Плата обратной связи с шунтом драйвера GE IS200DSFCG1AEB представляет собой специализированный драйвер затвора и модуль обратной связи по току, используемый в мостах и приводах переменного тока GE Industrial Control Systems Innovation Series™ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Плата обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB содержит схему измерения тока, комплексную схему обнаружения неисправностей и две изолированные схемы управления затвором IGBT, все они интегрированы на одну компактную плату, которая монтируется непосредственно на модули IGBT. Цепи драйвера и обратной связи гальванически и оптически изолированы, что обеспечивает безопасную и точную работу в высоковольтной среде силового моста привода.
Плата обратной связи с шунтом драйвера IS200DSFCG1AEB разработана специально для использования с мостами ШИМ-источников Innovation Series™ на 1000 и 1800 А и приводами переменного тока. Плата взаимодействует с системой управления приводом через плату индивидуального интерфейса приводного моста IS200BPIB (BPIB), которая обеспечивает сигналы управления и питание для цепей драйвера затвора, а также получает сигналы обратной связи по неисправности и току от цепей мониторинга шунта. Для моста или привода с током 1000 А требуются три платы шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB, по одной на фазу. Для моста или привода с током 1800 А требуется шесть плат шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB с двумя «последовательными» платами на фазу, что позволяет разделить функции управления затвором и измерения тока на две платы для получения более высокого номинального тока.
Плата обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB (группа G1) предназначена для использования в приложениях привода и источника, где входное переменное напряжение составляет 600 В между линиями (СКЗ). Плата монтируется непосредственно к верхнему и нижнему модулям IGBT в каждой фазной ветви, чтобы сделать выходы драйвера и шунтирующие входные соединения как можно короче, сводя к минимуму паразитную индуктивность и наводки шума. Плата удерживается на месте соединениями затвора, эмиттера и коллектора с IGBT, при этом правильная ориентация платы необходима для правильного расположения монтажных отверстий затвора, эмиттера и коллектора.
Плата обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB идентифицируется по нумерации деталей GE, используемой во всей линейке продуктов промышленных систем управления. Префикс «IS200» идентифицирует плату как продукт GE Industrial Control Systems, а префикс «200» указывает, что плата представляет собой сборку базового уровня. Аббревиатура «DSFC» обозначает функциональное назначение платы как плата драйвера затвора IGBT/шунтовой обратной связи. Обозначение «G1» идентифицирует группу оборудования и обычное покрытие, а суффикс «AEB» идентифицирует комбинацию художественного оформления и функциональной версии. Все цифры важны при заказе или замене любой платы, поскольку платы разных уровней ревизии могут не содержать идентичное оборудование, и GE обеспечивает обратную совместимость заменяемых плат, отмечая при этом, что разные уровни ревизии могут не содержать идентичные компоненты.
В этом вводном документе представлена подробная техническая информация, функциональные описания, назначения разъемов, руководство по настройке и подробные характеристики платы обратной связи драйвера GE IS200DSFCG1AEB, которая служит важным справочным материалом для инженеров по приводам, специалистов по техническому обслуживанию и системных интеграторов, работающих с промышленным оборудованием управления GE.
Функциональная архитектура и обработка сигналов
Плата обратной связи с шунтом драйвера IS200DSFCG1AEB построена на основе надежной архитектуры для управления затвором IGBT, измерения тока, обнаружения неисправностей и изолированной передачи сигналов. Плата выполняет несколько различных функций, которые вместе обеспечивают надежное и точное управление силовым мостом IGBT и точное измерение выходного фазного тока.
Основной функцией платы обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB является функция управления затвором для модулей IGBT. Каждая из двух изолированных схем управления затвором IGBT на плате управляет двумя параллельными модулями IGBT. Одна схема управляет верхними IGBT фазового плеча, а другая — нижними IGBT. Эти схемы управляют затвором IGBT между VCC (+15 В) и VEE (-15 В) (общий эмиттер IGBT) и способны поглощать или выдавать пиковый ток максимум 20 А. Схемы управления затвором платы шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB рассчитаны на работу с максимальной частотой прерывания ШИМ 6 кГц, что соответствует требованиям переключения приводов Innovation Series™.
