Kuchli elektron transformator sifatida ham tanilgan qattiq holat transformatori (SST) 50 Gts magnit maydonlarda ishlaydigan an'anaviy chiziqli chastotali transformatorlardan farq qiladi. Bu quvvat elektron konvertorlari va yuqori chastotali transformatorlardan tashkil topgan boshqariladigan quvvatni o'zgartirish qurilmasi. An'anaviy chiziqli chastotali transformatorlar faqat burilish nisbati bo'yicha kuchlanishni passiv ravishda o'zgartiradilar. Galvanik izolyatsiya va kuchlanishni o'zgartirishga qo'shimcha ravishda, SST'lar aqlli tarmoqlarda quvvat marshrutizatorlari sifatida xizmat qiluvchi ikki tomonlama quvvat oqimi, kuchlanishni tartibga solish, garmonik bostirish va reaktiv quvvat kompensatsiyasi kabi raqamli boshqariladigan imkoniyatlarni taqdim etadi.
Kengashni sozlash
https://training-dev.ti.com/tool/TIDA-011012#tech-docs
Umumiy arxitektura quyi moduli
Har bir sub-modul ikkita asosiy apparat bo'limidan iborat: AC-DC yuqori voltli konversiya birligi va DAB yuqori chastotali izolyatsiyalangan DC-DC bloki. 10 kV tizimlar kabi o'rta kuchlanishli tarmoq ilovalari uchun bir nechta submodullar ketma-ket ulangan.AC tomonidagi terminallarumumiy tarmoq kuchlanishini bo'lishish uchun. Har bir kichik modul mustaqil oraliq to'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri ulanishga ega bo'lib, u boshqalaridan galvanik tarzda ajratilgan, doimiy kuchlanishsiz. DAB konvertorlarining barcha past kuchlanishli shahar chiqishlari birlashtirilgan past kuchlanishli shahar avtobusini hosil qilish uchun parallel ravishda ulanadi.
|
Muhim xususiyat: qancha sub-modul ketma-ket ulangan bo'lishidan qat'i nazar,har bir alohida sub-modulning oraliq DC-bog'lanish kuchlanishi nominal qiymatida qoladi. Seriyaga ulangan AC terminallari faqat tarmoq chastotasi AC kuchlanishini ajratadi. Har bir sub-modul mustaqil yopiq konturli kuchlanish regulyatsiyasini amalga oshiradi, shuning uchun uning ichki DC-bog'lanish umumiy tarmoq kuchlanishi bilan birga ko'tarilmaydi. Yuqori potentsial va past potentsial domenlar o'rtasidagi nazorat signallari uchun optik tolali aloqa suzuvchi yuqori voltli potentsiallardan kelib chiqadigan shovqin va buzilish xavfini oldini olish uchun qabul qilinadi. |
Blok diagrammasi
https://training-dev.ti.com/tool/TIDA-011012#tech-docs
1-bosqich: Ikki tomonlama H-ko‘prigi AC-DC konversiyasi
Kirish tomonidagi bir fazali H-ko'prigi to'rtta SiC quvvat kalitlari, kuchaytiruvchi induktorlar va DC-link kondansatkichlaridan iborat bo'lib, kilogerts-darajali kommutatsiya chastotasida ishlaydigan ikki tomonlama Boost-PFC topologiyasini amalga oshiradi. U rektifikatsiyani ham, teskari tarmoqqa ulangan inversiyani ham qo‘llab-quvvatlaydi.
Rektifikatsiya rejimida sub-modul bo'lingan tarmoq chastotasi o'zgaruvchan tok kuchlanishini oladi. H-ko'prikli kalitlarning yuqori tezlikdagi PWM kommutatsiyasi magnit maydon energiyasini saqlash va chiqarish uchun kuchaytiruvchi induktorlar bilan hamkorlik qiladi, tarmoq chastotasi o'zgaruvchan tokni barqarorlashtirilgan oraliq DC-bog'lanish kuchlanishiga aylantiradi. Ushbu bosqich, shuningdek, sinusoidal tarmoq tomonidagi oqim va garmonik bostirishni ta'minlab, quvvat faktorini tuzatishni amalga oshiradi. Shuni ta'kidlash kerakki, doimiy ish sharoitlarini qondirish uchun DC-bog'lanish kuchlanishi kirish AC kuchlanishining eng yuqori qiymatidan oshishi kerak.
Teskari quvvat bilan ishlashda H-ko'prigi invertor sifatida ishlaydi. U oraliq toʻgʻridan-toʻgʻri bogʻlanishda saqlangan energiyani elektr tarmogʻiga yuboriladigan tarmoq chastotali AC ga aylantiradi. Tarmoq quvvati sifatini tartibga solish uchun reaktiv quvvat chiqishi ham mumkin.
