IS200ERDDH1A یک رابط اصلی و برد حفاظتی در سیستم کنترل تحریک جنرال الکتریک (GE) EX2100 است که به طور خاص برای برنامه های تنظیم کننده مبتنی بر IGBT طراحی شده است. IS200ERDDH1A به عنوان رابط رگولاتور اکسایتر و برد تخلیه دینامیک (ERDD)، چندین عملکرد حیاتی از جمله کنترل درایو دروازه، حفاظت از تخلیه دینامیک، نظارت بر بازخورد چند کاناله و کنترل رله ضروری را ادغام می کند. این به عنوان پل کلیدی عمل می کند که کنترل کننده دیجیتال را به ماژول تبدیل توان IGBT متصل می کند. این برد در Backplane رگولاتور Exciter (ERBP) نصب می شود و با هماهنگی ERIO (برد I/O رگولاتور اکسایتر)، ERSC (برد مبدل استاتیک رگولاتور تحریک کننده) و ERRR (برد رله اضافی تنظیم کننده تحریک کننده) برای دستیابی به کنترل دقیق سیستم حفاظتی جریان و بدون خروجی ژنراتور کار می کند.
در سیستم کنترل تنظیم کننده تحریک EX2100 با استفاده از IGBT به عنوان دستگاه قدرت، IS200ERDDH1A سه ماموریت اصلی غیر قابل تعویض را بر عهده می گیرد. اول، پالس های درایو گیت IGBT دقیقی را بر اساس دستورات دیجیتال از کنترلر تولید می کند و به تنظیم حلقه بسته ولتاژ و جریان تحریک دست می یابد. دوم، پارامترهای حیاتی را در زمان واقعی نظارت می کند - مانند ولتاژ لینک DC، جریان تحریک خروجی، دمای IGBT و وضعیت درایو گیت - اطلاعات جامع سلامت سیستم را در اختیار نرم افزار کنترل سطح بالایی قرار می دهد. سوم، در شرایط عملیاتی غیرعادی مانند رد بار ژنراتور یا خاموش شدن که باعث افزایش سریع ولتاژ لینک DC می شود، بلافاصله مدار تخلیه دینامیکی را فعال می کند. این به طور ایمن انرژی اضافی را از طریق یک مقاومت تخلیه خارجی دفع می کند و از آسیب رساندن ولتاژ اضافی DC به دستگاه های برق و الکترونیک کنترل جلوگیری می کند.
موقعیت یابی سیستم و یکپارچه سازی معماری
در سلسله مراتب کنترل سیستم تنظیم کننده EX2100 IGBT، IS200ERDDH1A بین برد ERIO و ماژول تبدیل توان (PCM) قرار گرفته است و به عنوان یک رابط لایه میانی عمل می کند. اتصالات کاری آن به شرح زیر است:
رابط Uplink : از طریق گذرگاه ERBP backplane به برد ERIO متصل می شود، دستورات کنترلی را از پردازنده سیگنال دیجیتال DSPX (که از طریق ACLA و ERIO ارسال می شود) دریافت می کند و سیگنال های بازخورد مختلف را به ERIO ارسال می کند.
رابط Downlink : مستقیماً از طریق کابل های اختصاصی به برد مبدل استاتیک ERSC متصل می شود و پالس های درایو گیت را به ماژول IGBT ارسال می کند. به طور همزمان، ولتاژ پیوند DC، جریان شنت خروجی، ولتاژ تحریک، سیگنالهای حسگر دمای IGBT و وضعیت درایور دروازه (شامل وضعیت منبع تغذیه و سیگنالهای خطای اشباعزدایی IGBT) را از ERSC دریافت میکند.
کنترل رله : در کاربردهای سیمپلکس، IS200ERDDH1A مستقیماً رله تحریکزدایی K41 را کنترل میکند، و اطمینان حاصل میکند که مدار خروجی تحریک را میتوان بهطور قابل اعتمادی در طول یک خطا قطع کرد. در کاربردهای اضافی، رله شارژ K3 را کنترل میکند که برای فرآیند پیششارژ نرم خازنهای پیوند DC استفاده میشود.
