6kV హైవాల్టేజ్ ఇన్వర్టర్లో ట్రిప్పింగ్ ని నివారించడం

హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్లు AC మోటార్ స్పీడ్ కంట్రోల్ కోసం కీలకమైన పరికరాలు మరియు లిఫ్టింగ్, మెటలర్జి, చమురు మరియు విద్యుత్ ఉత్పత్తి వంటి పరిశ్రమలలో హై-పవర్, హై-వోల్టేజి మోటార్ స్పీడ్ రెగ్యులేషన్ అనువర్తనాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. అయితే, గ్రిడ్ కంపనాలు మరియు లోడ్ ప్రభావాలు వంటి కారణాల కారణంగా, 6kV హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్లు నడుస్తున్నప్పుడు సాధారణేతర డ్రైవ్ ట్రిప్పింగ్ లోపాలను ఎదుర్కొంటాయి, ఇది మోటార్ స్పీడ్ కంట్రోల్ సిస్టమ్ల సురక్షితత్వం మరియు నమ్మదగినతను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.

హై-వోల్టేజి వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్ (VFD) సిస్టమ్ల స్థిరమైన పనితీరును నిర్ధారించడానికి, పారిశ్రామిక సమర్థతను పెంచడానికి మరియు శక్తి వినియోగాన్ని తగ్గించడానికి, ప్రభుత్వం హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్ సాంకేతికతపై పరిశోధన మరియు దాని అనువర్తనాన్ని ప్రోత్సహించడానికి సంబంధించిన ప్రమాదాల శ్రేణిని ప్రవేశపెట్టింది. అందువల్ల, 6kV హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్లలో సాధారణేతర ట్రిప్పింగ్ లోపాల కారణాల లోతైన విశ్లేషణ మరియు సమర్థవంతమైన నిరోధక చర్యలను అభివృద్ధి చేయడం హై-వోల్టేజి VFD సాంకేతికతను ముందుకు తీసుకురావడానికి మరియు పారిశ్రామిక ఆర్థిక వృద్ధిని కొనసాగించడానికి పెద్ద ప్రాముఖ్యత కలిగి ఉంటుంది.

1 6kV హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్ల అవలోకనం

6kV హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్ అనేదు 6kV మరియు అంతకంటే ఎక్కువ వోల్టేజి వద్ద వేరియబుల్-ఫ్రీక్వెన్సీ స్పీడ్ కంట్రోల్ సాధించడానికి IGBTలను స్విచింగ్ మూలకాలుగా ఉపయోగించి, మల్టీలెవల్ టాపాలజీని ఉపయోగించే హై-పవర్ పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరం. దీని పవర్ యూనిట్లు సాధారణంగా మూడు-స్థాయి న్యూట్రల్-పాయింట్-క్లాంప్డ్ (3L-NPC) లేదా ఐదు-స్థాయి యాక్టివ్ న్యూట్రల్-పాయింట్-క్లాంప్డ్ (5L-ANPC) సర్క్యూట్లను అనుసరిస్తాయి, ఇవి అనేక సబ్‌మాడ్యూల్స్ ని కాస్కేడింగ్ ద్వారా నిర్మించబడతాయి. ప్రతి సబ్‌మాడ్యూల్ 6–24 IGBTలు మరియు ఫ్రీవీలింగ్ డయోడ్లను కలిగి ఉంటుంది, 9–17 స్థాయిలతో ఒక సోపానం తరంగాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది ఫిల్టరింగ్ తర్వాత సైన్ తరంగానికి దగ్గరగా ఉంటుంది.

సాధారణ సామర్థ్యం 3000 నుండి 14,000 kVA వరకు ఉంటుంది, వోల్టేజి స్థాయిలు 6kV, 10kV మరియు 35kV కవర్ చేస్తాయి. ఎక్కువ సామర్థ్యం మరియు వోల్టేజి అవసరాలకు, మాడ్యులర్ మల్టీలెవల్ కన్వర్టర్ (MMC) టాపాలజీ ఉపయోగించవచ్చు, ఇక్కడ సబ్‌మాడ్యూల్స్ హాఫ్-బ్రిడ్జ్ లేదా ఫుల్-బ్రిడ్జ్ నిర్మాణాలను ఉపయోగిస్తాయి, ప్రతి దశకు వందల సబ్‌మాడ్యూల్స్ పేరుకుపోతాయి, ఇది 220kV వరకు వోల్టేజి స్థాయిలను మరియు సింగిల్-యూనిట్ సామర్థ్యం 400 MVA వరకు సాధించడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది పునరుత్పాదక శక్తి గ్రిడ్ ఇంటిగ్రేషన్, ఓఫ్‌షోర్ విండ్ పవర్ మరియు ఫ్లెక్సిబుల్ DC ట్రాన్స్మిషన్ వంటి అనువర్తనాలకు అనువుగా ఉంటుంది. హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్ల నియంత్రణ వ్యూహం సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది, క్యారియర్ ఫేజ్-షిఫ్టెడ్ మాడ్యులేషన్, కరెంట్ బ్యాలెన్సింగ్, సెన్సార్‌లెస్ డిటెక్షన్ మరియు ఫీల్డ్-వీకెనింగ్ ఆప్టిమైజేషన్ వంటి కీలక సాంకేతికతలను పొంది ఉంటుంది.

