Ilħan tal-Ħalq fil-Konvertur ta' Voltaġġ Alta ta' 6kV

Il-invertitori ta' l-avoltagġ għoli huma dispożitivi kritiċi għal il-kontroll tal-vell ta' moħħijiet ta' korrent alternativ u huma diffuża ħafna fil-kontroll tal-vell ta' moħħijiet ta' avoltagġ għoli u potenza għoli fl-industriji kif is-sollevament, metallurgija, petruļ, u ġenerazzjoni tal-enerġija. Ilmulej, l-invertitori ta' 6kV avoltagġ għoli soliti jexperjenzaw erori mhux normali ta' tripping minħabba fatturi kif is-soġġiġ tal-graforma u l-impatj tal-karika, li jaffettwaw b'mod sostanzjali s-sigurtà u r-reliabbiltà tas-sistemi ta' kontroll tal-vell tal-moħħ.

Biex taseħħ l-operazzjoni stabbili tas-sistemi ta' drive variablu ta' frequenza (VFD) ta' avoltagġ għoli, tneħħil l-effiċjenza industrjali, u tnqas il-konsum tal-enerġija, il-gvern introdise serje ta' poliziji li jagħti inċentivi għall-ristudju u l-applikazzjoni tat-teknoloġija ta' invertitori ta' avoltagġ għoli. Għalhekk, l-analiżi approfondita tal-każijiet ta' tripping mhux normali fil-invertitori ta' 6kV avoltagġ għoli u s-svilupp ta' misures preventivi effettivi huma ta' importanza kbira għall-progess ta' teknoloġija VFD ta' avoltagġ għoli u sustenjanza tal-iżvikonomija industrjali.

1 Panoramika tal-Invertitori ta' 6kV Avoltagġ Għoli

Invertitur ta' 6kV avoltagġ għoli huwa dispożitiv elektroniku ta' potenza għoli li jistenna IGBTs bħala elementi swittandi u jempjega topoloġija multilivel biex jirrealizzaw il-kontroll tal-vell variablu ta' frequenza fuq 6kV jew aktar. L-unitajiet ta' potenza tiegħu soliti jadopjaw sirkit 3L-NPC jew 5L-ANPC, konstrutt mill-kaskada ta' diversi submoduli. Kull submodul jinkludi 6–24 IGBTs u diodi freewheeling, li jġeneraw waveform bil-9–17 livelli, li taqsam sax-xena wara tfiltratura.

Ir-ranġ tipiku tal-kapaċità huwa mid-3000 sa 14,000 kVA, kun livelli ta' avoltagġ li jinkludu 6kV, 10kV, u 35kV. Għal requisiti ta' kapaċità u avoltagġ akbar, se jistenna topoloġija ta' konverter multilevel moduljar (MMC), fejn is-submoduli jimpjegaw strutturi ta' half-bridge jew full-bridge, kun centina ta' submoduli miftuħa għal kull faz, li jippermettu livelli ta' avoltagġ sa 220kV u kapacita ta' unità waħda sa 400 MVA, adattati għal applikazzjonijiet kif it-tieqa tal-graforma tal-enerġija rinnovabbli, l-enerġija tal-wind offshores, u t-trasferiment DC fleksibbli. Il-strategija ta' kontrol tal-invertitori ta' avoltagġ għoli hi komplikata, involvendu tecnoloġiji ħafna importanti kif il-modulazzjoni ta' faza shift tad-daqqa, l-equilibrijum tal-korrent, id-detuzzjoni sensless, u l-ottimizzazzjoni ta' field-weakening.

2 Errorej ta' Tripping Mhux Normali fil-Invertitori ta' 6kV Avoltagġ Għoli

Waqt l-operazzjoni, l-invertitori ta' 6kV avoltagġ għoli soliti jtrippu minħabba kondiżjonijiet mhux normali kif l-overcurrent, l-overvoltage, u l-overheating. L-errorej ta' overcurrent soliti jiġu waqt it-tibdil jew bidla soddiża tal-kariga, meta l-kurrent istantaneu jistenna iżżid 2–3 darba l-valur nominal. Jekk il-kurrent iżżid 1600A għal aktar minn 100ms jew 2000A għal aktar minn 10ms, l-invertitur jblokka l-IGBTs u jinqasam il-kontaktur tal-output, li tgħaddi l-tripping tal-protezzjoni hardware.