Входные диоды оптрона управления приводом соединены встречно-параллельно, что обеспечивает управление верхним и нижним приводом от общей дифференциальной витой пары управления. Такое расположение уменьшает количество необходимых линий управления и упрощает интерфейс с платой BPIB. Резисторы затвора и конденсаторы затвор-эмиттер на плате шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB рассчитаны специально для модуля IGBT, что обеспечивает оптимальные характеристики переключения и минимальные потери.
Каждый выход драйвера затвора на плате обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB контролируется, а состояние отображается зеленым и желтым светодиодами. Желтый светодиод будет гореть, когда IGBT включены, а зеленый светодиод будет гореть, когда IGBT выключены. Эта визуальная индикация позволяет обслуживающему персоналу быстро проверить рабочее состояние каждой цепи драйвера ворот.
Схемы драйвера на плате обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB могут обнаружить два типа неисправностей: обесцвечивание и пониженное напряжение. Об этих неисправностях сообщается через одну «мультиплексную» дифференциальную линию повреждения как для верхней, так и для нижней цепей IGBT, что уменьшает количество требуемых сигналов интерфейса.
Обнаружение неисправности по десатурации является важнейшей защитной функцией платы обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB. Когда драйвер получает команду включить IGBT, контролируется падение напряжения между эмиттером и коллектором IGBT. Если это напряжение превышает 10 В в течение 4 микросекунд, выдается сообщение об ошибке рассыщения. RC-интегратор с постоянной времени 4 микросекунды в схеме контроля рассыщения предотвращает ошибочные сбои рассыщения, вызванные шумом или переходными режимами. При возникновении неисправности по десатурации плата BPIB управляет платой обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB в «пакетном» режиме, в котором ШИМ-сигнал частотой 2 МГц используется для медленного снижения напряжения затвора до нуля (в течение 2–5 микросекунд), обеспечивая управляемое отключение, которое сводит к минимуму риск повреждения IGBT.
Обнаружение неисправности пониженного напряжения также обеспечивается платой обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB. Контролируется напряжение между положительным источником питания драйвера (+15 В, MLP15 и MUP15) и отрицательным источником питания драйвера (-15 В, MLN15 и MUN15). Если напряжение между источниками питания +15 В и −15 В упадет ниже 20 В, возникнет ошибка пониженного напряжения. Эта защита гарантирует, что IGBT не будет управляться при недостаточном напряжении на затворе, что может привести к чрезмерному рассеиванию мощности и потенциальному выходу устройства из строя.
Эти две неисправности (рассыщение и пониженное напряжение) соединены логическим ИЛИ и оптически связаны с интерфейсом дифференциального драйвера с логикой управления. Оптопара в нормальном состоянии будет включена (низкий уровень на выходе). Изменение полярности 5 В выключит устройство, которое было включено, и включит драйвер, который был выключен. Когда на привод первоначально подается питание, обе линии управления удерживаются под одинаковым потенциалом, чтобы перевести цепи управления верхним и нижним затвором в состояние ВЫКЛ. Кроме того, когда привод работает, обе линии управления удерживаются под одинаковым потенциалом в течение определенного периода времени (время выдержки), чтобы гарантировать, что верхний или нижний IGBT одной фазы выключится до того, как другим будет дана команда на включение. Время задержки контролируется платой BPIB, обеспечивая безопасную коммутацию фазы.
Второй основной функцией платы обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB является обратная связь по току шунта. Выходной фазный ток контролируется путем получения выходного сигнала ГУН на основе падения напряжения на фазном шунте. Это напряжение усиливается и затем передается в схему ГУН. ГУН имеет диапазон 0–2 МГц, а схема смещена так, что при нулевом токе номинальный выходной сигнал составляет 1 МГц. Шунтовое напряжение ±200 мВ преобразуется в изменение выходной частоты ГУН на ±800 кГц. Выход ГУН оптически связан с интерфейсом дифференциального драйвера с логикой управления, обеспечивая точную и помехоустойчивую передачу текущего сигнала обратной связи.
Цепь обратной связи по току на плате обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB может вызвать две неисправности: DI/DT и мгновенная перегрузка по току (IOC). Ошибка DI/DT генерируется, когда происходит ступенчатое изменение номинального тока шунта на 100% или более, и об этой ошибке сообщается в течение 25 микросекунд. О неисправности IOC сообщается, если ток превышает заданный мгновенный порог. Эти защитные функции обеспечивают защиту привода от перегрузки по току и быстрых переходных процессов, которые могут повредить IGBT или нагрузку.
