SIEMENS 430/440 ИНВЕРТЕР/КОНВЕРТЕР ДРИВЕР ПЛАТА

Siemens A5E00825002 | Плата привода IGD1/R3-BGR с выходными модулями IGBT — 480 В / 650 В постоянного тока / 260 А

Номер детали: A5E00825002

Производитель: Siemens AG (Германия)

Тип продукта: Плата привода — драйвер затвора IGBT IGD1/R3-BGR с выходными модулями

Семейство продуктов: MICROMASTER 440 / MICROMASTER 430 (MM440 / MM430) 

Обзор

A5E00825002 — это плата привода IGD1/R3-BGR — драйвер затвора IGBT первого поколения в сборе с выходными модулями IGBT — для приводов переменного тока Siemens MICROMASTER 440 и MICROMASTER 430 мощностью 110 кВт.

Эта плата является сердцем силовой части MM440 при данной мощности: она содержит схему драйвера затвора, которая управляет включением IGBT инвертора, путь измерения тока, который передает обратную связь в алгоритм векторного управления привода, и сами модули IGBT, которые осуществляют фактическое высокомощное переключение переменного тока.

Привод MICROMASTER 440 мощностью 110 кВт (6SE6440-2UD41-1FA1 и аналогичные) используется в самых требовательных промышленных приложениях с непрерывным режимом работы — больших компрессорах, тяжелых конвейерах, центрифугах, промышленных вентиляторах и технологических насосах, где привод работает в течение длительного времени близко к номинальной мощности.

При такой мощности физический размер драйвера затвора IGBT и узла модуля значительно увеличивается по сравнению с вариантами MM440 меньшей мощности.

A5E00825002 отражает это: форм-фактор R3-BGR представляет собой более крупный и массивный узел, чем платы серии R, используемые в меньших типоразмерах.

Суффикс "BGR" в обозначении R3-BGR указывает на конкретную ревизию платы для данной комбинации IGBT и номинального тока.

Он отличает эту плату от тесно связанной с ней A5E00825001 — которая используется для варианта 210 А при том же напряжении шины 480 В/650 В постоянного тока — подтверждая, что номинальный ток 260 А специфичен для A5E00825002, и эти две платы не взаимозаменяемы.

Ключевые характеристики

IGD1 — драйвер затвора IGBT первого поколения

Обозначение IGD1 указывает на то, что эта плата относится к первому поколению серии драйверов затвора IGBT (IGD) компании Siemens для приводов SINAMICS и MICROMASTER.

Поколение IGD1 заложило фундаментальную архитектуру, которая позже развилась в IGD2, используемый в платформах шасси SINAMICS S120 и SINAMICS G120.

IGD1 функционирует так же, как и более поздние поколения: он получает команды ШИМ-переключения от блока управления привода через оптоволоконные линии, генерирует импульсы затвора для каждой из шести позиций IGBT в трехфазном мосту и контролирует каждый IGBT на предмет насыщения (обнаружение перегрузки по току) через обратный путь драйвера затвора.

Оптоволоконная линия связи между платой управления и IGD1 обеспечивает гальваническую развязку между низковольтной управляющей электроникой и высоковольтной силовой частью — при напряжении шины 650 В постоянного тока эта развязка необходима для безопасности и предотвращения распространения высокочастотных коммутационных шумов в управляющую электронику.

A5E00825002 включает оптоволоконный интерфейс для этого канала связи как часть узла печатной платы.

Модуль IGBT FS450R12KE3-S1 при 260 А

FS450R12KE3-S1 — это полный трехфазный мостовой модуль IGBT, рассчитанный на непрерывный ток 450 А (напряжение VCES 1200 В), используемый в A5E00825002 при сниженном рабочем токе 260 А. Это снижение номинальных характеристик является преднамеренным — работа модуля ниже его пикового номинального тока продлевает срок службы по тепловым параметрам, уменьшает колебания температуры перехода во время переходных нагрузок и обеспечивает запас против кратковременных перегрузок в рамках 150% перегрузочной способности MM440 в течение 60 секунд.

При входном напряжении 480 В переменного тока напряжение шины постоянного тока составляет примерно 650 В постоянного тока.

Напряжение VCES 1200 В модуля FS450R12KE3-S1 обеспечивает достаточный запас по напряжению при этом напряжении шины, учитывая пиковые напряжения при выключении, генерируемые выходным реактором привода и индуктивностями кабелей.

Siemens специально выбрал устройство на 1200 В для этого напряжения шины именно потому, что запас по безопасности при номинальных выходных условиях привода необходим для длительного срока службы IGBT.

Ошибка F022 и A5E00825002

Код ошибки MM440 F022 — указывающий на ошибку оптоволоконного интерфейса между платой управления и платой IGD — является одним из наиболее распространенных кодов ошибок, связанных с A5E00825002 в эксплуатации.