L-errorej ta' overvoltage soliti jiġu minħabba soġġiġ tal-graforma jew bidla soddiża tal-kariga. Meta l-voltagg ta' l-bus DC iżżid 1.2 darba l-valur nominal (1368V), protezzjoni software ta' overvoltage tiġi attivata; jekk iżżid 1.35 darba (1026V), protezzjoni hardware tiġi attivata direttament. L-errorej ta' overheating huma ħafna komuni fi ambienti ta' temperatur għoli jew waqt operazzjoni overload pprolungata. Meta l-temperatur tal-IGBT iżżid 90°C jew l-temperatur tal-heatsink iżżid 70°C għal aktar minn 5 minuti, is-sistema tagħtija notifika ta' temperatura għoli; jekk l-temperatur tirraggiung 100°C jew 80°C rispettivament, il-tripping jiġi attivat direttament. Karatteristika komuni ta' dawn is-soddis tre erorijiet huwa l-attivazzjoni tal-mecha ta' protezzjoni tal-invertitur, li qassar rapidament l-output bill-blokk ta' l-IGBTs u l-qassar tal-kontaktur, li jirresulta fenomeni kif l-stoppage tal-moħħ emergenza u l-notifikar tal-alarma tal-eror.

3 Misures Preventivi
3.1 Reżistor ta' Limitazzjoni tal-Kurrent

Biex jindirizzaw l-errorej ta' overcurrent, reżistor ta' limitazzjoni tal-kurrent jista' jiġi mekkes fit-tisil fil-post bejn l-output tal-invertitur u l-moħħ. Il-misuramenti fuq is-sit wera li meta invertitur ta' 6kV/1500kVA jibda moħħ ta' 380kW jew akbar, il-kurrent ta' tibdil istantaneu jista' jirraggiung 5–8 darba l-kurrent nominal, far ħafna ammont tal-setta ta' protezzjoni ta' overcurrent.

Biex isirpressaw il-kurrent ta' tibdil, jista' jiġu emplikati reżistor ta' wire-wound jew varistor non-linear ta' ossido ta' zink b'resistenza ta' 1–3Ω u potenza nominal ta' 200–500W. Il-lanqas jandir b'resistenza kold stat superiur ta' 100Ω u nqas rapidament meta l-kurrent jiżdied, limitand il-kurrent ta' tibdil massimu għal 2–3 darba l-kurrent nominal. Waqt ibda tal-moħħ, meta l-frequenza tal-output tal-invertitur tiġi superjur minn 40Hz u l-kurrent inqas minn l-kurrent nominal, l-voltagg ta' l-reżistor ikun inqas minn 50V.

Fl-ħin da, kontaktur ta' bypass jishorta l-reżistor biex jiviti l-poter kontinwu. Jekk jkun hemm surġ ta' kurrent waqt tibdil, meta l-transformatur ta' kurrent jiddetekja valur superjur minn 1200A, is-sistema ta' kontrol tagħtija notifika; jekk irraggiung 1500A, l-invertitur jblokka l-IGBTs u jaftaxx il-kontaktur ta' bypass, b'trif il-reżistor ta' limitazzjoni tal-kurrent biex jinħales rapidament il-kurrent. Il-kontaktur ta' bypass jiġi rikkonektat biex jirrestawru l-operazzjoni normali. L-intera proċess ta' swittan taqbel inqas minn 0.5s, effettivament isirpress kurrent spikes, assicura tibdil moħħ mogħti, u mraffixa r-reliabbiltà tal-invertitur.

3.2 Sirkit ta' Clamping tal-Voltagg

Biex isirpressaw l-errorej ta' overvoltage, sirkit ta' clamping tal-voltagg jista' jiġi mekkes fit-tisil mal-bus DC. Dan is-sirkit konsisti primarjament minn varistor ta' ossidu metaliku (MOV), thyristor velos (GTO), u sirkit ta' detuzzjoni. Id-data fuq is-sit wera li protezzjoni software ta' overvoltage tiġi attivata meta l-voltagg tal-graforma jiżdied iktar minn 15% jew meta l-nqas tal-kariga jiġi provocat biex l-voltagg tal-bus DC iżżid 1300V għal aktar minn 20ms.

Biex jpreveniw dan l-errorej, jista' jiġi emplikat MOV TYN-20/141, b'voltagg ta' trigger ta' 1420V, kurrent massimu ta' discharge ta' 20kA, u kapacita ta' absorzzjoni ta' enerġija ta' 8800J għal kull unita. Meta l-voltagg tal-bus iżżid 1350V, il-MOV ibda jkonduċi u jassorbji l-enerġija eżcessiva; jekk l-voltagg jiżdied sa 1400V, il-GTO jiġi attivat, divirtend rapidament l-enerġija ta' overvoltage fi reżistor biex irrestawru l-voltagg għal livell sigur. Is-sirkit ta' detuzzjoni jmonitorja kontinwament il-voltagg tal-bus.