2 6kV హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్లలో సాధారణేతర డ్రైవ్ ట్రిప్పింగ్ లోపాలు

పనిచేసే సమయంలో, 6kV హై-వోల్టేజి ఇన్వర్టర్లు ఓవర్‌కరెంట్, ఓవర్‌వోల్టేజి మరియు ఓవర్ హీటింగ్ వంటి అసాధారణతల కారణంగా తరచుగా ట్రిప్ అవుతాయి. ఓవర్‌కరెంట్ లోపాలు సాధారణంగా ప్రారంభంలో లేదా అకస్మాత్తుగా లోడ్ మార్పుల సమయంలో సంభవిస్తాయి, ఇక్కడ తాత్కాలిక కరెంట్ రేట్ చేయబడిన విలువ కంటే 2–3 రెట్లు మించిపోయే అవకాశం ఉంటుంది. కరెంట్ 100ms కంటే ఎక్కువ సమయం పాటు 1600A లేదా 10ms కంటే ఎక్కువ సమయం పాటు 2000A మించితే, ఇన్వర్టర్ తక్షణమే IGBTలను బ్లాక్ చేసి, అవుట్‌పుట్ కాంటాక్టర్‌ను డిస్ కనెక్ట్ చేసి, హార్డ్‌వేర్ ప్రొటెక్షన్ ట్రిప్పింగ్ ను ట్రిగ్గర్ చేస్తుంది.

ఓవర్ వోల్టేజి లోపాలు

వోల్టేజి 1250V కంటే తక్కువగా ఉండి 50ms పాటు అలాగే ఉంటే, ఒక రిలీజ్ సిగ్నల్ పంపబడుతుంది, GTO ఆఫ్ చేయబడుతుంది మరియు సాధారణ సిస్టమ్ ఆపరేషన్ పునరుద్ధరించబడుతుంది. బస్ వోల్టేజి 1400V కంటే ఎక్కువగా 100ms కంటే ఎక్కువ సమయం పాటు ఉంటే, తీవ్రమైన ఓవర్‌వోల్టేజి లోపం గుర్తించబడుతుంది మరియు ఇన్వర్టర్ సాఫ్ట్‌వేర్ లాకౌట్ స్థితికి వెళుతుంది, పునఃప్రారంభానికి ముందు మాన్యువల్ రీసెట్ అవసరం. ఈ క్లాంపింగ్ సర్క్యూట్ తో, 6kV ఇన్వర్టర్ 35% క్షణిక ఓవర్‌వోల్టేజిని తట్టుకోగలదు మరియు 100ms లోపు ఓవర్‌వోల్టేజిని నామినల్ వోల్టేజిలో 1.05 రెట్లు లోపు నియంత్రించగలదు. ప్రతిస్పందన వేగంగా మరియు విశ్వసనీయంగా ఉంటుంది, తరచుగా ఏర్పడే ఓవర్‌వోల్టేజి ట్రిప్పింగ్ ను సమర్థవంతంగా నివారిస్తుంది మరియు సిస్టమ్ సాంతత్యం మరియు విశ్వసనీయతను గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది.

3.3 కరెంట్-షేరింగ్ డిజైన్

ఓవర్‌హీటింగ్ లోపాలను పరిష్కరించడానికి, IGBTలు మరియు హీట్ సింక్‌ల వంటి ప్రధాన భాగాలలో ఉష్ణ ఉత్పత్తిని తగ్గించడానికి కరెంట్-షేరింగ్ సాంకేతికతను ఉపయోగించవచ్చు, థర్మల్ ట్రిప్పింగ్ ను నివారిస్తుంది.

