IS200AEBMG1A یک ماژول پل انرژی پیشرفته IGBT (ترانزیستور دوقطبی دروازه ایزوله) بسیار تخصصی و بسیار قابل اعتماد است که توسط تجارت انرژی جنرال الکتریک جنرال الکتریک Vernova توسعه و تولید شده است. این ماژول به عنوان یک جزء الکترونیکی قدرت اصلی در سیستم مبدل برق بادی ژنراتور مگنت دائمی GE 2.x MW (PMG)، شالوده فیزیکی تبدیل توان در دو طرف ژنراتور و شبکه را تشکیل میدهد.
در مبدل برق بادی، IS200AEBMG1A یک مجموعه تخته مدار مستقل نیست، بلکه یک ماژول فاز قدرت یکپارچه است که دارای IGBT های پرقدرت، صفحه پایه هیت سینک، رابط های شینه و منطق حفاظتی است. این سیگنالهای کنترل دیجیتال را به قابلیتهای قدرتمند تبدیل انرژی الکتریکی تبدیل میکند و به عنوان هابی عمل میکند که منطق ولتاژ پایین سیستم کنترل را به مدار برق اصلی با ولتاژ بالا و جریان بالا متصل میکند. طراحی آن به شدت از اصول کاهش قدرت محافظه کارانه دستگاه و الگوریتم های کنترل قوی پیروی می کند، و تضمین می کند که سیستم توربین بادی می تواند در هنگام اختلالات شدید شبکه (مانند ولتاژ پایین، LVRT) آنلاین باقی بماند و پس از رفع خطای شبکه، به سرعت به کار عادی خود ادامه دهد.
2. توابع اصلی و اصول عملیاتی
در سیستم مبدل باد PMG 2.x مگاواتی، هر مبدل نخی معمولاً شامل سه ماژول فاز یکسان (فاز A/B/C) است. IS200AEBMG1A، به عنوان یک فاز، وظایف حیاتی زیر را انجام می دهد:
2.1 هسته تبدیل برق AC-DC-AC
تبدیل سمت ژنراتور : در حالت اصلاح فعال، IGBT های بازوی پل بالایی و پایینی در IS200AEBMG1A سیگنال های درایو دروازه مدولاسیون عرض پالس (PWM) را از برد رابط پل انرژی جایگزین (AEBI) دریافت می کنند. آنها برق متناوب فرکانس متغیر و ولتاژ متغیر تولید شده توسط ژنراتور سنکرون مغناطیس دائمی (معمولاً در یک محدوده فرکانس بزرگ مربوط به 500-1800 دور در دقیقه) را به ولتاژ DC پایدار تبدیل می کنند که به لینک DC تغذیه می شود.
تبدیل سمت شبکه : در حالت اینورتر، ماژول که توسط برد ترمز دینامیک انرژی جایگزین (AEDB) یا برد AEBI کنترل میشود، ولتاژ DC را از پیوند DC به برق AC همگام با شبکه برق در فرکانس ثابت (50/60 هرتز) و ضریب کنترل ولتاژ ولتاژ 60/6 بر میگرداند. تحویل توان راکتیو
2.2 ترمز دینامیکی (DB)
در پیکربندیهای خاص (مخصوصاً ماژول فاز A)، IS200AEBMG1A همچنین IGBT را برای ترمز ترمز پویا ادغام میکند. هنگامی که اختلالات گذرا شبکه باعث افزایش سریع ولتاژ پیوند DC می شود، DB IGBT به سرعت هدایت می کند و انرژی اضافی ذخیره شده در خازن های پیوند DC را به عنوان گرما از طریق یک مقاومت خارجی بزرگ (مقاومت ترمز دینامیکی بالا) تلف می کند. این از خازن های پیوند DC و ماژول های مبدل در برابر آسیب بیش از حد ولتاژ محافظت می کند.
2.3 بازخورد و حفاظت سیگنال بحرانی
این ماژول نه تنها تبدیل توان را اجرا می کند، بلکه با بردهای رابط سطح بالا (AEBI/AEDB) برای ارائه رابط های بلادرنگ برای سیگنال های حفاظتی و نظارت حیاتی زیر، رابط کاربری دارد:
تشخیص عدم اشباع : ولتاژ کلکتور-امیتر IGBT (Vce) را بررسی می کند تا مشخص کند آیا IGBT به دلیل جریان اضافه از ناحیه اشباع خارج شده است یا خیر، که به عنوان حیاتی ترین روش حفاظت از اتصال کوتاه عمل می کند.
نظارت بر جریان اضافه : ولتاژ را در طول شنت ماژول فاز کنترل می کند تا تعیین کند که آیا جریان فاز از آستانه ایمن فراتر رفته است یا خیر.
