6кВ жогары көтеріс түрнедегі трипингді талдату

Жоғары көлемдегі инверторлар АС моторлардың өнімділігін басқару үшін маңызды құралдар болып табылады және айналу, металлургия, мұнай, электр энергиясы салаларында жоғары қуатты, жоғары көлемдегі моторлардың өнімділігін басқару үшін кеңінен қолданылады. Бірақ, 6кВ жоғары көлемдегі инверторлар құрылымдағы өзгерістер мен жүк тағынулары сынауынан, операция уақытында ненормаль ағып қозғалу қателеріне ұшырай алады, бұл моторлардың өнімділігін басқару жүйесінің қауіпсіздігі мен итігенділігіне зор таасир етеді.

Жоғары көлемдегі деңгейлік өнімділікті басқару (VFD) жүйелерінің стабильді жұмысын қамтамасыз ету, промышленностьдің өнімділігін жақсарту, энергия жұмсалуын азайту үшін өкілшілер сериясында жоғары көлемдегі инвертор технологиясының зерттеу және қолдануына ықпал ететін саясаттарды енгізген. Сондықтан, 6кВ жоғары көлемдегі инверторларда пайда болған ненормаль ағып қозғалу қателерінің себептерін терең талдау және әсерлі өзіндік шешімдер қалыптасуы, жоғары көлемдегі VFD технологиясын әріп-әрі қалыптастыру және промышленностьдің экономикалық өсуін сақтау үшін маңызды.

1 6кВ жоғары көлемдегі инверторлардың көбінесі

6кВ жоғары көлемдегі инвертор - бұл IGBT-лерді коммутатор ретінде қолданып, 6кВ немесе одан жоғары деңгейде деңгейлік өнімділікті басқару үшін көптірік топологиясын қолданатын жоғары қуатты электрондық құрал. Оның қуатты модулдері адатта үш деңгейлік нейтралдық нүктесін басқару (3L-NPC) немесе бес деңгейлік активті нейтралдық нүктесін басқару (5L-ANPC) схемаларын қолданады, бұл модулдер көптірік подмодулдермен құрастырылған. Әрбір подмодульде 6-24 IGBT және диода орталық қатары бар, 9-17 деңгейлі терезелі толқынды жасайды, фильтрленуден кейін синусоидалық толқынға ұқсайды.

Типтік қуатты диапазоны 3000-14,000 кВА, напряжение деңгейлері 6кВ, 10кВ және 35кВ. Жоғары қуатты және напряжение талаптары үшін модулдердің көптірік конвертер (MMC) топологиясы қолданылады, бұлда подмодулдер полубридж немесе толық бридж құрылымын қолданады, әр фазада жүзден мыңға дейін подмодулдер қойылады, 220кВ-ға дейін напряжение деңгейлерін, 400 МВА-ға дейін қосымша қуатты қолдануға мүмкіндік береді, жаңартылатын энергия желілеріне интеграция, теңіз жағалау үшін қолданылады, жаңартылатын энергия желілеріне интеграция, теңіз жағалау үшін қолданылады. Жоғары көлемдегі инверторлардың басқару стратегиясы татаң, көлік фазасын басқару, ағып қозғалу балансы, сенсорсыз бақылау, және магниттік қысқарту оптимизациясы сияқты маңызды технологиялар қамтиды.

2 6кВ жоғары көлемдегі инверторларда ненормаль ағып қозғалу қателері

Операция уақытында 6кВ жоғары көлемдегі инверторлар көбінесе ағып қозғалу, напряжение және жылуы өсуінен ненормаль ағып қозғалу қателеріне ұшырай алады. Ағып қозғалу қателері адатта іске қосу немесе тез жүк өзгерістері уақытында пайда болады, моменттік ағып қозғалу қуатты мәнінің 2-3 есе жоғары болуы мүмкін. Егер ағып қозғалу 1600А-нан астам 100мс немесе 2000А-нан астам 10мс үстінде болса, инвертор IGBT-лерді блокирау және шығыс контактторын ажырату арқылы аппараттық қорғау қателерін қосады.

Напряжение қателері адатта электр желісіндегі өзгерістер немесе тез жүк өзгерістерінен туындайды. DC автобус напряжениесы өзінің мәні 1.2 есе (1368В) үстінде болғанда программалық напряжение қорғау искен; егер 1.35 есе (1026В) үстінде болса, аппараттық қорғау түзу қателерін қосады. Жылуы өсу қателері көбінесе жылы өрісінде немесе узару режимінде пайда болады. IGBT температурасы 90°С-нан жоғары болғанда немесе радиатор температурасы 70°С-нан жоғары 5 минутқа дейін болғанда, система жылуы өсу предупреждениясын береді; егер температуралар соотвественно 100°С немесе 80°С-ке жетсе, түзу қателері пайда болады. Бұл үш қателердің ортақ өзінің қасиеті - инвертордың өзін-өзі қорғау механизминің искесі, бұл IGBT-лерді блокирау және контактторды ажырату арқылы шығыс қозғалысын тез төмендетеді, бұл мотордың emergent stop және flash fault alarm қателерін пайда етеді.

