IS200ERSCG1A برد اصلی تبدیل توان در سیستم کنترل تحریک جنرال الکتریک (GE) EX2100 است که به طور خاص برای برنامه های تنظیم کننده مبتنی بر IGBT طراحی شده است. IS200ERSCG1A به عنوان برد مبدل استاتیک رگولاتور اکسایتر (ERSC)، وظیفه حیاتی تبدیل انرژی الکتریکی پیوند DC به جریان خروجی تحریک شده با عرض پالس مدوله شده (PWM) را بر عهده می گیرد. این به عنوان تجسم فیزیکی کل ماژول تبدیل توان تحریک (PCM) عمل می کند. این برد در Backplane رگولاتور Exciter (ERBP) نصب شده است و در هماهنگی نزدیک با برد ERDD (Exciter Regulator Interface and Dynamic Discharge) برای دریافت دستورات کنترل و گزارش وضعیت دستگاه برق کار می کند. آنها با هم، تبدیل نهایی را از دستورات کنترل دیجیتال به جریان میدان ژنراتور تکمیل می کنند.
در قلب خود، IS200ERSCG1A دارای یک ماژول پل اینورتر سه فاز IGBT یکپارچه است. در این ماژول، دو IGBT به طور خاص برای تولید خروجی PWM DC برای هدایت سیم پیچ تحریک ژنراتور اختصاص داده شده است. سومین IGBT به عملکرد تخلیه دینامیک لینک DC اختصاص داده شده است - زمانی که رد یا قطع بار ژنراتور باعث افزایش سریع ولتاژ پیوند DC می شود، این IGBT به سرعت و با خیال راحت انرژی اضافی ذخیره شده در خازن های پیوند DC را از طریق یک مقاومت تخلیه با توان بالا خارجی تلف می کند. این مفهوم طراحی 'دو در یک' به درجه بالایی از ادغام تنظیم دقیق جریان تحریک و حفاظت سریع سیستم در یک برد فشرده دست می یابد.
موقعیت یابی سیستم و یکپارچه سازی معماری
در زنجیره قدرت تنظیم کننده تحریک EX2100 IGBT، IS200ERSCG1A بین لینک DC و مدار خروجی تحریک قرار دارد. در بالادست، سطوح مختلف توان عملیاتی DC را از ماژول منبع تغذیه EPSM از طریق صفحه پشتی ERBP دریافت می کند و ورودی برق خود را از پیوند DC می گیرد. در پایین دست، مستقیماً به سیم پیچ تحریک ژنراتور (از طریق یک کنتاکتور یا قطع کننده DC) متصل می شود. با توجه به زنجیره سیگنال کنترل، IS200ERSCG1A از طریق کابل اختصاصی با برد ERDD ارتباط برقرار میکند، پالسهای درایو گیت IGBT را از ERDD دریافت میکند و اطلاعات بازخورد حیاتی مانند ولتاژ لینک DC، جریان شنت خروجی، دمای IGBT، و وضعیت درایو گیت (از جمله وضعیت سیگنالهای منبع تغذیه و سیگنالهای منبع تغذیه غیرفعال) را ارسال میکند.
IS200ERSCG1A از پیکربندیهای سیستم اضافی Simplex و Warm Backup پشتیبانی میکند که با برد ERDD یک به یک مطابقت دارند. در یک سیستم سیمپلکس، یک IS200ERSCG1A تمام وظایف تبدیل توان را انجام می دهد. در یک سیستم اضافی، دو برد IS200ERSCG1A به ترتیب در صفحات پشتی بخش های کنترلی M1 و M2/C نصب می شوند که به عنوان پشتیبان متقابل عمل می کنند و انتقال بدون درز از طریق برد ERRR Redundant Relay انجام می شود.
با توجه به برق ورودی، پیوند DC برای IS200ERSCG1A میتواند از دو منبع تامین شود: یک منبع برق اصلاحشده AC، که از پایانههای ژنراتور گرفته میشود یا یک باس کمکی از طریق یک ترانسفورماتور تحریک و یکسوساز دیود. یا منبع باتری ایستگاه DC اسمی 125 ولت یا 250 ولت. هر دو پس از جداسازی و فیلتر کردن دیود با هم ترکیب می شوند و تضمین منبع تغذیه اضافی را برای لینک DC فراهم می کنند.
