Применение защитных цепей необходимо, чтобы избежать повреждения полупроводниковых компонентов преобразователя в аварийных режимах работы. Даже в нормальном режиме работы защитная цепь используется для уменьшения перенапряжений, вызванных высокими значениями d I/ dt и являющихся следствием паразитных индуктивностей IGBT-ключей [1]. Промышленность предлагает большое количество готовых решений, касающихся защиты полупроводников, например интегрированные в единый корпус RC- и RCD-снабберные цепи [2].
Основным фактором, обусловливающим потребность в добавлении защитной цепи, является необходимость поглощения и/или рассеяния энергии, накопленной в индуктивности нагрузки (асинхронного двигателя) при использовании двух- и трехтактной коммутации вентилей матричного преобразователя частоты (МПЧ), сбоях при переключении вентилей, всплесках либо провалах сетевого напряжения. В наихудшем случае, при обрыве тока, протекающего в индуктивной нагрузке вследствие выключения ДКЭС, амплитуда всплеска напряжения определяется выражением (1):
где: UCE – величина напряжения «коллекторэмиттер», В;
– сумма паразитной индуктивности питающей сети, паразитной индуктивности силовой цепи МПЧ и индуктивности нагрузки, Гн;
- скорость спада тока коллектора IGBT, А/c.
При использовании двухзвенных преобразователей частоты (ДПЧ) проблема возникающих перенапряжений может быть решена посредством включения обратных диодов, в случае использования преобразователей с матричными структурами силовой части необходимо введение дополнительного пути протекания тока.
Типовое решение для защиты МПЧ [3, 4] заключается в соединении клемм питания и нагрузки МПЧ с входами двух трехфазных неуправляемых выпрямителей, выполненных на базе диодов со сверхмалым временем восстановления (рис. 1). Выходы выпрямителей подключаются к емкости, играющей роль накопителя энергии импульса перенапряжения. Необходимость во входном выпрямителе обусловливается возможностью возникновения входных перенапряжений, возникающих из-за искажения или всплесков напряжения питающей сети. Несмотря на то что, как правило, длительность таких искажений невелика, и они могут быть скомпенсированы конденсатором входного фильтра [4], при работе МПЧ в составе автономных электростанций наличие входного выпрямителя повысит надежность преобразователя.