою, оскільки вона забезпечує мінімальний час затримки між переходами пристрою, як показано на рис. 20.13 .

РИСУНОК 20.13. Перемикання осцилограм для схеми на рис. 20.12 .

U5out і U6out на рис. 20.13 представляють вихідний сигнал драйвера при рівному 50% робочому циклі. Пасивна затворна мережа на кожному IGBT змінює приводні сигнали через постійну часу RC, що формується між резисторами приводного затвора та ємністю затвора IGBT. Це відображається як VgIGBT, який вимірюється безпосередньо на терміналі IGBT-затвору. Ця обертова дія на воротах IGBT призводить до того, що IGBT має затримку включення. Включення відбувається, коли напруга на затворі IGBT досягає свого порогового рівня (Vgth) і струм колектора починає протікати. Результат - мертвий час, створений між перемиканням переходів. Це потрібно в будь-якій схемі мосту, щоб уникнути прострілу або перехресного провідництва верхнього та нижнього вимикачів. Це зображено на трасі струму колектора (IC) для суто резистивного навантаження на рис. 20.13 .

Трансформаторний драйвер, що подає сигнали живлення та управління

РИСУНОК 20.14. Драйвер затвора, з'єднаний з трансформатором, використовується для подачі як пристрою сигналу управління, так і приводу затвору.

Драйвер воріт із трансформаторним з'єднанням з великими можливостями робочого циклу

Трансформатори пропонують чудовий захист від шуму та пропонують прості та економічно вигідні рішення для приводних воріт, зберігаючи при цьому електричну ізоляцію між електронікою управління та приводу затвора. Однак недоліком є обмеження трансформатора на максимальний робочий робочий цикл. Рисунок 20.15 пропонує просте, але ефективне рішення загальнодоступних обмежень шляхом введення схеми відновника постійного струму, яка утворена C2, Dz1 і Dz2. Ця система дозволяє видаляти будь-яку інформацію постійного струму через C1 і відновлює вхідну форму хвилі, застосовану з додаванням негативного зміщення напруги, необхідного для приводу IGBT затвора. Невеликий феритовий сердечник трансформатора може бути використаний для драйвера воріт MOSFET, що працює на кілька сотень кілогерц. Ця схема може бути перероблена для топологій мостів, але також добре підходить для перетворювачів постійного струму постійного струму високої напруги, які потребують перемикача високої сторони. Діапазон ефективного робочого циклу цього водія становить від 5 до 95%. Робочі сигнали зображені на рис. 20.16 .

РИСУНОК 20.15. Драйвер затвора з трансформатором з великим робочим циклом робочого циклу.

РИСУНОК 20.16. Робочі осцилограми трансформаторно-з'єднаного драйвера затвору на рис. 20.15 .

Слід зазначити, що напруга приводу затвора стискається на фіксованому рівні незалежно від використовуваного робочого циклу, на відміну від випадку на рис. 20.9. Ця техніка також забезпечує як сигнал зі зміщенням рівня, так і потужність приводу затвора, усуваючи потребу в додатковому плаваючому джерелі живлення. Коефіцієнт поворотів трансформатора (T1) також може бути відрегульований, щоб ланцюг на рис. 20.15 працював від джерела живлення 5 В, генеруючи коливання вихідної напруги від + 15 до -5 В на затворі IGBT.

Драйвер воріт із модульованим сигналом з трансформатором

Схема на рис. 20.17 використовує високочастотний несучий сигнал, який модулюється контрольним сигналом нижчої частоти (ШІМ). Це використовується для генерування моментів включення/вимикання живлення IGBT1. Застосовуючи високочастотну несучу, розмір трансформатора зменшується, і модулюючи час, протягом якого несуча працює, він контролює енергію, що подається до затвора IGBT. Несучу частоту для VSQ1 слід вибирати набагато вищу, ніж частота сигналу керування ШІМ. Коли ввімкнено сигнал керування ШІМ, несучий сигнал трансформується у вторинний трансформатор Т1, який випрямляється та фільтрується для отримання сигналу постійного струму Vout.

РИСУНОК 20.17. Несуча, модульована сигналом, використовується для зсуву рівня та генерації плаваючої подачі.

Коли сигнал керування ШІМ переходить з увімкненого у вимкнений стан, заряд, що зберігається в конденсаторі фільтра С1, розряджається на постійну часу, визначену R1. Це іноді проблематично, коли потрібен швидкий час перемикання, особливо в конфігураціях інверторного мосту. Рішенням цієї проблеми є використання активного драйвера (U1) на вторинній стороні трансформатора. Це виявить перевізника і відповідно перемкне ворота IGBT. Робочі сигнали для цієї схеми показані на рис. 20.18 [1].

РИСУНОК 20.18. Несуча, модульована сигналом, використовується для зсуву рівня та генерації плаваючої подачі.

Високочастотний плавучий блок живлення

Часто системи воріт воріт вимагають додаткової електроніки, яка повинна посилатися на плавучий перемикач, що приводиться в дію. Надзвичайно функціональна електроніка часто призводить до більшого споживання енергії, що призводить до необхідності невеликого дешевого плаваючого джерела живлення, як показано на рис. 20.19. Вхідна секція, що складається з U1B, утворює генератор, що використовується для приводу МОП-транзистора на високій частоті. Цей MOSFET приводить у дію високочастотний трансформатор, який утворює середовище розмежування між загальним допоміжним джерелом живлення та плаваючим вторинним контуром. Трансформатор Т1 виробляє вторинну вихідну напругу, яка випрямляється, утворюючи плаваюче джерело постійного струму для відповідної схеми приводу затвора. Ці плавучі джерела живлення також доступні у вигляді монолітних мікросхем перетворювача постійного струму з ізольованими виходами.

РИСУНОК 20.19. Недорога високочастотна комутаційна плаваюча подача.