منبع تغذیه ABB UNS0868A-P,V2 HIEE305120R2

واحد منبع تغذیه UNS 0868 به عنوان بخش اصلی مسئول تامین برق و مدیریت در سیستم های تحریک سری ABB UNITROL® F عمل می کند که به درستی به عنوان 'قلب' کل سیستم کنترل در نظر گرفته می شود. هدف اصلی طراحی آن ارائه توان عملیاتی DC بسیار قابل اعتماد، اضافی و پایدار برای الکترونیک کنترل سیستم تحریک است. این امر عملکرد مداوم و بدون وقفه کلیه عملکردهای تنظیم، کنترل و حفاظت را تحت شرایط مختلف عملکرد ژنراتور، از جمله راه اندازی، خاموش شدن، و حتی رویدادهای گذرا مانند خطاهای شبکه تضمین می کند.

در سیستم تحریک، الکترونیک کنترل (مانند برد کنترل SDCS-CON-2، دستگاه پردازش سیگنال UNS 1860، رابط ورودی/خروجی UNS 0863 و غیره) به ولتاژهای DC تمیز و پایدار نیاز دارد. با این حال، سطوح ولتاژ و کیفیت منابع برق موجود در تنظیمات صنعتی (مانند باتری های ایستگاه و برق AC کمکی) اغلب این الزامات را برآورده نمی کند. UNS 0868 به طور خاص برای رسیدگی به این موضوع طراحی شده است و نقش های حیاتی انطباق برق، سوئیچینگ افزونگی و ایزوله سازی الکتریکی را انجام می دهد. فلسفه طراحی اصلی آن بر در دسترس بودن و ایمنی متمرکز است. با ترکیب ورودی‌های توان دوگانه و مفهوم افزونگی N+1، از خرابی یک منبع تغذیه منفرد از خاموش شدن کامل سیستم کنترل تحریک جلوگیری می‌کند و در نتیجه از ژنراتور و شبکه برق محافظت می‌کند.

این واحد یک دستگاه مستقل 'بر تخته' است که در کابینت تحریک نصب شده است و از طریق بلوک های ترمینال استاندارد به باتری های خارجی، منابع برق AC و بارهای داخلی متصل می شود.

---

2. ویژگی های کلیدی

عملکردهای UNS 0868 به طور جامع حول تبدیل، توزیع و مدیریت توان متمرکز شده است که به طور خاص در جنبه های زیر آشکار می شود:

2.1. دو ورودی برق اضافی

• کانال های ورودی: دو کانال ورودی برق مستقل را ارائه می دهد.

• ورودی DC: به بانک باتری نیروگاه متصل می شود. این اصلی ترین و مطمئن ترین منبع برق برای سیستم است.

• ورودی AC: به سمت ثانویه ترانسفورماتور تحریک یا منبع تغذیه AC کمکی نیروگاه متصل می شود. این منبع به عنوان پشتیبان یا مکمل باتری عمل می کند.

• سوئیچینگ بدون درز خودکار: دو ورودی به صورت داخلی از طریق دیودها جدا می شوند. تا زمانی که هر یک از منابع برق عادی باشد، خروجی واحد تضمین می شود که سوئیچینگ بدون درز واقعی را امکان پذیر می کند و یک نقطه خرابی را حذف می کند.

2.2. چند خروجی ولتاژ DC پایدار

UNS 0868 دو خروجی DC مستقل با ویژگی‌های مختلف برای تغذیه بخش‌های مختلف سیستم تولید می‌کند:

• خروجی اصلی 240 VDC: این خروجی به طور خاص برای برد منبع تغذیه SDCS-POW-4 نصب شده در واحد اصلی UNITROL® F طراحی شده است. برد POW-4 به نوبه خود ولتاژهای مختلف DC سطح پایین مورد نیاز سیستم کنترل را تولید می کند (به عنوان مثال، ± 15 ولت، + 5 ولت، + 24 ولت). این خروجی منبع انرژی نهایی برای منطق کنترل و پردازش سیگنال است.

• خروجی کمکی 24 VDC: این ولتاژ 24 ولت DC ایزوله گالوانیکی است که به طور خاص به عنوان موارد زیر استفاده می شود:

• ولتاژ بازجویی: پتانسیل مشترک 16 مدار ورودی دیجیتال در رابط I/O UNS 0863 را فراهم می کند.