3 Өзіндік шешімдер
3.1 Ағып қозғалу шектейтін реостат

Ағып қозғалу қателерін шешу үшін инвертор шығысы мен мотор арасына ағып қозғалу шектейтін реостатты параллельді қосу мүмкін. Практикалық өлшеулер бойынша, 6кВ/1500кВА инвертор 380кВ немесе одан жоғары моторды іске қосқанда, моменттік іске қосу ағып қозғалуы өзінің мәнінің 5-8 есе жоғары болуы мүмкін, бұл ағып қозғалу қорғау параметрлерінен әлі де жоғары болады.

Іске қосу ағып қозғалуын басқару үшін 1-3Ω сопротивление және 200-500Вт нақты қуатты спиральді реостат немесе нелинейді цинк оксид варистор қолданылады. Соңғысының солтүстік температуралық сопротивлениясы 100Ω-нан жоғары, бірақ ағып қозғалу өсіп отырғанда тез азаяды, бастапқы ағып қозғалуды өзінің мәнінің 2-3 есе аз айналдыратын. Моторды іске қосу кезінде, инвертор шығыс частотасы 40Гц-ден жоғары болғанда және ағып қозғалу өзінің мәнінен төмен болғанда, реостаттың жаңылғышы 50В-ден төмен болады.

Осы уақытта, байпас контактторы реостатты жылжу үшін қосылады, сондықтан жалғыз қуатты жою қажет. Егер іске қосу кезінде ағып қозғалу өседі, ағып қозғалу трансформаторы 1200А-нан астам мәнді анықтаса, басқару жүйесі предупреждение береді; егер 1500А-ға жетсе, инвертор IGBT-лерді блокирау және байпас контактторын ашу арқылы, ағып қозғалу шектейтін реостатты қайта қосады, ағып қозғалуды тез азайтады. Байпас контактторын қайта жабу арқылы нормалды жұмыс қайта қалыптасады. Бүтін алмастыру процессі 0.5с-тен төмен болады, бұл ағып қозғалу шексіздігін тез азайтады, мотордың плавкалық іске қосуын қамтамасыз етеді, инвертордың итігенділігін әлдеқайда жақсартады.

3.2 Напряжение басқару контуры

Напряжение қателерін басқару үшін DC автобусқа параллельді напряжение басқару контурын қосу мүмкін. Бұл контур негізінен метал оксид варистор (MOV), тез тиристор (GTO) және анықтау контурынан тұрады. Практикалық мәліметтер бойынша, программалық напряжение қорғау қателері, электр желісіндегі өзгерістер 15% немесе жүк өсуінен DC автобус напряжениесы 1300В-ден жоғары болғанда 20мс-тен астам болғанда искеді.

Бұл қателерді басқару үшін TYN-20/141 MOV қолданылады, бұл 1420В тригерлеу напряжениесы, 20кА максималды шығыс ағып қозғалуы, әр бір бірлікке 8800Дж энергия қабылдау қабілеті бар. Автобус напряжениесы 1350В-ден жоғары болғанда, MOV бастапқы энергиян қабылдап, өтуге бастайды; егер напряжение 1400В-ге жетсе, GTO қосылады, тез өту энергиясын резисторға жібереді, бұл напряжение қауіпсіз деңгейге қайта қалыптасады. Анықтау контуры автобус напряжениесын тұрақты түрде қарау жүргізеді.

Егер напряжение 1250В-ден төмен болып, 50мс-тен астам болса, бас тарту сигналы жіберіледі, GTO-ны өтуге болады, нормалды жүйе қалыптасады. Егер автобус напряжениесы 1400В-ден жоғары болып, 100мс-тен астам болса, зор напряжение қателері анықталады, инвертор программалық блокировка режиміне өтуге болады, қайта іске қосу үшін қолмен қайта қосу қажет. Практика бойынша, бұл басқару контуры 6кВ инверторы 35% моменттік напряжение қабылдауға және 100мс ішінде өзінің мәнінің 1.05 есе аз болуына қабылдауға мүмкіндік береді. Жауапкершілік тез және итігенді, тез напряжение қателерін басқару және жүйенің ұзақтығы мен итігенділігін әлдеқайда жақсартады.

3.3 Ағып қозғалу бөлу құрылымы

Жылуы өсу қателерін басқару үшін ағып қозғалу бөлу технологиясын қолдану арқылы IGBT және радиатор сияқты маңызды құрылымдардың жылуын азайту, жылуы өсу қателерін басқару мүмкін.