AC‑DC konvertatsiyasi
|
DC/AC konvertorining asosiy tizim xususiyatlari |
||
|
Parametrlar |
Spetsifikatsiya |
Tafsilotlar |
|
Nominal AC quvvati |
±50kVA |
± Faol ± Reaktiv |
|
Nominal AC kuchlanish |
1000 VRMS |
|
|
Nominal o'zgaruvchan tok |
50 QUROL |
|
|
Nominal doimiy kuchlanish |
2200VDC |
|
|
DC ulanish kuchlanish dalgalanma |
±200V |
2200 V da |
|
Kommutatsiya chastotasi |
5 kHz dan 10 kHz gacha |
H-Unipolyar ko‘prik |
|
Sovutish texnologiyasi |
Havo kuchlarini sovutish |
12V muxlislar |
|
Maksimal muhit harorati |
60 daraja |
|
|
Power FETs xususiyatlari |
3,3 kV, 22,5 mŌ |
SiC FETs |
2-bosqich: DAB Dual-Active-Bridge yuqori chastotali izolyatsiyalangan DC-DC konvertatsiyasi
Submodulning izolyatsiya yadrosi sifatida DAB birlamchi to'liq ko'prikni, yuqori chastotali transformatorni va ikkilamchi to'liq ko'prikni o'z ichiga oladi. U ikki tomonlama quvvatga ega bo'lgan yuzlab kilogerts chastotasida ishlaydi.
Birlamchi tomondan to'liq ko'prik inversiyasi: Oldingi H-ko‘prigi oraliq to‘g‘ridan-to‘g‘ri to‘g‘ridan-to‘g‘ri havolasidan energiya olib, SiC doimiy kuchlanishni amplitudasi DC-bog‘lanish kuchlanishiga teng bo‘lgan yuqori chastotali AC kvadrat to‘lqinlarga aylantiradi va yuqori chastotali transformatorning birlamchi o‘rashini oziqlantiradi. Transformatorlar doimiy oqimni o'tkaza olmaydi; faqat o'zgaruvchan kvadrat to'lqinli kuchlanish energiya uzatish uchun yadro ichida o'zgaruvchan magnit maydonlarni o'rnatadi. Yuqori chastotali ishlash transformator yadrolarini kichikroq qilish imkonini beradi va kommutatsiya yo'qotishlarini kamaytirish uchun nol kuchlanishli kommutatsiyaga (ZVS) ruxsat beradi.
Voltajni o'zgartirish va galvanik izolyatsiya uchun yuqori chastotali transformator: Yuqori chastotali kvadrat to'lqinlardan oziqlanadigan transformator kuchlanish amplitudasini o'rash burilish nisbatiga ko'ra o'zgartiradi va yuqori voltli birlamchi va past kuchlanishli ikkilamchi domenlar o'rtasida to'liq galvanik izolyatsiyani ta'minlaydi.Kuchlanishning konvertatsiya qilish nisbati faza almashinuvini boshqarish emas, balki transformator burilish nisbati bilan belgilanadi.. Transformatorning ichki qochqin induktivligi DAB uchun ketma-ket quvvat uzatish induktori sifatida ishlatiladi.
Ikkilamchi to'liq ko'prik faol rektifikatsiyasi: Ikkilamchi to'liq ko'prik transformator tomonidan etkazib beriladigan yuqori chastotali kvadrat to'lqinli kuchlanishni qayta ishlaydi. Passiv diodli rektifikatsiyadan farqli o'laroq, faol to'liq ko'prik SiC o'tish vaqtlarini aniq boshqaradi. Kvadrat to'lqin musbat yoki manfiy yarim siklda bo'ladimi, o'zgaruvchan AC energiyasi chiqish kondensatorlari uchun zaryadlovchi oqimga aylanadi. Chiqish kondensatorlari yuqori chastotali to'lqinlarni filtrlaydi va silliq past kuchlanishli shahar chiqishini hosil qiladi.
Teskari quvvat oqimi uchun ikkilamchi to'liq ko'prik inverter vazifasini bajaradi va past kuchlanishli shaharni qayta transformatorga yuborilgan yuqori chastotali kvadrat to'lqinlarga aylantiradi. Energiya transformator tomonidan kuchaytiriladi, so'ngra birlamchi to'liq ko'prik orqali oraliq doimiy kuchlanishga qayta tiklanadi.
DAB bir fazali siljish (SPS) boshqaruvini qabul qiladi. Birlamchi va ikkilamchi to'liq ko'priklar 50% vazifa nisbati kvadrat to'lqinli to'lqin shakllarini hosil qiladi. Tekshirish moslamasi to'lqin shakllarining ikkita to'plami o'rtasidagi faza-burchak farqini sozlaydi. Faza almashinuvi kattaligi uzatiladigan quvvat kattaligini nazorat qiladi va fazaga siljish polaritesi quvvat oqimi yo'nalishini belgilaydi.Fazali siljish faqat quvvatni tartibga soladi, u keng diapazondagi barqaror holatdagi chiqish kuchlanishini sozlashga erisha olmaydi. Chiqish kuchlanishini burilishlar nisbatiga mos keladigan nominal ish nuqtasidan uzoqroqqa majburlash ZVS shartlarini yo'qotadi, og'ir aylanma oqimini keltirib chiqaradi va qurilmaning kuchli qizib ketishiga olib keladi. Nominal chiqish kuchlanishini o'zgartirish uchun yuqori chastotali transformatorning aylanish nisbati qayta ishlab chiqilishi kerak.