Источники питания
Архитектура источника питания платы шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB предназначена для обеспечения изолированного, регулируемого питания для цепей управления затвором, цепей обратной связи по току шунта и цепей обнаружения неисправностей. Сторона высокого напряжения каждой цепи драйвера/монитора питается от изолирующего трансформатора, обеспечивающего гальваническую развязку между стороной управления и стороной питания высокого напряжения.
Первичная обмотка изолирующего трансформатора подключена к пиковому значению ±17,7 В (размах 35,4 В) прямоугольной формы с частотой 25 кГц. Две из трех вторичных цепей выпрямляются и фильтруются в полуволновом режиме для обеспечения изолированных +15 В (VCC) и −15 В (VEE), необходимых для верхних и нижних цепей драйвера IGBT. Эти источники питания нерегулируемые, с допуском ±5% и средним максимальным током 1 А для каждого напряжения. Третья вторичная обмотка подвергается двухполупериодному выпрямлению и фильтрации для обеспечения изолированного напряжения ±12 В, необходимого для ГУН обратной связи по току шунта и схемы обнаружения неисправностей, с допуском ±10 % и средним максимальным током 100 мА для каждого напряжения.
Шунтовая схема также требует питания логической схемы напряжением 5 В, которое генерируется линейным стабилизатором 5 В, подключенным к источнику питания +12 В. Этот источник питания имеет допуск ±10% и средний максимум 100 мА. Регулируется только источник питания 5 В; остальные источники питания не регулируются, но фильтруются для обеспечения приемлемых показателей пульсаций и шума.
Максимальная нагрузка на источники питания платы шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB составляет: ±17,7 В при среднеквадратичном токе 0,65 А и +5 В при токе 150 мА. Эти номиналы гарантируют, что плата может подавать необходимую мощность на цепи управления затвором и цепи обратной связи при любых условиях эксплуатации.
Назначение разъемов и интерфейсы
Плата обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB содержит полный набор разъемов, которые взаимодействуют с модулями IGBT, платой BPIB, токовым шунтом, датчиками RTD и платой DSFC с последовательным подключением в приложениях на 1800 А. Каждый разъем выполняет определенную функцию в общей сигнальной цепи, и понимание назначения разъемов имеет важное значение для установки, обслуживания и устранения неполадок.
Напряжения звена постоянного тока и линия измерения напряжения выходной фазы подключаются к клеммам на плате обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB. Вывод E1 обеспечивает линию измерения напряжения выходной фазы (MVFB), вывод E17 обеспечивает положительное напряжение звена постоянного тока (DCLP), а вывод E18 обеспечивает отрицательное напряжение звена постоянного тока (DCLN). Эти штыревые соединения обеспечивают надежные соединения с низким импедансом для сигналов высокого напряжения.
Все подключения к IGBT выполняются с помощью монтажного оборудования через монтажные проушины на плате обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB. Соединения проушины включают в себя верхнюю положительную линию коллектора (UC), верхний затвор устройства A (UGA), верхний эмиттер устройства A (UEA), верхний затвор устройства B (UGB), верхний эмиттер устройства B (UEB), нижний затвор устройства A (LGA), нижний эмиттер устройства A (LEA), нижний затвор устройства B (LGB), нижний эмиттер устройства B (LEB) и отрицательную линию нижнего эмиттера (LE). Эти проушины крепятся невыпадающими крепежными деталями и во время установки затягиваются с моментом 70 дюймов-фунтов.
Все остальные входы и выходы платы шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB выполнены в восьми разъемах: PPL1, PPL2, SHPL, THPL, THPL1, THPL2, DPPL1 и DPPL2. Разъем PPL1 обеспечивает фазовый интерфейс ввода-вывода с платой индивидуального интерфейса приводного моста IS200BPIB, по которой передаются положительные и отрицательные сигналы шунтового ГУН, положительные и отрицательные сигналы замыкания шунта, отрицательные сигналы верхнего и нижнего повреждения, интерфейс +5 В и общий, а также верхний и нижний сигналы возбуждения. Разъем PPL2 обеспечивает фазовый интерфейс ввода-вывода с шлейфовой платой шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB в приложениях на 1800 А, передающих те же сигналы со второй платы.