توابع اصلی دقیق
1. خروجی تحریک مدوله شده با عرض پالس IGBT
پل اینورتر IGBT داخل IS200ERSCG1A ولتاژ لینک DC را به ولتاژ و جریان تحریک مورد نیاز تعدیل و تعدیل می کند. فرکانس برش تقریباً 1000 هرتز است، انتخابی که تلفات سوئیچینگ IGBT، ریپل جریان خروجی و الزامات سازگاری الکترومغناطیسی را متعادل می کند. با کنترل دقیق چرخه وظیفه PWM، IS200ERSCG1A می تواند یک خروجی تحریک دائمی قابل تنظیم از صفر تا حداکثر مقدار نامی خود را ارائه دهد، که نیازهای تنظیم ولتاژ خودکار ژنراتور را تحت بارها و شرایط کاری متفاوت برآورده می کند.
از نظر عملکرد خروجی، IS200ERSCG1A می تواند حداکثر جریان تحریک پیوسته 20 A DC را با قابلیت اجباری 150٪ (حداکثر 30 A DC) به مدت 10 ثانیه ارائه دهد. این قابلیت اجباری گذرا برای حفظ ولتاژ ژنراتور در هنگام خطاهای سیستم قدرت بسیار مهم است - هنگامی که یک اختلال شدید مانند اتصال کوتاه در شبکه برق رخ می دهد، سیستم تحریک باید به طور لحظه ای و به طور قابل توجهی جریان تحریک را تقویت کند تا از فروپاشی ولتاژ ژنراتور جلوگیری شود.
مدار خروجی شامل یک شنت DC است که جریان تحریک را در زمان واقعی نظارت می کند. این سیگنال، پس از شرطی شدن توسط برد ERDD، به کنترل کننده بازگردانده می شود و مبنای بازخوردی را برای تنظیم جریان میدانی (FCR) و محدودیت بیش از حد تحریک (OEL) تشکیل می دهد.
2. حفاظت از تخلیه دینامیک
سومین IGBT در برد IS200ERSCG1A به عملکرد تخلیه دینامیک لینک DC اختصاص داده شده است. هنگامی که یک واحد ژنراتور با رد بار ناگهانی، یک سفر اضطراری یا یک خطای شبکه مواجه می شود که باعث می شود ولتاژ خازن لینک DC به دلیل بازخورد انرژی افزایش یابد، برد ERDD تشخیص می دهد که ولتاژ لینک DC از آستانه ایمن فراتر رفته است. فوراً یک سیگنال درایو ارسال می کند تا این IGBT تخلیه را روشن کند و به سرعت انرژی ذخیره شده در خازن ها را از طریق یک مقاومت تخلیه پرقدرت خارجی تلف می کند. این عمل حفاظتی به طور کامل در سخت افزار اجرا می شود و پاسخی بسیار سریع بدون نیاز به مداخله نرم افزار کنترل کننده ارائه می دهد. بنابراین به طور قابل اعتمادی از دستگاه های برق و خازن های پیوند DC در برابر آسیب های ولتاژ بالا حتی در هنگام قطع ارتباط یا اختلالات پردازنده محافظت می کند.
3. DC Link Soft Charging
برای جلوگیری از جریان هجومی بیش از حد به خازن های پیوند DC در هنگام روشن شدن اولیه، IS200ERSCG1A با رله K3 برای اجرای عملکرد شارژ نرم لینک DC کار می کند. در ابتدای روشن شدن، K3 در حالت باز است و پیوند DC به آرامی از طریق یک مقاومت محدود کننده جریان شارژ می شود. 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. این فرآیند هر بار که سیستم تحریک شروع می شود به طور خودکار اجرا می شود و به طور موثر طول عمر خازن های پیوند DC و پل یکسو کننده را افزایش می دهد.
4. نظارت و حفاظت جامع
برای اطمینان از عملکرد ایمن ماژول برق IGBT، IS200ERSCG1A چندین عملکرد نظارت و حفاظت را یکپارچه می کند:
تشخیص کاهش اشباع IGBT : درایور گیت برای هر IGBT به طور مداوم ولتاژ کلکتور-امیتر را هنگامی که دستگاه روشن است نظارت می کند. اگر این ولتاژ از یک آستانه از پیش تعیین شده بیشتر شود (که نشان می دهد IGBT از اشباع کامل خارج شده و وارد منطقه خطی با اتلاف توان بالا شده است)، راننده بلافاصله IGBT را خاموش می کند و عیب را به ERDD گزارش می دهد.
مانیتورینگ دما : المانهای حسگر دما نصب شده بر روی هیت سینک IGBT سیگنالهای هشدار دمای بیش از حد پل و حفاظت از سفر را ارائه میدهند.
نظارت بر منبع تغذیه درایو گیت : ولتاژ منبع تغذیه برای هر درایور گیت IGBT در زمان واقعی نظارت می شود تا اطمینان حاصل شود که درایور می تواند ولتاژ درایو گیت مناسبی را تحت همه شرایط عملیاتی تولید کند.