DAB
|
DC/DC konvertorining asosiy tizim xususiyatlari |
||
|
Parametrlar |
Spetsifikatsiya |
Tafsilotlar |
|
Nominal doimiy quvvat |
±50 kVt |
Ikki tomonlama quvvat oqimi |
|
O'G nominal doimiy kuchlanish |
2,2 kV |
|
|
MV nominal doimiy oqim |
23A |
|
|
LV nominal doimiy kuchlanish |
1,5 kV |
|
|
LV nominal doimiy oqim |
33.3A |
|
|
Kommutatsiya chastotasi |
100 kHz |
|
|
Maksimal muhit harorati |
60 daraja |
|
|
MVda quvvat FETs xususiyatlari |
3,3 kV, 22,5 mŌ |
SiC FETs |
|
LVda quvvat FETs xususiyatlari |
2,3 kV, 11,5 mŌ |
SiC FETs |
Tizimni masshtablash va muhandislik cheklovlari
O'rta kuchlanishli yuqori quvvatli ilovalarda kuchlanish va quvvatni o'lchash ketma-ket ulangan AC kirishlari va parallel ulangan shahar chiqishlari bo'lgan bir nechta submodullar tomonidan amalga oshiriladi. Parallel bo'lgan pastki modullarning umumiy past kuchlanishli avtobus kuchlanishi DAB transformatorining aylanish nisbati bilan bloklanadi. Maqsadli chiqish kuchlanishi ichki DAB chiqish kuchlanishidan chetga chiqsa, ikkita amaliy echim mavjud:
Asl uskunani saqlang va tartibga solishdan keyingi pasayish uchun qo'shimcha izolyatsiyalanmagan DC-DC konvertorini qo'shing;
Yuqori chastotali transformatorni qayta loyihalash, komponent kuchlanishini qayta tekshirish va chuqur DAB modifikatsiyasi uchun boshqarish algoritmlarini qayta sozlash.
|
Oldinga yo'naltirilgan quvvatni aylantirish zanjiri xulosasi: |
Nima uchun SST ixcham hajmga erishadi
An'anaviy tarqatish transformatorlari 50 Gts liniya chastotasida ishlaydi va nominal quvvatni etkazib berish uchun katta magnit yadroli tasavvurlar maydonini talab qiladi. Elektromagnit printsiplarga ko'ra:berilgan quvvat darajasi uchun yuqori ish chastotasi zarur yadro hajmini va og'irligini kamaytiradi.
Izolyatsiya transformatorini to'g'ridan-to'g'ri 50 Gts tarmoq kuchlanishi bilan haydash o'rniga, SST quvvat elektroniği tarmoq chastotasi quvvatini yuqori chastotali izolyatsiya transformatorini oziqlantiruvchi yuzlab kHz yuqori chastotali kvadrat to'lqinli kuchlanishga aylantiradi. Chiziq chastotasi bilan solishtirganda, ish chastotasi minglab marta ortadi, shuning uchun yuqori chastotali magnit komponentlarning hajmi va og'irligi o'n barobardan ko'proqqa kamayishi mumkin.
N=k * 10^5 * U / (f * Ae * Bmax )
k - Maksimal yoqish vaqtining-oʻtish davriga nisbati, odatda k=0.4;
U - Birlamchi o'rashning kirish kuchlanishi (V), taxminan doimiy kirish kuchlanishiga teng;
f - Transformatorning ish chastotasi (kHz);
Ae - Magnit yadroning samarali kesma maydoni- (sm²);
Bmax - Magnit oqim zichligining ruxsat etilgan maksimal tebranishi (G).
O'ziga xos kamchiliklar
Katta hajmdagi yarimo'tkazgichli qurilmalar an'anaviy transformatorlarga nisbatan yuqori apparat murakkabligi va yuqori narxga olib keladi. Yuqori chastotali kommutatsiya elektromagnit parazitlarni (EMI) keltirib chiqaradi, bu esa PCB tartibiga, magnit-komponent dizayniga va issiqlik boshqaruviga qat'iy talablar qo'yadi. Shuning uchun SST chiziqli chastotali transformatorlarni to'liq almashtirmaydi va asosan ixcham maydon, ikki yo'nalishli quvvat oqimi, DC interfeyslari va faol quvvat sifatini nazorat qilishni talab qiladigan yangi quvvat tizimi stsenariylarida qo'llaniladi.