Разъем SHPL обеспечивает входное соединение токового шунта, при этом контакт 1 обеспечивает соединение со стороны шунтирующего двигателя (MSHM), а контакт 2 обеспечивает соединение со стороны шунтирующего моста (MSCOM). Разъемы THPL, THPL1 и THPL2 обеспечивают подключение резистивного термодетектора (RTD) к RTD или сквозное соединение с BPIB для шлейфовой платы драйвера IS200DSFCG1AEB с шунтом обратной связи в приложениях на 1800 А. Разъемы DPPL1 и DPPL2 обеспечивают подключение питания прямоугольной формы с пиковым напряжением 18,4 В переменного тока от BPIB или сквозное соединение от BPIB для шлейфовой платы.
Светодиодные индикаторы
Плата обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB включает пять светодиодных индикаторов (DS1, DS2, DS3, DS4 и DS5), которые обеспечивают визуальную индикацию состояния звена постоянного тока, а также верхнего и нижнего состояния драйвера IGBT. DS1 — это красный светодиодный индикатор звена LINK ВЫШЕ 50 В, который горит, когда напряжение в звене постоянного тока превышает 50 В, и ВЫКЛЮЧАЕТСЯ, когда напряжение в звене постоянного тока ниже 50 В. Этот индикатор четко предупреждает о наличии опасного напряжения в звене постоянного тока.
DS2 — это зеленый светодиод верхнего монитора драйвера (UFF), который горит, когда верхние IGBT выключаются, и выключается, когда верхние IGBT включаются. DS3 — это зеленый светодиод нижнего монитора драйвера (LFF), который горит, когда нижние IGBT выключаются, и выключается, когда нижние IGBT включаются. DS4 — это желтый светодиод верхнего монитора драйвера (UON), который горит, когда верхние IGBT включаются, и гаснет, когда верхние IGBT выключаются. DS5 — это желтый светодиод нижнего монитора драйвера (LON), который горит, когда нижние IGBT включаются, и гаснет, когда нижние IGBT выключаются. Эти индикаторы позволяют обслуживающему персоналу быстро проверять рабочее состояние каждой цепи драйвера ворот и диагностировать неисправности привода ворот.
Данные приложения и конфигурация
Плата обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB содержит штекерные и вставные разъемы, разъемы с проушинами для крепления к IGBT и светодиодные индикаторы как часть платы. На плате нет настраиваемых аппаратных элементов или предохранителей, что упрощает установку и снижает вероятность ошибок конфигурации. Плата настроена на заводе для конкретного модуля IGBT и приложения, и регулировка на месте не требуется.
Плата монтируется непосредственно к верхнему и нижнему модулям IGBT в каждой фазной ветви, чтобы выходные соединения драйвера и шунтирующие входные соединения были как можно короче. Плата удерживается на месте соединениями затвора, эмиттера и коллектора с IGBT, при этом правильная ориентация платы необходима для правильного расположения монтажных отверстий затвора, эмиттера и коллектора. Монтажное оборудование крепится десятью гайками в проушинах, затянутыми с усилием 70 дюймов-фунтов.
Пригодность приложений и системная интеграция
Плата обратной связи с шунтом драйвера IS200DSFCG1AEB является неотъемлемым компонентом ШИМ-истоковых мостов и приводов переменного тока компании GE Innovation Series™, обеспечивая функции управления затвором и обратной связи по току, которые необходимы для работы силового моста IGBT. Ее приложения включают в себя силовые мосты и приводы на токи 1000 и 1800 А, где компактный размер платы, высокая изоляция и надежные возможности обнаружения неисправностей обеспечивают надежную и безопасную работу.
В приложениях с током 1000 А используются три платы обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB, по одной на фазу. Каждая плата управляет верхним и нижним IGBT своей фазной ветви и обеспечивает обратную связь по току от фазового шунта. В приложениях с током 1800 А используются шесть плат, по две платы последовательного подключения на фазу. Шлейфовое подключение позволяет разделить функции управления затвором и измерения тока на двух платах, обеспечивая дополнительную мощность по току, необходимую для более высокой номинальной мощности.
