IGD Триггерная доска A5E00714561 A5EOO714561 С ДВОМ модулем FS300R12KE3-S1 FS300R12KE3S1 FS3OOR12KE3-S1

Siemens A5E00714561 | SINAMICS IGD2/R4 480V/380A Плата драйвера затвора — силовой блок IGBT для секции инвертора привода переменного тока

Номер детали: A5E00714561

Внутренний справочный номер GWE: GWE:A5E00714561

Производитель: Siemens AG — Gerätewerk Erlangen (GWE), Германия 

Обзор

A5E00714561 — это плата драйвера затвора IGD2/R4 480V/380A для приводов шасси Siemens SINAMICS — полный силовой блок, объединяющий драйвер затвора IGBT второго поколения (IGD2) с модулем силового транзистора IGBT FS300R12KE3-S1.

Это не логическая плата и не плата сигналов. Это компонент, через который проходит весь ток двигателя.

При токе 380 А и напряжении 480 В A5E00714561 используется в модулях двигателей приводов шасси SINAMICS G120 и G150 в классе мощности 160–200 кВт.

Эти приводы используются в самых тяжелых промышленных применениях непрерывного действия: большие насосы водоочистных сооружений, работающие круглосуточно, вентиляторы цементных заводов, работающие под большой пылевой нагрузкой, горнодобывающие конвейеры, перевозящие грузы полной номинальной мощности в течение длительного времени, и промышленные компрессоры, которые никогда не останавливаются.

Рабочий цикл и уровни тока в этом диапазоне мощности доводят как модуль IGBT, так и драйвер затвора до пределов их конструкции — делая качество теплового интерфейса, точность синхронизации драйвера затвора и надежность цепи защиты от перегрузки по току критически важными для устойчивой работы.

Префикс GWE во внутреннем справочном номере платы указывает на производство на заводе Siemens в Эрлангене (Gerätewerk Erlangen) — внутреннее обозначение Siemens для силовых блоков.

Это отличает эти платы от коммерчески закупаемых модулей IGBT и подтверждает заводскую согласованную сборку схемы драйвера затвора с конкретным устройством IGBT.

Ключевые характеристики

Плата драйвера затвора — три критические функции

Плата IGD2 получает свое обозначение «драйвер затвора» благодаря своей основной функции: генерации импульсов затвора ШИМ, которые переключают транзисторы IGBT. Но плата выполняет еще две функции, которые одинаково важны для целостности системы.

Генерация драйвера затвора. Блок управления SINAMICS генерирует абстрактные команды переключения — когда каждый IGBT должен быть включен или выключен, с какой несущей частотой, с каким коэффициентом заполнения.

IGD2 преобразует эти команды в физические импульсы напряжения затвора, соответствующие требованиям к входу FS300R12KE3-S1.

Ток затвора, время нарастания и пиковое напряжение затвора устанавливаются резисторами затвора и микросхемами драйвера IGD2, специально выбранными для этого устройства IGBT. Использование драйвера затвора, откалиброванного для другого IGBT, изменяет скорость переключения — потенциально вызывая увеличение потерь при переключении, более высокое напряжение dV/dt на обмотках двигателя или незначительно соответствующую защиту от перегрузки по току.

Измерение тока двигателя. Модуль FS300R12KE3-S1 включает встроенные датчики тока.

Плата IGD2 обрабатывает выходные сигналы этих датчиков и сообщает измеренные фазные токи обратно в блок управления в каждом цикле переключения. 

Это измерение тока в реальном времени является входным сигналом для алгоритма векторного управления SINAMICS — основы для регулирования крутящего момента, управления скоростью и защиты двигателя. Деградировавший канал измерения тока влияет на все три параметра.

Защита от снижения насыщения. Когда какой-либо IGBT не входит в свое состояние низкого сопротивления — указывая на то, что устройство не может справиться с заданным током — схема обнаружения снижения насыщения IGD2 реагирует за микросекунды, подавляя все импульсы затвора до того, как IGBT может быть уничтожен чрезмерным рассеиванием мощности. При токе 380 А даже кратковременное состояние снижения насыщения без защиты приведет к катастрофическому отказу IGBT.

FS300R12KE3-S1 при 380 А — снижение номинальных характеристик и тепловой запас

FS300R12KE3-S1 имеет номинальный ток 300 А, однако сборка A5E00714561 рассчитана на 380 А.