• منبع تغذیه عمومی: سایر مصرف کنندگان 24 ولت مانند مبدل ها، کوپلرهای اتوبوس و غیره را تغذیه می کند.

2.3. نظارت جامع قدرت و نشان دادن وضعیت

• نظارت بر ولتاژ ورودی: واحد به طور مداوم وضعیت ولتاژ ورودی DC و AC را کنترل می کند.

• خروجی سیگنال خرابی: هنگامی که یکی از ولتاژهای ورودی از کار بیفتد، دستگاه یک سیگنال هشدار را از طریق یک تماس خطای رله (سیگنال FAIL) ارائه می دهد. این سیگنال را می توان توسط سیستم کنترل نظارتی به دست آورد تا به کارکنان عملیاتی در مورد وضعیت نیرو هشدار دهد.

• نشانگر وضعیت LED: AC ON و DC ON نشانگرهای LED در پانل جلویی نمایش بصری وضعیت حضور دو منبع برق ورودی را ارائه می دهند.

2.4. پشتیبانی از عملیات زائد موازی

• موازی سازی خروجی 24 ولت: در سیستم های تحریک دو کاناله (AFT)، خروجی های 24 ولت DC دو واحد UNS 0868 مجاز به اتصال موازی هستند. این واحد از دیودهای جداکننده برای این منظور استفاده می‌کند و پایانه‌های موازی اختصاصی (6/7 و 8/9) را ارائه می‌کند، که اطمینان حاصل می‌کند که اگر یک واحد قدرت به طور کامل از کار بیفتد، دیگری می‌تواند به‌طور یکپارچه کل بار 24 ولت را به خود اختصاص دهد و به افزونگی N+1 در سطح منبع تغذیه برسد.

2.5. نگه داشتن و بافر

• رابط خازن خارجی: خروجی 240 ولت DC با ترمینال های (18/20) برای اتصال یک خازن خارجی طراحی شده است. این به انرژی ذخیره شده در خازن اجازه می دهد تا خروجی 240 ولت DC را در طول وقفه های مختصر برق ورودی DC (مثلاً میلی ثانیه تا صدها میلی ثانیه) حفظ کند، و اطمینان حاصل شود که سیستم کنترل به دلیل افت لحظه ای برق، تنظیم مجدد نمی شود یا خراب نمی شود. قابلیت نگهداری آن 2.2 mF/s اندازه گیری می شود و مقدار خازن را می توان بر اساس زمان نگهداری مورد نیاز سیستم انتخاب کرد.

  
  

---

3. اصل کاری و مکانیزم پردازش سیگنال

عملیات داخلی UNS 0868 شامل فرآیند پیچیده ای از تبدیل و کنترل توان است. بخش های زیر به اصل کار کامل آن از ورودی تا خروجی می پردازد.

3.1. پردازش ورودی دوگانه و مکانیزم سوئیچینگ افزونگی

الف پذیرش ورودی و تطبیق برد:
UNS 0868 در دو نسخه برای تطبیق با استانداردهای مختلف نیروگاه جهانی عرضه می‌شود:

• نسخه 1: برای سیستم های 24/48 VDC و 34 سیستم VAC.

• نسخه 2: برای سیستم های 110/250 VDC و سیستم های 170 VAC.
  مدار داخلی، به ویژه مبدل جلویی، به گونه ای طراحی شده است که به طور خودکار با محدوده وسیع ولتاژ ورودی مشخص شده برای نسخه خود سازگار شود.

ب جداسازی دیود و منطق 'OR':
این هسته اصلی اجرای افزونگی است. ورودی DC و ورودی AC قبل از ورود به مبدل سوئیچینگ بعدی، هر کدام از طریق دیود اختصاصی خود، با هم ترکیب می شوند. این دو دیود یک گیت منطقی ساده 'OR' را تشکیل می دهند:

• اگر ورودی DC نرمال باشد، جریان از سمت DC جریان می یابد.

• اگر ورودی DC از بین برود اما ورودی AC نرمال باشد، جریان از سمت AC جریان می یابد.

• دیودها از برگشت جریان از یک منبع به منبع معیوب دیگر جلوگیری می کنند و به عایق الکتریکی کامل و سوئیچینگ جریان غیر گردشی دست می یابند. این فرآیند صرفاً در سخت‌افزار پیاده‌سازی می‌شود، بسیار سریع (میکرو ثانیه) است و هیچ تأخیر سوئیچینگ ندارد.