ప్రతి పవర్ యూనిట్ యొక్క పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ DC బస్ టెర్మినల్స్ మధ్య 1–2 ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్లను సమాంతరంగా కలపడం ద్వారా నిర్దిష్ట చర్యలు ఉంటాయి. కెపాసిటర్లు 1000–2200μF కెపాసిటెన్స్, వోల్టేజి రేటింగ్ ≥1600V, మరియు నిరంతర రిపుల్ కరెంట్ ≥100A కలిగి ఉండాలి. ఇన్వర్టర్ అవుట్‌పుట్ కరెంట్ నామినల్ విలువ కంటే 1.2 రెట్లు ఎక్కువ (ఉదా: 900A) ఉన్నప్పుడు, ఈ సమాంతర కెపాసిటర్లు 10%–20% కరెంట్ షేరింగ్ సామర్థ్యాన్ని అందించగలవు, IGBTల ద్వారా వచ్చే వాస్తవ కరెంట్‌ను 720–810A కి తగ్గిస్తుంది. IGBT కండక్షన్ నష్టాలు కరెంట్ యొక్క వర్గానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటాయి, కాబట్టి ఈ విధానం సమర్థవంతంగా ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలను తగ్గిస్తుంది.

సూత్రంలో: PCPC అనేది IGBT కండక్షన్ నష్టం (W); VCEVCE అనేది IGBT సంతృప్తి వోల్టేజి (V), ఇది కరెంట్ ICIC (A) తో రేఖీయ సంబంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది; UηUη అనేది IGBT యొక్క టర్న్-ఆన్ వోల్టేజి (V); $K$ అనేది IGBT యొక్క కరెంట్ పెంపు కారకం.

షంట్ చర్యలు తీసుకున్న తర్వాత, IGBT యొక్క కండక్షన్ నష్టం 19% నుండి 36% వరకు తగ్గించవచ్చని, చిప్ జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రత 10°C నుండి 25°C వరకు తగ్గుతుందని చూడవచ్చు, దీని వల్ల ఇన్వర్టర్ యొక్క హీటింగ్ సమస్య గణనీయంగా తగ్గుతుంది.

అదనంగా, ఇన్వర్టర్ హీట్ సింక్ యొక్క ఇన్‌లెట్ మరియు అవుట్‌లెట్ వద్ద 1 నుండి 2 ఎలక్ట్రిక్ ఫ్యాన్లను సమాంతరంగా ఇన్‌స్టాల్ చేయండి, నామినల్ గాలి సామర్థ్యం ≥ 3000 m³/h, ఇది హీట్ సింక్ యొక్క కూలింగ్ ప్రభావాన్ని సమర్థవంతంగా పెంచుతుంది. కంట్రోల్ క్యాబినెట్ లోపల 6 నుండి 8 ఉష్ణోగ్రత సెన్సార్లను ఏర్పాటు చేసి, వివిధ పవర్ యూనిట్లు, మదర్ బోర్డ్, IGBT డ్రైవ్ బోర్డ్ మొదలైన వాటి ఉష్ణోగ్రతలను నిజ సమయంలో పర్యవేక్షించండి. ఏదైనా ఒక పాయింట్ ఉష్ణోగ్రత 65°C ను దాటితే, కంట్రోల్ సిస్టమ్ వెంటనే ఎలక్ట్రిక్ ఫ్యాన్‌ను పూర్తి వేగంతో ప్రారంభిస్తుంది మరియు ఇన్వర్టర్ కంట్రోల్ యూనిట్‌కు "లోడ్ తగ్గింపు హెచ్చరిక" సిగ్నల్‌ను పంపుతుంది.

ఉష్ణోగ్రత 75°C కి చేరుకుని 10 నిమిషాలకు పైగా కొనసాగితే, సిస్టమ్ "ఓవర్-టెంపరేచర్ అలారం" సిగ్నల్ ని జారీ చేస్తుంది, ఇన్వర్టర్ యొక్క గరిష్ఠ అవుట్‌పుట్ కరెంట్ ని నామినల్ విలువ కంటే తక్కువ 50% కి పరిమితం చేస్తుంది, ఉష్ణోగ్రత 60°C కిందకు పడే వరకు, ఆ సమయంలో "ఓవర్-టెంపరే

