GE IS200SCNVG1A SCR-Dioden-Konverter-Schnittstellenkarte

Die IS200SCNVG1A ist eine Schnittstellenplatine für SCR-Diodenwandler, die von General Electric (GE) für seine SCR-Diodenwandler der Innovation Series™ entwickelt wurde. Dieses Board ist die Standardversion innerhalb der SCNV-Serie und wird hauptsächlich für 6-Puls-Quellen in 1800-A- und 1000-A-Standalone-Geräten verwendet. Jede Platine treibt drei SCRs (66 mm oder kleiner) an. Diese Platine wird nicht zum Ansteuern parallel geschalteter SCRs von derselben Platine verwendet.

Die IS200SCNVG1A-Karte befindet sich zwischen dem Steuerrack und der Strombrücke und dient als kritische Signalschnittstelle und Treiberstufe. Es empfängt Steuersignale von der IS200BIC Bridge Interface Board, isoliert und verstärkt sie und treibt die SCRs und den optionalen Dynamic Braking (DB) IGBT an. Die Platine integriert verschiedene Feedback-Schaltkreise, darunter Eingangsstrommessung, verkettete Spannungsrückmeldung, DC-Link-Spannungsrückmeldung und DB-IGBT-VCE-Rückmeldung, und stellt dem Steuerungssystem umfassende Betriebsstatusinformationen zur Verfügung.

Zu den Hauptmerkmalen des IS200SCNVG1A gehören:

• 6-Puls-Antrieb: Geeignet für 6-Puls-SCR-Dioden-Wandler, der drei SCRs pro Platine antreibt.

• Mehrere Rückmeldungen: Bietet dreiphasige Eingangsstrommessung, zwei verkettete Spannungsrückmeldungen, DC-Link-Spannungsrückmeldung und DB-IGBT-VCE-Rückmeldung.

• Unterstützung für dynamisches Bremsen: Optionale DB-IGBT-Gate-Ansteuerschaltung und Temperaturfehlererkennung.

• Elektrische Isolierung: Treiber- und Rückkopplungskreise nutzen aus Sicherheitsgründen eine galvanische und optische Isolierung.

• Gate-Aktivierungssteuerung: DRVP5- und NDRPC-Signale steuern die Aktivierung/Deaktivierung des Gates.

• Onboard-ID-Speicher: Der serielle Nur-Lese-Speicher speichert Informationen zur Platinenidentifikation und -version.

• Mehrfache Stromversorgungserzeugung: Neun isolierte Stromversorgungen werden über integrierte Transformatoren aus einem 18,4-V-Wechselstromeingang erzeugt.

• Keine vom Benutzer einstellbaren Komponenten: Die Platine verfügt über keine LED-Anzeigen, Sicherungen, Benutzertestpunkte oder einstellbare Hardware.

Die Platine wird in Steckplatz 6 des Platinen-Racks der Innovation-Serie montiert und über den P1-Anschluss mit der IS200CABP-Steuerbaugruppen-Rückwandplatine verbunden. Es verfügt über sechs Steckverbinder für die Verbindung mit Gate-Treibern, dem DC-Link und Stromshunts.

Wichtiger Sicherheitshinweis: Die Platine verfügt nur über vier Testpunkte (TP1-TP4) für technische Testzwecke. Benutzer dürfen diese Testpunkte nicht betreten! An diesen Testpunkten liegt Hochspannung (575 V Wechselstrom oder 900 V Gleichstrom) an.

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II. Hauptfunktionen

Zu den Hauptfunktionen des IS200SCNVG1A gehören unter anderem die folgenden:

1. SCR-Gate-Treiber

Die IS200SCNVG1A-Platine bietet drei einzeln isolierte SCR-Gate-Treiberschaltungen für die Phasen A, B und C. Jede Schaltung verwendet dasselbe Hybridmodul wie die DB-Gate-Treiberschaltung, jedoch in einer anderen Konfiguration. Die SCR-Gate-Treiberschaltung schaltet zwischen VCC (22 V) und VEE (0 V) um, um Gate-Strom zu liefern. Auf dieser Platine werden keine SCR-Gate-Treiberfehler gemeldet.