IS200ERDDH1A از هر دو پیکربندی سیستم ساده و اضافی پشتیبانی می کند. در یک برنامه سیمپلکس، یک IS200ERDDH1A در صفحه پشتی ERBP نصب شده است که تمام عملکردهای رابط و حفاظت را انجام می دهد. در یک برنامه اضافی (پشتیبان گیری گرم)، دو برد IS200ERDDH1A به ترتیب در ERBP بخش کنترل M1 و ERRB از بخش کنترل M2/C نصب می شوند که به عنوان پشتیبان متقابل عمل می کنند. علاوه بر این، ERDD با برد ERRR Redundant Relay برای دستیابی به انتقال بدون ضربه خروجی تحریک کار می کند. این طراحی معماری انعطاف پذیر به همان مدل تخته اجازه می دهد تا با سیستم هایی با سطوح مختلف اطمینان سازگار شود و موجودی قطعات یدکی و پیچیدگی تعمیر و نگهداری را برای کاربران کاهش دهد.
توابع اصلی دقیق
1. کنترل درایو گیت IGBT
IS200ERDDH1A دستورات گیت دیجیتال ولتاژ پایین را از کنترلر به سیگنال های پالس گیت مناسب برای هدایت ماژول IGBT تبدیل و تقویت می کند. در سیستم تنظیم کننده EX2100، تبدیل توان از مدولاسیون عرض پالس IGBT (PWM) با فرکانس برش تقریباً 1000 هرتز استفاده می کند. IS200ERDDH1A باید از دقت زمانبندی، پایداری دامنه و توانایی مقاومت در برابر ولتاژ جداسازی پالسهای درایو گیت اطمینان حاصل کند. این تضمین میکند که IGBTها میتوانند با اطمینان در شرایط کاری فرکانس بالا روشن و خاموش شوند و از آسیب گرمای بیش از حد ناشی از ورود به منطقه تقویت خطی به دلیل درایو ناکافی جلوگیری کنند.
2. کنترل تخلیه دینامیک
هنگامی که یک واحد ژنراتور به طور ناگهانی بار می ریزد یا حرکت می کند، انرژی ذخیره شده در خازن های پیوند DC می تواند باعث افزایش سریع ولتاژ شود و به طور بالقوه از درجه بندی ولتاژ IGBT ها و خازن ها بیشتر شود. IS200ERDDH1A دارای منطق کنترل دشارژ پویا است که ولتاژ لینک DC را در زمان واقعی نظارت می کند. هنگامی که ولتاژ از آستانه ایمن از پیش تعیین شده فراتر رفت، بلافاصله تخلیه دینامیکی خارجی IGBT (یا سوئیچ تخلیه) را به سمت هدایت هدایت می کند. این به سرعت انرژی ذخیره شده در خازن های پیوند DC را از طریق یک مقاومت تخلیه با توان بالا تلف می کند و ولتاژ باس DC را در محدوده ایمن می بندد. این عمل حفاظتی به طور کامل در سخت افزار اجرا می شود و پاسخ بسیار سریعی را بدون دخالت نرم افزار کنترل کننده ارائه می دهد، بنابراین حفاظت سخت افزاری قابل اعتماد را حتی در هنگام قطع ارتباط یا ناهنجاری های نرم افزاری تضمین می کند.
3. نظارت بر بازخورد چند کانالی
IS200ERDDH1A مسئول دریافت و تنظیم سیگنالهای آنالوگ حیاتی و بازخورد وضعیت زیر است، که سپس از طریق برد ERIO به کنترلر آپلود میشوند:
بازخورد ولتاژ لینک DC : ولتاژ لینک DC را که برای حفاظت از دشارژ دینامیکی و تنظیم ولتاژ استفاده می شود، نظارت می کند.
بازخورد جریان تحریک خروجی : جریان تحریک واقعی را از طریق یک شنت متصل به مدار با مدار خروجی تحریک، که توسط تنظیم کننده جریان میدانی (FCR) و محدود کننده بیش از حد تحریک (OEL) استفاده می شود، اندازه گیری می کند.
بازخورد ولتاژ خروجی تحریک : ولتاژ در سراسر سیم پیچ تحریک را که برای تنظیم کننده ولتاژ میدانی (FVR) و حالت تنظیم دستی استفاده می شود، اندازه گیری می کند.
نظارت بر دمای IGBT : سیگنالهایی را از ترمیستورها یا سوئیچهای حرارتی نصب شده بر روی هیت سینک IGBT دریافت میکند که هشدار دمای بیش از حد پل و محافظت از سفر را ارائه میدهد.
وضعیت درایو گیت IGBT : وضعیت منبع تغذیه و سیگنالهای خطای اشباعزدایی را برای هر درایور گیت IGBT نظارت میکند و اطمینان میدهد که خطاهای درایور گیت میتواند به سرعت شناسایی شود و اقدامات حفاظتی انجام شود.