Соңғы қадамдар әрбір қуатты модулдің DC автобус терминалдарына параллельді 1-2 электролитті конденсатор қосу болып табылады. Конденсаторлар 1000-2200μF қуаттылығы, ≥1600В напряжениесы, ≥100А үнемі ағып қозғалуы бар. Инвертор шығыс ағып қозғалуы өзінің мәнінің 1.2 есе жоғары (мисалы, 900А) болғанда, бұл параллельді конденсаторлар 10%-20% ағып қозғалу бөлу қабілетін қамтамасыз етеді, IGBT-лер арқылы өткен нақты ағып қозғалуды 720-810А-ға төмендетеді. IGBT-лердің жүрім жоғалтуы ағып қозғалуының квадратына пропорционал болғандықтан, бұл әдіс температура өсімді әлдеқайда азайтады.

Формулада: PCPC - IGBT-лердің жүрім жоғалтуы (W); VCEVCE - IGBT-лердің насытылған напряжениесы (V), бұл ағып қозғалу ICIC (A) мен линейлік байланысқа ие; UηUη - IGBT-лердің іске қосу напряжениесы (V); $K$ - IGBT-лердің ағып қозғалу көбейткіші.

Бұл қадамдарды қолдану нәтижесінде IGBT-лердің жүрім жоғалтуы 19%-36% азайып, чип жабыстыру температурасы 10°С-25°С азайады, бұл инвертордың жылуы өсу проблемасын әлдеқайда азайтады.

Сонымен қатар, инвертор радиаторының енгізісі мен шығысында 1-2 электр жұлдызды параллельді қосу, ≥3000 м³/с rated air volume, радиатордың суықтыру эффектін әлдеқайда жақсартады. Контроллер шкафының ішінде 6-8 температура датчиктерін орнату, әртүрлі қуатты модулдер, Mother board, IGBT drive board сияқты құрылымдардың температурасын онлайн қарау үшін. Егер қандай да бір нүктедегі температура 65°С-ден жоғары болса, басқару жүйесі тез қосылып, инвертор басқару модуліне "жүк азайту предупреждение" сигналы жібереді.

Егер температура 75°С-ке жетіп, 10 минутқа дейін қалса, система "жылуы өсу предупреждение" сигналын жібереді, инвертордың максималды шығыс ағып қозғалуын өзінің мәнінің 50% төмендетеді, температура 60°С-ден төмен болғанда, "жылуы өсу предупреждение" қалыптасады.

Егер қандай да бір өлшеу нүктесіндегі температура 85°С-ден жоғары болса, мотор ағып қозғалуы өзінің мәнінің 30% төмен болмаса, инвертор аппараттық блокировку қосады, шығыс қозғалысын тоқтатады. Суықтыру эффектін әлдеқайда жақсарту үшін, әрбір қуатты модулдің IGBT радиаторына графен немесе карбон нанотұбырлар сияқты наноматериалдарды қолдану, бұлардың арқылы IGBT чиптердің жылуын тез қайта өткізуге мүмкіндік береді, бұл чип жабыстыру температурасын азайтады.

4 Өзіндік шешімдердің әсерлілігі
4.1 Эксперименттік дизайн

ZINVERT-6kV/1500kVA интеллектуалды жоғары көлемдегі инвертор эксперименттік нысана ретінде қолданылды, ұсынылған үш өзіндік шешімдердің әсерлілігін тексеру үшін топтық басқару эксперименті өткізілді. Эксперименттер есепке алынған жұмыс шарттарында (электр қатынасы: 6кВ±5%; ауа температурасы: 25°С±2°С; нисбілік тыңдалу: 65%±5%) өткізілді. Эксперимент төрт топқа бөлінген: контроль тобында өзіндік шешімдер қолданылмады; A тобында MSC-500 тез байпас арқылы 2.2Ω/350W ағып қозғалу шектейтін реостат қолданылды; B тобында TYN-20/141 варистор және IXYS-GTO параллельді қосылған, басқару напряжениесы 1420В болған напряжение басқару контуры қолданылды; C тобында 2000μF/1600V электролитті конденсатор (Hitachi HCG сериясы) параллельді қосылған, 3500 м³/с өзгерісші жұлдызды (EBM-W3G450) қосылған, жабыстыру үшін қолданылды.

Әр топ 72 сағатқа дейін тұрақты жұмыс істеді, инвертор шығыс ағып қозғалуы, DC автобус напряжениесы, IGBT чип температурасы сияқты маңызды параметрлер әр 6 сағат сайын өзгерісті қамтамасыз етті. Деректер Fluke 435-II power quality analyzer және HIOKI 8847 data logger арқылы жиналды. Эксперимент уақытында үш типті қателер сценарийлері қайталанылды: іске қосу ағып қозғалуы (8 есе ө