3.2. اصل تبدیل DC-DC Boost

الف تبدیل سوئیچینگ فرکانس بالا:
صرف نظر از اینکه انرژی از ورودی DC یا AC می آید (AC ابتدا به DC یکسو می شود)، برق DC ترکیبی مستقیماً استفاده نمی شود. به یک مبدل تقویت کننده DC-DC سوئیچینگ فرکانس بالا تغذیه می شود. هسته این مبدل یک ترانزیستور سوئیچینگ پرسرعت (مثلا ماسفت) است که به طور مکرر با فرکانس بالا (معمولاً ده ها تا صدها کیلوهرتز) روشن و خاموش می شود.

ب ذخیره و رهاسازی انرژی:
هنگامی که کلید روشن است، انرژی در یک سلف ذخیره می شود. هنگامی که سوئیچ خاموش می شود، سلف برای حفظ جریان خود، یک نیروی ضد حرکت الکتریکی ایجاد می کند. این ولتاژ به ولتاژ ورودی اضافه می کند و پالسی بالاتر از ولتاژ ورودی تولید می کند.

ج. یکسوسازی و فیلتر کردن:
این پالس با فرکانس بالا و ولتاژ بالا از یک ترانسفورماتور فرکانس بالا (ایزولاسیون) و یک دیود یکسو کننده عبور می کند و سپس توسط یک خازن خروجی صاف می شود و در نهایت یک ولتاژ خروجی 240 VDC پایدار ایجاد می کند. یک حلقه کنترل بازخورد دقیق (مدولاسیون PWM) تضمین می کند که ولتاژ خروجی در 10 ± 240 ولت بدون توجه به نوسانات در محدوده مجاز ولتاژ ورودی ثابت می ماند.

3.3. اصل تولید خروجی 24 ولت ایزوله

ولتاژ باس 240 ولت DC بیشتر برای تولید خروجی 24 ولت پردازش می شود. این فرآیند معمولاً توسط مبدل DC-DC مستقل دیگری انجام می شود که هسته آن نیز یک مدار سوئیچینگ فرکانس بالا است.

• جداسازی گالوانیکی: ترانسفورماتور فرکانس بالا در این مبدل ایزوله است، یعنی اولیه (سمت 240 ولت) و ثانویه (سمت 24 ولت) از نظر الکتریکی کاملاً مجزا هستند. این امر بسیار مهم است زیرا اتصال الکتریکی بین مدارهای کنترل (سمت 24 ولت) و مدارهای برق اصلی (سمت 240 ولت) را قطع می کند و با جلوگیری از مشکلات ناشی از اختلاف پتانسیل زمین، ایمنی و ایمنی سیستم را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

• تنظیم و محدودیت جریان: این مدار همچنین دارای تنظیم ولتاژ برای اطمینان از خروجی پایدار 24 ولت است. علاوه بر این، این مدار به گونه ای طراحی شده است که ضد اتصال کوتاه باشد، به این معنی که حتی اگر پایانه های خروجی به طور تصادفی اتصال کوتاه شوند، مدار وارد حالت محدود کننده جریان یا خاموش می شود و پس از رفع عیب، بدون آسیب رساندن به واحد، به طور خودکار بازیابی می شود.

3.4. اصل کار مدار نظارت

الف سنجش ولتاژ:
این واحد دارای مدارهای مقایسه کننده ولتاژ است که به طور پیوسته از ولتاژ ورودی DC و AC نمونه برداری می کند.

ب قضاوت منطقی و خروجی سیگنال:

• ال ای دی های وضعیت: زمانی که ولتاژ نمونه برداری شده از آستانه تعیین شده خاصی فراتر رود، مقایسه کننده ال ای دی متناظر AC ON یا DC ON را روشن می کند.

• سیگنال FAIL: منطق نظارت به گونه ای طراحی شده است که: سیگنال FAIL تنها زمانی فعال می شود که هر دو ولتاژ ورودی به طور همزمان از کار بیفتند (تماس ها باز شوند). اگر فقط یک ورودی از کار بیفتد، سیگنال FAIL فعال نمی شود زیرا دیگری همچنان می تواند عملکرد خود را حفظ کند. این امر از هشدارهای نادرست غیر ضروری جلوگیری می کند. سیگنال FAIL توسط یک خروجی تماس رله ارائه می‌شود که یک روش نشان‌دهنده خطا غیرفعال، بدون پتانسیل و ایزوله را ارائه می‌دهد که می‌تواند به طور ایمن به هر سیستم نظارت خارجی متصل شود.