ప్రతి సమూహం 72 గంటల వ్యవధిలో నిరంతరం పనిచేశారు, అందులో కీయ్ ప్రమాణాలు - ఉదాహరణకు, ఇన్వర్టర్ ఆవర్ట్ ప్రవాహం, డీసీ బస్ వోల్టేజ్, మరియు IGBT జంక్షన్ టెంపరేచర్ - ప్రతి 6 గంటలకు రికార్డ్ చేయబడ్డాయి. డేటాను ఫ్ల్యూక్ 435-II పవర్ క్వాలిటీ ఏనాలైజర్ మరియు HIOKI 8847 డేటా లాగర్ ద్వారా సేకరించబడింది. ప్రయోగంలో, మూడు టైపికల్ ఫాల్ట్ సెనరియాలు సమీకరించబడ్డాయి: ఇన్రష్ ఓవర్కరెంట్ (8 రేటెడ్ కరెంట్ / 0.5s), గ్రిడ్ వోల్టేజ్ ఫ్లక్చ్యుయేషన్ (+20% / 1s), మరియు ఫుల్-లోడ్ ఓపరేషన్ (పరిసర టెంపరేచర్ 35°C / 2h). ప్రయోగ సెటప్ ఫిగర్ 1లో చూపబడింది.

4.2 ఫలిత విశ్లేషణ

72 గంటల నిరంతర పని తర్వాత, నాలుగు సమూహాల నుండి డేటాను సేకరించి విశ్లేషించారు, ఫలితాలను టేబుల్ 1లో ప్రస్తారం చేశారు. నయం సమూహం మూడు ఫాల్ట్ పరిస్థితుల అన్నింటిలో ట్రిప్పింగ్ అనుభవించింది, వైపు ప్రయోగాత్మక సమూహాలు ప్రతిరోధ చర్యలతో ప్రభావకరంగా ఫాల్ట్ నియంత్రణం చేశాయి. గ్రూప్ Aలో, పీక్ స్టార్టింగ్ కరెంట్ 7.8 నుండి 2.2 రేటెడ్ విలువకు తగ్గించబడింది, ఇది ఓవర్కరెంట్ ట్రిప్పింగ్ ని ప్రభావకరంగా నివారించింది.

గ్రూప్ Bలో, వోల్టేజ్ క్లాంపింగ్ సర్క్యూట్ అత్యధిక డీసీ బస్ వోల్టేజ్ ఫలకాన్ని 1368V వరకు ఎదుర్కొన్నది, ఇది 1420V ప్రోటెక్షన్ థ్రెషోల్డ్ కంటే చాలా తక్కువ. గ్రూప్ Cలో, కరెంట్ షెరింగ్ మరియు ఫోర్సెడ్ కూలింగ్ సంయోజనం అత్యధిక IGBT జంక్షన్ టెంపరేచర్ను 87.5°C కంటే తక్కువ మార్గంలో నిలిపించింది, ఇది 100°C ట్రిప్పింగ్ థ్రెషోల్డ్ కంటే చాలా తక్కువ. అదృశ్యంగా, మూడు ప్రతిరోధ చర్యల ప్రతికృయా సమయం 100ms లోపు ఉంది, ఇది వేగంగా ప్రోటెక్షన్ అవసరాన్ని తీర్చుకుంది. ప్రయోగంలో ఏ ఫాల్స్ ట్రిగరింగ్ కూడా జరిగలేదు, ఇది స్థిరమైన మరియు నమోదయ్యే సిస్టమ్ ప్రఫోర్మన్స్ చూపింది.

5 నివేదిక

ఈ అధ్యయనం 6kV హైవాల్టేజ్ ఇన్వర్టర్లో అనోమల్ ట్రిప్పింగ్ కారణాలను వ్యవస్థితంగా విశ్లేషించి, లక్ష్యాన్విత ప్రతిరోధ చర్యలను ప్రతిపాదించింది. ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు కరెంట్-లిమిటింగ్ రెజిస్టర్ ఇన్రష్ కరెంట్‌ని ప్రభావకరంగా నియంత్రించేందుకు, వోల్టేజ్ క్లాంపింగ్ సర్క్యూట్ డీసీ బస్ ఓవర్వోల్టేజ్‌ను మెరుగుపరచుకుందని, కరెంట్ షెరింగ్ మరియు ఫోర్సెడ్ కూలింగ్ సంయోజనం IGBT ఓవర్హీటింగ్ జోక్కో ప్రభావాన్ని చాలా తగ్గించుకుందని నిరూపించింది, ఇది సిస్టమ్ యొక్క మొత్తం నమోదయ్యేతనాన్ని పెంచుకుంది.