2. Dynamic Braking (DB) IGBT-Gate-Treiber

Die optionale DB-IGBT-Gate-Ansteuerschaltung wird für dynamisches Bremsen verwendet. Die Schaltung besteht aus einem optisch isolierten Hybrid-Gate-Treibermodul und einigen diskreten Komponenten. Das Modul schaltet die Gate-Emitter-Spannung des IGBT zwischen VCC (+15 V) und VEE (-7,5 V) um.

Durch diese Schaltung können zwei Arten von Fehlern erzeugt werden:

• Entsättigungsfehler: Wird generiert, wenn der IGBT den Befehl zum Einschalten erhält und VCE 10 V für 4 Mikrosekunden oder länger überschreitet. Wenn ein Entsättigungsfehler auftritt, verringert das Modul VGE langsam, bis der IGBT ausgeschaltet ist (sanftes Herunterfahren).

• Unterspannungsfehler der Treiberversorgung: Wird generiert, wenn die Spannung zwischen VCC und VEE unter 16 V fällt.

Diese Fehler werden durch eine ODER-Verknüpfung verknüpft und optisch an die Steuerlogik zurückgekoppelt. Diese Fehler sind vorübergehender Natur und müssen von der Fehlerbehandlungsschaltung, die die Fehler über P1 überwacht, gespeichert werden (dies erfolgt auf der BIC-Platine).

3. Gate-Aktivierungssteuerung

Die DRVP5- und NDRPC-Signale von der BIC-Karte werden zum Deaktivieren/Aktivieren des Gatings verwendet. DRVP5 sollte hoch sein (+5 V) und NDRPC sollte niedrig sein (DCOM), um Gating zu ermöglichen. Der Gate-Antrieb wird deaktiviert, wenn entweder DRVP5 auf Low oder NDPRC auf High geht.

4. Shunt-Stromrückführung

Der Ausgangsphasenstrom wird überwacht, indem aus der am Phasenshunt abfallenden Spannung ein spannungsgesteuertes Oszillator-Ausgangssignal (VCO) abgeleitet wird. Diese Spannung wird verstärkt und dann an die VCO-Schaltung weitergeleitet. Der VCO hat einen Bereich von 0–2 MHz und die Schaltung ist so voreingestellt, dass bei Nullstrom der Nennausgang 1 MHz beträgt. Eine Shunt-Spannung von ±400 mV wird in eine Änderung der VCO-Ausgangsfrequenz von ±800 kHz umgewandelt. Der Ausgang des VCO ist optisch mit einer Differenztreiberschnittstelle zur Steuerlogik gekoppelt.

5. Rückmeldung der verketteten Spannung

Die Platine bietet zwei isolierte verkettete Spannungsrückkopplungskreise für VAB und VBC. Die Eingangsspannung zwischen Leitern wird überwacht, indem zwei VCO-Signale, VAB und VBC, aus den Eingangsphasen-Shunt-Verbindungen abgeleitet werden. Diese Schaltkreise teilen sich Stromversorgungen und Taktoszillatoren mit den Shunt-Rückkopplungsschaltkreisen der Phasen B und C. Die VCOs haben einen Bereich von 0–2 MHz und die Schaltung ist so vorgespannt, dass eine Spannung von Null zwischen den Leitern einen Nennausgang von 976,8 kHz erzeugt. Eine Änderung der verketteten Spannung um ±1 V führt zu einer Änderung der Ausgangsfrequenz um ±959,58 Hz. Die Ausgänge der VCOs sind optisch mit der Steuerlogik gekoppelt. Die verketteten Spannungsrückkopplungskreise verfügen über einen Eingangsfilter mit einer Sperrfrequenz von 17,46 kHz.

6. Rückmeldung der Zwischenkreisspannung

Die Platine verfügt über einen isolierten Gleichspannungs-Rückkopplungskreis. Dieser Schaltkreis teilt seine Stromversorgung mit dem DB-IGBT-VCE-Rückkopplungsschaltkreis und ist auf den negativen Gleichstromzwischenkreis bezogen (wie der DB-IGBT-Emitter). Der positive DC-Zwischenkreiseingang wird über ein Widerstandsdämpfungsglied dem VCO-Schaltkreis zugeführt. Der VCO hat einen Ausgangsbereich von 0-2 MHz. Der Eingang ist so skaliert, dass 0–1197,5 V Verbindungsspannung 0–2 MHz entsprechen. Der Ausgang des VCO ist optisch mit der Steuerlogik gekoppelt. Der Zwischenkreisspannungsrückspeisekreis verfügt über einen Eingangsfilter mit einer Abschaltfrequenz von 10,03 kHz.