3.5. مکانیسم های حفاظتی

• فیوزهای ورودی: دستگاه دارای فیوزهای (F1، F2) در هر دو طرف ورودی AC و DC به صورت داخلی است. اینها برای قطع سریع منبع تغذیه در صورت بروز یک خطای داخلی شدید (مثلاً اتصال کوتاه ترانزیستور سوئیچینگ)، جلوگیری از تشدید خطا و محافظت از باتری‌های بالادست و سیستم توزیع عمل می‌کنند.

• قفل کم ولتاژ: در نسخه 'b'، واحد دارای یک عملکرد قفل کم ولتاژ است. هنگامی که ولتاژ ورودی خیلی کم است، مبدل را از راه اندازی یا کار کردن باز می دارد و از آسیب احتمالی ناشی از کار در شرایط ولتاژ غیرعادی جلوگیری می کند.

  
  

---

4. یکپارچه سازی و پیکربندی سیستم

4.1. اتصالات الکتریکی

• پایانه های ورودی:

• پایانه های 1(L)، 2(N): به ورودی AC متصل شوید.

• پایانه های 4(-)، 5(+): به ورودی DC متصل شوید (قطبیت را رعایت کنید).

• پایانه های خروجی:

• پایانه های 17(+)، 19(-): خروجی 240 VDC به برد منبع تغذیه POW-4.

• پایانه های 6(+)، 8(-): ولتاژ استعلام خروجی 24 VDC.

• پایانه های 7، 9: برای موازی کردن خروجی های 24 ولت استفاده می شود.

• ترمینال سیگنال:

• پایانه های 14(-)، 15(+): خروجی سیگنال خطای FAIL (تماس خشک غیرفعال).

4.2. معماری کاربردی در سیستم تحریک

در یک سیستم معمولی UNITROL® F، خروجی 240 ولت DC UNS 0868 مستقیماً به ورودی برد منبع تغذیه SDCS-POW-4 داخل واحد کنترل اصلی متصل می شود. سپس برد POW-4 ولتاژهای عملیاتی سطوح مختلف را از طریق کابل های تخت به برد کنترل SDCS-CON-2، دستگاه پردازش سیگنال UNS 1860 و غیره ارائه می دهد. خروجی 24 ولت DC به رابط ورودی/خروجی UNS 0863 متصل می شود تا ورودی های دیجیتال و رله های داخلی آن را تغذیه کند.

4.3. راه اندازی و بررسی عملکرد

• تأیید نسخه: ابتدا تأیید کنید که نسخه UNS 0868 (V1 یا V2) با باتری سایت و ولتاژهای AC کمکی مطابقت دارد.

• بررسی روشن/روشن: پس از اعمال برق، به روشن شدن نشانگرهای LED AC ON و DC ON توجه کنید.

• اندازه گیری ولتاژ: از یک مولتی متر برای اندازه گیری خروجی 240 ولت DC (ترمینال های 17/19) و خروجی 24 ولت DC (ترمینال های 6/8) استفاده کنید. ولتاژ باید در محدوده تحمل مجاز باشد.

• شبیه سازی خطا: یک منبع برق ورودی را قطع کنید و ببینید آیا منبع دیگر می تواند خروجی را به طور یکپارچه حفظ کند یا خیر، و وضعیت سیگنال FAIL را بررسی کنید.

  
  

---

5. سناریوهای کاربردی

UNS 0868 برای محیط های صنعتی که نیاز به قابلیت اطمینان بالایی دارند طراحی شده است که عمدتاً در موارد زیر استفاده می شود:

• سیستم های تحریک نیروگاهی: کابینت های تحریک UNITROL® F در انواع نیروگاه ها (ترمال، آبی، هسته ای، توربین گازی و غیره).

• فرآیندهای صنعتی بحرانی: فرآیندهای حیاتی که توسط موتورهای سنکرون بزرگ هدایت می شوند، مانند کارخانه های شیمیایی، ذخیره انرژی هوای فشرده و متالورژی.

• سیستم های نیروی دریایی: کنترل تحریک برای ژنراتورهای دریایی.

• هر سیستم کنترلی که نیاز به در دسترس بودن بالا و تضمین منبع تغذیه اضافی دارد.

---