Плата обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB взаимодействует с системой управления приводом через плату индивидуального интерфейса приводного моста IS200BPIB, которая обеспечивает сигналы управления и питание для цепей драйвера затвора, а также получает сигналы обратной связи по неисправности и току от цепей мониторинга шунта. Плата BPIB также контролирует время задержки между верхним и нижним коммутационными переходами IGBT, обеспечивая безопасную коммутацию фазы.
Функции платы по обнаружению неисправностей по снижению насыщения и пониженному напряжению обеспечивают критическую защиту IGBT, предотвращая повреждение от перегрузки по току, недостаточного напряжения управления затвором и других неисправностей. Функции обнаружения неисправностей DI/DT и IOC обеспечивают дополнительную защиту привода и нагрузки, гарантируя, что условия перегрузки по току обнаруживаются и о них сообщается в течение требуемого времени реагирования.
Техническое обслуживание и жизненный цикл
Плата обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB рассчитана на длительный срок службы с минимальным обслуживанием. Плата не содержит движущихся частей или компонентов, настраиваемых пользователем, а ее твердотельная конструкция обеспечивает высокую надежность при непрерывной промышленной эксплуатации.
Плановое техническое обслуживание состоит из периодического визуального осмотра платы, разъемов и монтажного оборудования. Следует проверить светодиодные индикаторы, чтобы убедиться в правильности работы драйверов затворов и монитора напряжения звена постоянного тока. Монтажные гайки на соединениях с проушинами следует проверить на предмет затяжки (70 дюймов-фунтов), а штекерные разъемы следует проверить на наличие признаков повреждений, ослабленных соединений или загрязнения.
Если плата выйдет из строя, ее замена несложна, но требует пристального внимания к процедурам безопасности. Отключив питание привода и подождав несколько минут, пока все конденсаторы разрядятся, проверьте все электрические цепи, прежде чем прикасаться к ним, чтобы убедиться, что питание отключено. Отсоедините все кабели от платы обратной связи шунта драйвера IS200DSFCG1AEB и убедитесь, что на кабелях указано правильное название разъема. Снимите десять гаек на соединениях с проушинами, которыми плата крепится к IGBT, стараясь не уронить крепежные детали в устройство. Снимите старую плату с монтажных шпилек IGBT, расположите новую плату в том же положении и закрепите десятью гайками, затянутыми с усилием 70 дюймов-фунтов. Подсоедините все кабели согласно маркировке, убедившись, что кабели правильно закреплены на обоих концах, и закройте все дверцы шкафов приводов и оборудования.
GE Industrial Control Systems гарантирует совместимость сменных плат, даже если платы разных версий могут содержать разное оборудование. При заказе замены платы шунта обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB укажите полный номер детали и описание, серийный номер привода и номер списка материалов привода (ML). Завод может заменить более поздние версии в зависимости от наличия и усовершенствований конструкции, но обратная совместимость замененных плат гарантирована.
Заключение
Плата обратной связи с шунтом драйвера GE IS200DSFCG1AEB — это надежный, прочный и высокоинтегрированный драйвер затвора и модуль обратной связи по току для мостов с ШИМ-источником GE Innovation Series™ и приводов переменного тока. Его комплексные возможности управления затвором, обнаружения неисправностей, измерения тока и изолированной передачи сигналов обеспечивают точное и безопасное управление силовым мостом IGBT, а его компактный размер и непосредственный монтаж на модули IGBT сводят к минимуму паразитную индуктивность и наводки шума. Функции платы по снижению насыщения, пониженному напряжению, DI/DT и IOC обеспечивают критическую защиту IGBT и привода, гарантируя высокую надежность и доступность системы.
Плата обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB со стандартными разъемами, четко обозначенными светодиодными индикаторами и подробным отчетом о неисправностях является важным компонентом бесчисленных промышленных приводных систем по всему миру. Благодаря качественному производству GE, глобальной сети поддержки и приверженности обратной совместимости плата обратной связи драйвера IS200DSFCG1AEB продолжает обеспечивать производительность, долговечность и простоту использования, которые промышленные пользователи ожидают от GE. Независимо от того, используется ли плата IS200DSFCG1AEB в новой установке или в качестве замены существующей платы, она обеспечивает управление затвором и функцию обратной связи по току, необходимую для надежного и эффективного управления промышленным приводом.