7. DB-IGBT-VCE-Feedback

Wenn die Platine mit der DB-Option ausgestattet ist, verfügt sie über einen isolierten DB-IGBT-VCE-Rückkopplungskreis. Er teilt seine Stromversorgung mit dem DC-Zwischenkreis-Spannungsrückkopplungskreis und ist auf den DB-IGBT-Emitter bezogen (wie der negative DC-Zwischenkreis). Der DB-IGBT-Kollektoreingang wird über ein Widerstandsdämpfungsglied dem VCO-Schaltkreis zugeführt. Der VCO hat einen Ausgangsbereich von 0-2 MHz. Der Eingang ist so skaliert, dass 0-1197,5 V 0-2 MHz entspricht. Der Ausgang des VCO ist optisch mit der Steuerlogik gekoppelt. Diese Schaltung verfügt über einen Eingangsfilter mit einer Sperrfrequenz von 10,03 kHz.

8. DB-Temperaturfehlererkennung

Wenn die Platine mit der DB-Option ausgestattet ist, verfügt sie über einen DB-Temperaturfehlererkennungsschaltkreis. Als Spannungsversorgung dient eine isolierte 15-V-Versorgung (P15T). Das Signal DBTF wird verwendet, um DB-Temperaturfehler an die BIC-Karte zu melden. Unter normalen Bedingungen (keine Fehler) ist der extern versorgte Thermostatkontakt geschlossen und 12 mA fließen in den Optokoppler, was zu einem niedrigen DBTF-Wert führt. Wenn ein Fehler auftritt (DB-Kühlkörpertemperatur ≥ Thermostatschwelle), öffnet sich der Thermostatkontakt und es fließt kein Eingangsstrom in den Optokoppler, was dazu führt, dass DBTF hoch ist.

9. Stromversorgungserzeugung

Die Platine erhält über den P1-Anschluss von der Rückwandplatine eine geregelte +5-V-Gleichstromversorgung (P5) und DCOM sowie einen 18,4-V-Wechselstrom- und 25-kHz-Rechteckwelleneingang (VAC1 und VAC2). Neun isolierte Stromversorgungen werden von den Sekundärteilen von vier Transformatoren abgeleitet:

10. Integrierter ID-Speicher

Die IS200SCNVG1A-Karte verfügt über ein serielles Nur-Lese-Speichergerät, das mit Kartenidentifikations- und Revisionsinformationen vorprogrammiert ist. Auf diese Informationen kann über die BRDID-Datenleitung am P1-Anschluss zugegriffen werden, was die automatische Identifizierung von Platinentyp und Revision durch das System erleichtert.

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III. Systemanwendungen

1. Anwendung in SCR-Diodenwandlern der Innovation-Serie

Die IS200SCNVG1A ist eine wichtige Schnittstellenplatine, die die Steuer- und Stromkreise innerhalb der SCR-Diodenwandler der Innovation-Serie verbindet. Zu seinen Rollen innerhalb des Systems gehören:

• SCR-Gate-Ansteuerung: Isoliert und verstärkt Gate-Steuersignale von der BIC-Platine, um die dreiphasigen SCRs anzusteuern.

• Dynamische Bremssteuerung: Optionaler DB-IGBT-Antrieb zur Ableitung regenerativer Energie.

• Statusrückmeldung: Stellt dem Steuerungssystem über mehrere Rückkopplungskreise umfassende Betriebsstatusinformationen (Strom, Spannung, VCE, Temperatur) zur Verfügung.

• Fehlerschutz: Erkennt DB-IGBT-Entsättigung, Versorgungsunterspannung und Übertemperaturfehler und meldet diese umgehend an das Steuerungssystem.

2. Typische Anwendungsszenarien

• Hochleistungsgleichrichter: Werden in industriellen Hochleistungsgleichrichter-Stromversorgungen verwendet.

• AC-Frequenzumrichter: Dient als Steuerschnittstelle in 6-Puls-SCR-Wandlern.

• Gleichstrommotorantriebe: Zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren.

• Erneuerbare Energiesysteme: Wird in Konvertern für die Windkraft- und Photovoltaikerzeugung eingesetzt.

• Traktionssysteme für den Schienenverkehr: Steuert SCRs in Traktionskonvertern.