نظارت بر نرخ تغییر جریان : نرخ تغییر جریان (di/dt) را از طریق ولتاژ شنت برای شناسایی و محافظت در برابر افزایش جریان بیش از حد، نظارت میکند و از آسیب ضربه دستگاه جلوگیری میکند.
بازخورد دما و ولتاژ : با مدارهای نوسانگر کنترلشده ولتاژ (VCO) کار میکند تا سیگنالهای نمونهگیری ایزوله را برای جریان فاز، ولتاژ خط به خط و ولتاژ پیوند DC ارائه کند و محاسبات حلقه بسته توسط برد کنترل مبدل چندگانه (MACC) را امکانپذیر میکند.
3. ساختار مکانیکی و طراحی رابط
IS200AEBMG1A دارای یک ساختار مکانیکی فشرده و یکپارچه است که برای عملکرد با قابلیت اطمینان بالا در محیط های ناسلی خشن طراحی شده است:
3.1 معماری هیت سینک خنک شده با مایع
هسته ماژول از طراحی کارآمد صفحه پایه خنک کننده با مایع استفاده می کند. ماژول های IGBT با پیچ به سطح هیت سینک بسته می شوند و گریس حرارتی تخصصی در بین آنها اعمال می شود تا مقاومت تماس حرارتی به حداقل برسد. کانال های جریان داخلی هیت سینک از طریق شیلنگ های توزیع مایع خنک کننده در بالای کابینت به پایه پمپ متصل می شوند. جزئیات کلیدی :
در دمای زیر 27 درجه سانتیگراد، شیر کنترل ترموستاتیک مایع خنک کننده را دور می زند و به پمپ باز می گردد. هنگامی که دمای مایع از 36 درجه سانتیگراد بالاتر می رود، دریچه کاملاً باز می شود و مایع خنک کننده را برای دفع حرارت به مبدل های حرارتی خارجی هوا به مایع هدایت می کند.
اتصالات اتصال سریع مایع بالا و پایین در ماژول تک فاز با گیره های آبی ویژه ایمن شده است. هنگام جدا کردن، باید دقت کرد که از سیم برش برای بریدن گیره ها استفاده شود تا به شلنگ آسیبی نرسد.
3.2 اتصالات الکتریکی
اتصالات برق ماژول به دو بخش بالا و پایین تقسیم می شود:
بالا (سمت شبکه) : به خط AC Bus-work متصل می شود و برق معکوس را به شبکه تغذیه می کند.
پایین (سمت ژنراتور) : به گذرگاه AC ژنراتور متصل می شود و برق متناوب فرکانس متغیر را از ژنراتور دریافت می کند.
وسط (سمت DC) : از طریق گذرگاه DC در پشت ماژول به بانک خازن ذخیره DC متصل می شود.
کنترل و حفاظت : گیت های IGBT و سیگنال های کمکی از طریق کانکتورهای پلاگین انباشته (معمولاً 4 مجموعه پلاگین) به بردهای منطقی لایه بالایی متصل می شوند. قبل از برداشتن ماژول باید همه شاخه ها را جدا کرد.
3.3 یکپارچه سازی ترمز دینامیکی
در پیکربندی معمولی رشتههای 1 تا 4، ماژول فاز A عملکرد ترمز دینامیکی اضافی را انجام میدهد. یک ماژول اضافی AEBM در پشت قاب هیت سینک آن ثابت شده است تا خردکن ترمز را به حرکت درآورد. این به این معنی است که روند تعویض ماژول فاز A پیچیدهتر است و اغلب نیاز به حذف یا جابجایی ماژول فاز B میانی برای دسترسی به شاخههای عقب دارد.
4. منطق کنترل و تشخیص
IS200AEBMG1A دارای هوش ذاتی نیست. این یک واحد اجرای توان و بازخورد 'غیرفعال' و در عین حال بسیار حساس است. تمام هوش آن به برد اصلی MACC مبدل رشته و بردهای رابط AEBI/AEDB متکی است.
4.1 مکانیسم های حفاظت از خطا
نرم افزار کنترل جنرال الکتریک مکانیزم های حفاظتی سختگیرانه را پیاده سازی می کند:
حفاظت در سطح سختافزار : برد AEBI/AEDB مستقیماً با جمعآوری ولتاژ Vce، پالسهای PWM را در سطح میکروثانیه مسدود میکند و بدون تأخیر نرمافزار، حفاظت در برابر اتصال کوتاه 'دیگر اشباع' را به دست میآورد.