Это не противоречие — номинальный ток 300 А является абсолютным максимальным непрерывным током коллектора устройства при номинальной температуре корпуса модуля (обычно 125°C), в то время как номинальный ток привода 380 А применяется к условиям эксплуатации шасси SINAMICS при номинальной температуре окружающей среды, когда система охлаждения привода поддерживает температуру основания модуля значительно ниже этого предела.

При фактических рабочих температурах корпуса в шасси SINAMICS FS300R12KE3-S1 может непрерывно выдерживать 380 А, оставаясь в пределах безопасной рабочей зоны.

Система терморегулирования привода — площадь радиатора, поток вентилятора принудительного воздушного охлаждения и пределы температуры окружающей среды — специально разработана для поддержания модуля в этом рабочем диапазоне.

Часто задаваемые вопросы

В1: Привод SINAMICS показывает F30021 (перегрузка по току IGBT) немедленно при команде запуска без подключенных выходных кабелей. Подозрение падает на A5E00714561. Какие диагностические шаги подтверждают это перед заказом замены?

F30021 при команде запуска без выходных кабелей исключает неисправности кабелей или двигателя как причину. Без внешней нагрузки любой ток, который видит привод, является ложным — генерируемым неисправным IGBT (проводящим, когда не должен) или неисправностью измерения тока на IGD2.

Измерьте постоянное сопротивление между каждой парой выходных клемм при разряженной шине постоянного тока.

Очень низкое сопротивление между любыми двумя выходными клеммами указывает на короткое замыкание IGBT в A5E00714561. 

Если проверки сопротивления в норме, неисправность заключается в цепи измерения тока платы IGD2.

В2: A5E00714561 описан как «плата драйвера затвора». Содержит ли эта плата какие-либо данные параметров привода, которые необходимо сохранить перед снятием?

Нет. A5E00714561 не хранит никаких параметров привода. Все данные параметров SINAMICS находятся на блоке управления (CU320 или аналогичном).

A5E00714561 содержит только схему драйвера затвора и модуль IGBT — никакой энергонезависимой памяти. 

Снятие и замена платы не требуют резервного копирования параметров. После установки привод считывает свои параметры с CU и возобновляет нормальную работу.

В3: Доступен преемник детали A5E36717799. Можно ли его установить непосредственно в привод SINAMICS, в котором изначально был A5E00714561?

A5E36717799 является назначенным Siemens преемником для тех же применений привода и разработан как полевая замена.

Для большинства шасси приводов SINAMICS G120 и G150 в соответствующем диапазоне мощности преемник устанавливается в то же положение с теми же интерфейсными соединениями. 

Однако необходимо подтвердить совместимость прошивки привода с идентификационными данными платы IGD2 нового поколения — некоторые очень ранние производственные приводы могут потребовать обновления прошивки для правильного распознавания платы-преемника.

Проверьте состояние производства привода по его паспортной табличке перед установкой.

В4: Привод SINAMICS работает с A5E00714561 в течение восьми лет при почти полной нагрузке при температуре окружающей среды 38°C. Рекомендуется ли проактивная замена до возникновения отказа?

При почти полной нагрузке и повышенной температуре окружающей среды как тепловой цикл модуля IGBT, так и старение компонентов платы драйвера затвора работают на верхнем пределе их рабочего диапазона.

После восьми лет непрерывной тяжелой эксплуатации проактивная замена во время планового технического обслуживания является разумной стратегией.

Наиболее подверженными отказам компонентами при таком сроке службы являются оптопары драйвера затвора, соединения проводников модуля IGBT (подверженные нагрузке из-за теплового цикла) и блокировочные конденсаторы на шинах напряжения затвора.

Плановая замена исключает риск незапланированного отказа в самый неподходящий момент.

В5: Было обнаружено, что A5E00714561 имеет неисправный драйвер затвора для одной позиции IGBT. Можно ли заменить этот конкретный компонент драйвера затвора на уровне платы, а не заменять всю сборку?

Ремонт платы драйвера затвора IGD2 технически возможен для специализированных компаний по ремонту приводов, имеющих опыт работы с SINAMICS IGD2.

Микросхемы драйвера затвора для отдельных позиций IGBT являются стандартными компонентами, которые могут быть идентифицированы и заменены. 

Однако ремонт должен включать функциональное тестирование всех шести каналов затвора в условиях имитации переключения привода — а не только проверки непрерывности в статическом режиме. 

Модуль IGBT также следует проверить на наличие повреждений затворной окиси, которые могли возникнуть из-за неисправности драйвера.

Предпочтительнее компания по ремонту, предлагающая полную сертификацию функционального тестирования, чем та, которая выполняет только замену компонентов.