  
  

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IV. Detaillierte Schnittstellenbeschreibung

1. SAPL-Anschluss (Phase-A-Shunt)

2. SBPL-Anschluss (Phase-B-Shunt)

3. SCPL-Anschluss (Phase-C-Shunt)

4. SPL-Anschluss (SCR Gate Drive)

5. DPL-Anschluss (DB Gate Drive, optional)

6. DCPL-Anschluss (Zwischenkreisspannung, nicht verwendet, wenn keine DB-Option vorhanden ist)

7. Tastensignale des P1-Backplane-

Signalbeschreibung	Anschlusses
VAC1/VAC2	18,4 V AC, 25 kHz Rechteckwellen-Stromeingang
P5	Digitale +5-V-DC-Stromquelle
DCOM	+5 V DC-Digitalstromrückführung (gemeinsam)
DRVP5	Gate-Freigabe (aktiv hoch)
NDRPC	Gate-Freigabe (aktiv niedrig)
NVDC	Rückmeldung der Zwischenkreisspannung
NVDBCE	Dynamisches Bremsen VCE-Feedback
DBF	Dynamischer Bremsfehler
DBTF	Fehler bei dynamischer Bremstemperatur
NAD	SCR-Gate-Antrieb der Phase A
NBD	SCR-Gate-Antrieb der Phase B
NCD	Phase-C-SCR-Gate-Antrieb
NASFB	Phase-A-Shunt-Feedback (Strom)
NBSFB	Phase-B-Shunt-Feedback (Strom)
NCSFB	Phase-C-Shunt-Feedback (Strom)
NVAB	VAB-Rückkopplung der verketteten Spannung
NVBC	VBC-Leiter-zu-Leiter-Spannungsrückmeldung
BRD_ID	Identifikationszeile der seriellen Karte
I24/I24_COM	Isolierte 24-V-Gleichstromquelle (für Kundenrelais)

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V. Installation und Austausch

1. Montageort

Die IS200SCNVG1A-Karte wird in Steckplatz 6 des Innovation Series-Kartenträgers eingesetzt und über P1 mit dem J15-Anschluss der CABP-Rückwandplatine verbunden.

2. Austauschverfahren

Sicherheitswarnungen:

• WARNUNG: Um einen Stromschlag zu vermeiden, schalten Sie das Antriebssystem aus und befolgen Sie alle örtlichen Lock-Out-/Tag-Out-Verfahren.

• VORSICHT: Verwenden Sie für Hochspannung ausgelegte Sicherheitstestgeräte, um sicherzustellen, dass die Stromkreise vor dem Berühren stromlos sind.

• WARNUNG: Auf dieser Platine liegt Hochspannung (575 V Wechselstrom oder 900 V Gleichstrom) an. Es ist äußerste Vorsicht geboten.

• VORSICHT: Um Komponentenschäden durch statische Elektrizität zu vermeiden, behandeln Sie alle Platinen mit elektrostatisch empfindlichen Handhabungstechniken. Tragen Sie ein Erdungsband und lagern Sie die Platinen in antistatischen Beuteln.

Schritte zum Entfernen:

1. Ausschalten überprüfen: Stellen Sie sicher, dass das Antriebssystem vollständig stromlos ist.

2. Schranktür öffnen: Öffnen Sie die Tür des Antriebsschranks. Verwenden Sie Hochspannungsprüfgeräte, um zu überprüfen, ob die Stromkreise stromlos sind.

3. Altes Board entfernen:

• Lösen Sie die Schrauben oben und unten an der Platine in der Nähe der Auswurflaschen (Schrauben sind unverlierbar, nicht entfernen).

• Lösen Sie die Platine, indem Sie die Auswurflaschen anheben.

• Ziehen Sie die Platine vorsichtig mit beiden Händen gerade aus dem Rack.

Einbau der neuen Platine:

1. Platine einsetzen: Schieben Sie die neue Platine entlang der Führungen in den richtigen Steckplatz (Steckplatz 6).

2. Sitzbrett: Drücken Sie mit den Daumen gleichzeitig fest auf die Ober- und Unterseite des Bretts, um es zunächst zu setzen.

3. Schrauben festziehen: Ziehen Sie abwechselnd die oberen und unteren Schrauben gleichmäßig fest, um sicherzustellen, dass die Platine richtig sitzt.

4. Stromversorgung wiederherstellen: Schließen Sie die Schranktür und stellen Sie die Stromversorgung des Systems wieder her.

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