تمام سیگنالهای بازخورد از طریق مدارهای انزوا و تهویه سیگنال پردازش میشوند و از ایزوله الکتریکی ایمن بین سمت برق ولتاژ بالا و سمت کنترل اطمینان حاصل میکنند.
4. رابط کنترل رله
IS200ERDDH1A کانال های خروجی را برای هدایت مستقیم رله های خارجی فراهم می کند:
در یک سیستم سیمپلکس ، رله تحریکزدایی K41 را کنترل میکند. هنگامی که ژنراتور به سرکوب میدان سریع نیاز دارد، کنترلر فرمانی را از طریق ERIO به IS200ERDDH1A می فرستد، که K41 را برای باز کردن مدار خروجی تحریک و همزمان با وارد کردن مقاومت تخلیه میدان هدایت می کند.
در یک سیستم اضافی ، رله شارژ K3 را کنترل می کند. این رله در هنگام روشن شدن اولیه سیستم برای پیششارژ کردن خازنهای پیوند DC از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده میشود و از جریان هجومی بیش از حد در هنگام بسته شدن مستقیم جلوگیری میکند. هنگامی که ولتاژ باس DC به مقدار از پیش تعیین شده رسید، K3 بسته می شود، مقاومت محدود کننده جریان را دور می زند و سیستم وارد عملیات عادی می شود.
پیکربندی های ساده و اضافی
نقش IS200ERDDH1A بین برنامه های کاربردی ساده و زائد کمی متفاوت است، اما سخت افزار و عملکردهای اصلی آن بسیار سازگار هستند و فلسفه طراحی مدولار جنرال الکتریک را تجسم می دهند.
در یک رگولاتور سیمپلکس ، یک IS200ERDDH1A منفرد در صفحه پشتی ERBP نصب شده است که تمام عملکردهای درایو دروازه، تخلیه دینامیک، نظارت بر بازخورد و کنترل رله K41 را بر عهده دارد. از آنجایی که یک سیستم سیمپلکس فاقد افزونگی کنترل است، قابلیت اطمینان IS200ERDDH1A در این پیکربندی بسیار مهم است.
در یک رگولاتور اضافی ، سیستم با دو بخش کنترل (M1 و M2/C) پیکربندی شده است که هر یک شامل IS200ERDDH1A است. هنگامی که M1 بخش کنترل فعال است، ERDD آن IGBT های قدرت را هدایت می کند و عملکردهای حفاظتی را اجرا می کند. ERDD در M2/C در حالت آماده به کار داغ باقی می ماند و پالس های گیت را خروجی نمی دهد. هر دو ERDD به طور مستقل ولتاژ لینک DC و وضعیت سیستم را نظارت می کنند. اگر نقصی در بخش فعال رخ دهد، بخش پشتیبان می تواند به طور یکپارچه کنترل را به دست بگیرد. در حین انتقال، برد ERRR با ERDD ها هماهنگ می شود تا مدار خروجی تحریک را به سرعت تغییر مسیر دهد و اطمینان حاصل کند که ژنراتور به دلیل تعویض کنترل، تحریک را از دست نمی دهد.
سناریوهای کاربردی و نگهداری
IS200ERDDH1A عمدتاً در سناریوهای تحریک تولید برق زیر استفاده می شود:
تنظیم کننده های تحریک استاتیک کوچک و متوسط با استفاده از IGBT به عنوان دستگاه سوئیچینگ قدرت.
تنظیم کننده های تحریک کننده بدون برس.
رگولاتورهای تحریک کننده دوار DC.
کاربردهای تولید برق صنعتی که نیاز به حفاظت از تخلیه دینامیکی سریع و کنترل دقیق جریان تحریک دارند.
در مورد تعمیر و نگهداری، IS200ERDDH1A از جایگزینی آنلاین پشتیبانی می کند (فقط برای کانال پشتیبان در یک پیکربندی اضافی، به دنبال رویه های ایمنی تعمیر و نگهداری آنلاین GE). پس از تعویض، شناسایی برد و بارگذاری پیکربندی باید با استفاده از ابزار ToolboxST انجام شود. نیازی به تنظیمات دستی بلوز یا سوئیچ نیست. جایگزینی ERDD در یک سیستم سیمپلکس باید با خاموش شدن کل سیستم و پس از اجرای رویههای Lockout/Tagout انجام شود. تمام عملیات تعویض باید با پوشیدن یک بند مچی ضد الکتریسیته ساکن، همراه با تختههای یدکی که در بستهبندی ضد الکتریسیته ساکن نگهداری میشوند تا از آسیب به اجزای حساس به الکترواستاتیک جلوگیری شود.