Meta l-voltagg inqas sa 1250V u jibqa' hawnhekk għal 50ms, segnal ta' release jiġi invja, jiffaċċil il-GTO u jirrestawru l-operazzjoni normali tas-sistema. Jekk l-voltagg tal-bus jiżdied u jibqa' superjur minn 1400V għal aktar minn 100ms, jidentifika l-errorej ta' overvoltage sever, u l-invertitur jintroduċi f'stat ta' lockout software, bl-ebda reset manwal qabel ir-ristart. Il-prattika turi li b'dan is-sirkit ta' clamping, invertitur ta' 6kV jista' jissostien 35% ta' overvoltage instantanju u jsirpress l-overvoltage għal 1.05 darba l-voltagg nominal f'100ms. Ir-risposta hija veloċi u affidabbli, effettivament prevenint l-errorej ta' tripping ta' overvoltage frequenti u mraffixa konsiderabilment il-kontinuità u r-reliabbiltà tas-sistema.

3.3 Disinn ta' Sharing tal-Kurrent

Biex jindirizzaw l-errorej ta' overheating, teknoloġija ta' sharing tal-kurrent tista' jiġi emplikata biex tinqas il-ġenerazzjoni ta' ħalijiet fi komponenti kritiċi kif l-IGBTs u l-heatsinks, prevenint l-errorej ta' tripping termali.

Misuri speċifiċi inklużu l-konezzjoni ta' 1–2 kapasituri elettrolitici fit-tisil mal-terminali positivi u negativi tal-bus DC ta' kull unita ta' potenza. Il-kapasituri għandhom jinkludu kapasità ta' 1000–2200µF, voltagg nominal ≥1600V, u ripple current kontinwu ≥100A. Meta l-kurrent tal-output tal-invertitur iżżid 1.2 darba l-kurrent nominal (pereżempju, 900A), dawn il-kapasituri paralelli jistgħu jipprovvedu kapacità ta' sharing tal-kurrent ta' 10%–20%, inqas il-kurrent reali tal-IGBTs għal 720–810A. F'dan il-kontest, l-perditi ta' konduzzjoni tal-IGBT huma proporzjonali għal l-kwadrat tal-kurrent, dan l-approċċ effettivament inqas il-aument tal-temperatur.

Fil-formula: PCPC huwa l-perdita ta' konduzzjoni tal-IGBT (W); VCEVCE huwa l-voltagg ta' saturazzjoni tal-IGBT (V), li għandu relazzjoni linjari mal-kurrent ICIC (A); UηUη huwa l-voltagg ta' switch-on tal-IGBT (V); $K$ huwa l-fattur ta' amplifikazzjoni tal-kurrent tal-IGBT.

Jistgħu jmur li wara l-misuri ta' shunt, l-perdita ta' konduzzjoni tal-IGBT tista' tinqas bi 19% sa 36%, u l-temperatur tal-junġj ta' l-IGBT tista' tinqas bi 10°C sa 25°C, bl-għal li jirraffixaw b'mod konsiderabil il-problema tal-ħalijiet tal-invertitur.

L-ebda, installa 1 sa 2 ventilatori elettriku fit-tisil mal-ingress u l-użu tal-heatsink tal-invertitur, b'volūm nominal ≥ 3000 m³/h, li jistgħu jirraffixaw l-efficacia tal-rifreskament tal-heatsink. Installa 6 sa 8 sensors ta' temperatur fil-kabinet ta' kontrol biex jmonitorja l-temperaturi diversi ta' l-unitajiet ta' potenza, Mother board, board ta' driv tal-IGBT, etċ., fit-tagħlim. Meta l-temperatur ta' quddiem punt iżżid 65°C, is-sistema ta' kontrol timmeta l-ventilatur fuq il-vell massimu u tintbagħal segnal ta' "warning ta' reduzzjoni tal-kariga" għal l-unità ta' kontrol tal-invertitur.

Jekk l-temperatur tkompla tniżżel sa 75°C u tbqa' hawnhekk għal aktar minn 10 minuti, is-sistema tintbagħal segnal ta' "alarm ta' over-temperature", limitand il-kurrent massimu tal-output tal-invertitur għal inqas minn 50% tal-kurrent nominal sakemm l-temperatur ma tinqas inqas minn 60°C, meta l-"alarm ta' over-temperature" jiġi sollevat.

Jekk l-temperatur ta' quddiem punt iżżid 85°C u l-kurrent tal-moħħ ma inqas inqas minn 30% tal-kurrent nominal, l-invertitur jblokka l-hardware u jstoppa l-output immediatament. Biex jirraffixaw l-efficacia tal-rifreskament, applika materiali nanometri kif il-graphene jew carbon nanotubes fuq l-heatsinks tal-IGBT ta' kull unita ta' potenza, utilizzand il-kanalità termika ultra-alt tal-materiali biex jacceleraw l-dispersjoni tal-ħalijiet tal-chips tal-IGBT, bl-għal li jinqasu l-temperatur tal-junġj.