حفاظت در سطح نرمافزار : برد MACC سیگنالهای بازخورد را از طریق FPGA میخواند و دستورات هشدار یا سفر را ایجاد میکند. به عنوان مثال، اگر دمای اتصال IGBT شناسایی شده از حد مجاز فراتر رود اما هیچ اتصال کوتاهی رخ ندهد، ابتدا هشداری برای کاهش توان به صدا در می آید. اگر وضعیت بدتر شود، یک خاموش شدن سفر اجرا می شود.
4.2 نظارت بر عملکرد آنلاین
با استفاده از جنرال الکتریک برنامه ToolboxST ، پرسنل تعمیر و نگهداری می توانند نمودارهای بلوک داده بلادرنگ مربوط به ماژول فاز را بازیابی کنند. در میان آنها، نمودار روند دمای پایه پایه IGBT منحصر به فرد برای تعیین سلامت ماژول کلیدی است. در شرایط بار و سرمایش یکسان، اگر روند دمایی یک ماژول فاز به طور قابل توجهی از ماژول های دیگر منحرف شود، اغلب نشان دهنده گریس حرارتی خشک، انسداد جزئی لوله خنک کننده، یا تخریب مقاومت داخلی IGBT است. مستندات به طور خاص تأکید می کند که قبل از اینکه نتیجه گیری شود که خود ماژول معیوب است، باید جریان طبیعی خنک کننده را تأیید کرد.
5. راهبرد تعمیر و نگهداری و جایگزینی
جنرال الکتریک استراتژی تعمیر 'واحد قابل تعویض خط (LRU)' را اتخاذ می کند. برای ماژول فاز قدرت، تعمیر جزء در سطح برد انجام نمی شود. در عوض، کل ماژول جایگزین می شود.
5.1 تعیین خطا
اسناد به صراحت چندین ویژگی اصلی را تعریف می کند که جایگزینی ماژول را الزامی می کند:
شکست فاجعه بار : انفجار IGBT یا پارگی پوشش. در این مورد، نه تنها نیاز به تعویض ماژول است، بلکه باید به شدت آسیب های ثانویه به بانک های خازن اطراف، لایه های عایق باس (ورقه های عایق Formex را برای آسیب بررسی کنید) که توسط پودر کربنیزه/فلزی ایجاد شده است، بررسی کنید.
خطاهای مکرر عدم اشباع : ناشی از اختلالات شبکه خارجی نیست، بلکه به دلیل از دست دادن قابلیت اتصال کوتاه در دستگاه ایجاد می شود.
شکست تست سلولی : 'تست سلولی' آنلاین را نمیتوان گذراند و یک ناهنجاری در مدار سوئیچینگ یا درایو دروازه را تأیید میکند.
ناهنجاریهای دمایی غیرقابل توضیح : علیرغم جریان طبیعی مایع خنککننده، خوانش دمای صفحه پایه یا محل اتصال به وضوح غیرعادی است.
5.2 مراحل تعویض کلید
بخش 10.1.4 مستندات الزامات فرآیند بسیار دقیقی را برای جایگزینی ماژول IS200AEBMG1A تحمیل می کند:
عملیات تخلیه : تخلیه کامل مایع خنک کننده ضروری نیست. در عوض، رویه 'Drain Back to Reservoir' اجرا می شود. باز کردن دریچه هواکش دستی در بالای کابینت به مایع خنککننده در لولههای برگشت اجازه میدهد تا زمانی که سطح مایع از ارتفاع ماژول فاز پایینتر بیاید، با نیروی ثقل به مخزن برگردد و در نتیجه قطع 'بدون چکه' حاصل شود.
گشتاور سفت کردن : هنگام نصب یک ماژول جدید، ناودانی های باس DC باید به طور متناوب در سه گذر (6.3 نیوتن متر -> 12.7 نیوتن متر -> 19 نیوتن متر نهایی / 168 اینچ پوند) سفت شوند. بلافاصله پس از آن، علائم نوار گشتاور باید با استفاده از یک نشانگر دائمی در سراسر پیچ / واشر کشیده شود. باسبارهای AC نیز از مقدار گشتاور 19 نیوتن متر پیروی می کنند.
نصب گیره : گیره شلنگ آبی را باید با استفاده از انبردست های مخصوص محکم کنید تا زمانی که حلقه فلزی تقریباً به پایان برسد. نباید بیش از حد سفت شود (برای جلوگیری از بریدن ژاکت بافته آبی شلنگ) و یا خیلی گشاد (برای جلوگیری از نشتی با فشار بالا).
تست نشتی : پس از تعویض، پمپ مایع خنک کننده باید فقط با استفاده از برق کمکی 400 ولت، بدون برق رسانی به ولتاژ بالا روشن شود (تست نشت خنک کننده ماژول فاز). اتصالات باید از نظر نشتی بازرسی شوند. تنها پس از تأیید نشت صفر می توان تمام برق را بازیابی کرد.