Когда эта ошибка появляется в MM440 мощностью 110 кВт, блок управления привода теряет связь с платой драйвера затвора через оптоволоконное соединение. Перед заменой платы осмотрите оптоволоконные кабели между A5E00825002 и платой управления: проверьте наличие оборванных волокон, загрязненных разъемов или кабелей, которые были согнуты достаточно сильно, чтобы треснуть волокно. 

Поврежденное волокно встречается гораздо чаще, чем фактический отказ платы, как причина F022.

Если оптоволоконные соединения исправны и ошибка F022 сохраняется, то схема драйвера затвора на самой A5E00825002 вышла из строя, и требуется замена платы.

Часто задаваемые вопросы

В1: Привод MM440 мощностью 110 кВт показывает F022 (ошибка оптоволоконной платы). Плата A5E00825002 была визуально осмотрена, видимых повреждений нет. Что следует проверить перед заменой платы?

Ошибка F022 при отсутствии видимых физических повреждений почти всегда связана с оптоволоконным кабелем, а не с отказом платы. Отсоедините каждый оптоволоконный кабель от разъемов A5E00825002 и от разъемов платы управления. Осмотрите концы кабеля при ярком освещении — ищите загрязнения, трещины на пластиковой оболочке волокна или обесцвечивание на кончике.

Проверьте передачу каждого кабеля с помощью простого источника светодиода и приемника, если они доступны. Замените любой подозрительный кабель. Подключите и включите питание, прежде чем делать вывод о выходе из строя платы A5E00825002.

В2: Плата A5E00825002 рассчитана на 260 А, но IGBT FS450R12KE3-S1 рассчитан на 450 А. Почему такая большая разница?

Номинальный ток 450 А для IGBT — это пиковый или абсолютный максимальный ток коллектора в импульсном режиме при контролируемой температуре корпуса. В непрерывной, ограниченной тепловыми условиями среде закрытого шкафа привода, с учетом потерь на переключение от ШИМ на несущей частоте привода и перегрузочной способности привода, практический непрерывный ток от этого модуля значительно ниже.

Номинальный непрерывный ток 260 А для A5E00825002 — это тепловая устойчивость при номинальных условиях окружающей среды для шасси привода MM440, учитывающая все эти факторы. Запас между 260 А и 450 А обеспечивает запас для 150% перегрузки привода и для долговечности модуля.

В3: Можно ли использовать плату A5E00825002 (260 А) в MM440, в котором изначально стояла плата A5E00825001 (210 А)?

Нет — две платы предназначены для разных номиналов привода (110 кВт против более низкого номинала привода, связанного с 210 А). Физическое крепление может выглядеть одинаково, но конфигурация драйвера затвора, калибровка датчика тока и параметры интерфейса управления соответствуют конкретному приводу, который они обслуживают.

Установка платы на 260 А в привод, рассчитанный на плату на 210 А, приводит к несоответствию измерения тока — масштабирование тока блока управления будет неправильным, что приведет к неправильному ограничению тока, ложным ошибкам перегрузки по току или работе IGBT с недостаточной защитой. Всегда проверяйте точный номер A5E по этикетке установленной платы перед заказом замены.

В4: При замене A5E00825002 необходимо ли также наносить термоинтерфейсный материал между модулем IGBT и радиатором?

Да, без исключения. Модуль IGBT плотно контактирует с алюминиевым радиатором привода через свою базовую пластину.

Термоинтерфейсный материал — обычно фазовый компаунд или прокладка — заполняет микроскопические воздушные зазоры между двумя поверхностями, значительно снижая тепловое сопротивление от перехода IGBT к радиатору. 

Без надлежащего TIM температура перехода IGBT при полной нагрузке может быть на десятки градусов выше температуры радиатора, легко достигая абсолютного максимума температуры перехода модуля.

Это приведет к ошибке перегрева (F0004 в MM440) или преждевременному выходу IGBT из строя. При установке следуйте процедуре нанесения TIM, указанной Siemens.

В5: Привод ранее работал при полной нагрузке 110 кВт без проблем. После сбоя питания привод теперь показывает F0001 (перегрузка по току) при любой нагрузке выше 50%. Это A5E00825002?

Порог ошибки перегрузки по току, который снижается после сбоя питания — особенно при определенном процентном соотношении нагрузки — обычно указывает на то, что одна позиция IGBT в A5E00825002 была частично повреждена.

IGBT все еще может проводить ток и переключаться, но с ухудшенной характеристикой VCE(sat), из-за чего он выходит из насыщения при более низком токе, чем до события. Схема обнаружения насыщения драйвера затвора срабатывает F0001, когда обнаруживает это аномальное VCE(sat).

Полная нагрузка выявляет ошибку, потому что ток достаточно высок, чтобы сработал сниженный порог защиты.

Измерение трех фазных токов двигателя с помощью осциллографа во время ошибки обычно показывает асимметрию по одной фазе — указывая на конкретную поврежденную позицию IGBT перед принятием решения о полной замене платы.