4 Efficacia tal-Misuri Preventivi
4.1 Disinn Eksperimentali

L-intelligent high-voltage inverter ZINVERT-6kV/1500kVA ġie emplikat bħal objettiv ta' prova, u esperiment gruppjal ta' kontrol ġie effettwat biex jiverifikaw l'efficacia tal-tliet misuri preventivi proposti. L-esperimenti ġew effettwati taħt kondizzjonijiet nominali (voltagg tal-input: 6kV±5%; temperatur ambjent: 25°C±2°C; umidità relatattiva: 65%±5%). L-esperiment ġie diviż fil-grupp tal-kontroll, li ma emplika l-ebda misur preventiv; Grupp A emplika reżistor ta' limitazzjoni tal-kurrent ta' 2.2Ω/350W b'kontaktur ta' bypass MSC-500 velos; Grupp B emplika sirkit ta' clamping tal-voltagg format mill-varistor TYN-20/141 u IXYS-GTO fit-tisil, b'voltagg ta' clamping settat għal 1420V; Grupp C emplika kapasituri elettrolitici ta' 2000µF/1600V (serie Hitachi HCG) fit-tisil għal sharing tal-kurrent, kombinat b'ventilatur ta' vell varjabbli ta' 3500 m³/h (EBM-W3G450) għal rifreskament forzat.

Kull grupp operaw kontinwament għal 72 oră, b'parametri kritiċi kif l-kurrent tal-output tal-invertitur, l-voltagg tal-bus DC, u l-temperatur tal-junġj tal-IGBT, registrati kull 6 orħ. Id-data ġiet kolletta bl-użu ta' Fluke 435-II power quality analyzer u HIOKI 8847 data logger. Waqt l-esperiment, ħafna situazzjonijiet ta' erori tipiku ġew simulati: inrush ta' overcurrent (8 darba l-kurrent nominal / 0.5s), fluktuazzjoni tal-voltagg tal-graforma (+20% / 1s), u operazzjoni ta' kariga kollha (temperatur ambjent 35°C / 2h). Il-setup ta' l-esperiment huwa turi f'Figura 1.

4.2 Analisi tal-Risultati

Doppo 72 orħ ta' operazzjoni kontinwa, id-data mill-grupp tal-kontroll u mill-grupp eksperimentali ġiet kolletta u analizzata, b'risultati presentati ftabel 1. Il-grupp tal-kontroll espjerienza tripping taħt kull tri kondizzjonijiet ta' erori, waqt illi l-grupp eksperimentali mal-misuri preventivi demonstraraw suppressjoni ta' erori effettiva. Fil-Grupp A, il-kurrent ta' tibdil massimu inqas minn 7.8 għal 2.2 darba l-kurrent nominal, effettivament prevenint l-errorej ta' tripping ta' overcurrent.

Fil-Grupp B, is-sirkit ta' clamping tal-voltagg limita l-fluktuazzjoni massima tal-voltagg tal-bus DC għal 1368V, ben inqas mill-limit ta' protezzjoni ta' 1420V. Fil-Grupp C, il-kombinazzjoni ta' sharing tal-kurrent u rifreskament forzat mantenne l-temperatur massima tal-junġj tal-IGBT inqas minn 87.5°C, ben inqas mill-limit ta' tripping ta' 100°C. Fuqr id-diġà, it-temps ta' risposta ta' l-utli tliet misuri preventivi kien inqas minn 100ms, satisfan ir-reqwisit għall-protezzjoni veloċi. Ma kien hemm l-ebda triggering fals waqt l-esperiment, indikanti performanza stabili u affidabbli tas-sistema.

5 Konklussjoni

Dan l-istudju analizza sistematikament il-każijiet ta' tripping mhux normali fil-invertitori ta' 6kV avoltagġ għoli u proposa misuri preventivi mirati. Ir-riżultati tal-esperiment konfermu li r-reżistor ta' limitazzjoni tal-kurrent kontrolja effettivament il-kurrent ta' inrush, is-sirkit ta' clamping tal-voltagg isirpress b'mod significativ il-overvoltage tal-bus DC, u l-kombinazzjoni ta' sharing tal-kurrent u rifreskament forzat inqasaw b'mod konsiderabil ir-riskju ta' overheating tal-IGBT, bl-għal li jirraffixaw l-affidabilità overall tas-sistema.