שימוש ב- Thyristors סולידריות-מדינה שוברת הגנה מוגברת

התפתחות הגנת המעגל: חג המולדים בסולידריות-מדינה שוברים

מערכות חשמל יוצרות את עמוד השדרה של תשתיות מודרניות, מתחנות ייצור תעשייתיות לרשתות כוח למגורים, ומגן על המערכות הללו מפני עומסים ועיגולים קצרים הוא עדיפות הנדסית בסיסית, פורצי מעגל אלקטרו-מכאניים מסורתיים שירתו את התפקיד הזה במשך יותר ממאה שנים, אבל המגעים המכניים והמבנה המכניים שלהם הם מנגנונים חיוניים ללח, לגמישות ולמגבלות גודל.

פורצי מעגל סולידריות מונדסים כדי לזהות תנאים פגומים ולפריע זרם הנוכחי בתוך מיקרו-שניות - הזמנות של גודל מהר יותר מאשר עשרות אלפי שניות אופייניות לפורצים מכניים.מהירות זו קריטית בהגבלת אנרגיה מאפשרת אנרגיה, צמצום סיכוני הבזק קשת, ולמנוע נזק להורדת ציוד אנרגיה גמישה, בין המכשירים המוליכים למחצה הזמינים ליישום זה, המקטור מציע שילוב ייחודי של יכולת גבוהה של זרם חשמלי, ותפקוד של CLTFACEFRESTS, כאשר הוא פועל באופן קבוע יותר על גבי מערכת בקרת אנרגיה.

שם הסרטון: Yourristor: A Four-Layer Semiconductor Switch

Thyristor הוא מכשיר מוליכים למחצה דו-פעף שנבנה מארבע שכבות משנה של חומר p-type ו- n-type, ויצר מבנה p-n-p-n עם שלושה צומתים. עיצוב זה נותן את המכשול להתנהגות האופיינית שלו: הוא נשאר במעבר לא-צורה (בלוק) מצב עד זרם קטן מוזרק לתוך שערו.

נכס זה הוא מה שמבחין את שלךריסים מן טרנזיסטורים כגון הערות מ"א-טס" או IGBTs, הדורשים כונן שער רציף להישאר בהתנהלות.ביישומים פורצי דרך, היכולת של Thyristor להחזיק עצמי בהתנהגויות חומריות לאחר הפעלת סימולציות של מנוע השער ולהפחית את דרישות הכוח.

סוגים של Thyristors בשימוש ב SSCB

לא כל השחקים זהים, והמהנדסים פיתחו מספר גרסאות שמותאמות להיבטים שונים של ביצועי שוברי מעגלים.

• (FLT:0)Phase-Control Thyristors (SCRs): FLT:1 תקן Silicon Controlled Rectifier, המיועד להחלפת קידוד נמוך עם יכולת עלייה גבוהה.אלה הם מעשי העבודה של כוח גבוה רבים SSCB בשל תהליכי הייצור הבוגר שלהם ואמינות גבוהה.
• (FLT:0)Gate Turn-Off Thyristors (GTOs): גרסה 1 A שניתן לכבות על ידי יישום זרם שער שלילי, ביטול הצורך בהנעה כפויה ביישומים DC. GTOs הם בעלי ערך ב- DC microgrid breakers שבו מעברי אפס טבעיים אינם מתרחשים.
• (FLT:0) אינטגרטיבי שער-הכיומים (IGCTs): 1Fevolveve:1 אבולוציה של GTO עם יחידת שער משולבת הדוקה המפחיתה את הזכאות הנטועה ומאפשרת מעבר מהיר יותר. IGCTs מציעים איזון מצוין בין הפסדים נמוכים על המדינה והיכולת להפוך אותם למועמד חזק עבור SSCB בינוני.
• (FLT:0MOS-Controlled Thyristors (MCTs): מכשיר 1Fevolveve 1: A המשלב את צפיפות הנוכחית של מקטור עם שער הנשלט על ידי מתח של MOSFET, מפשט עיצוב נהג.

כל סוג של חג המולד מביא פער סחר מובהק בין אובדן התנהגות, מהירות מעבר, מורכבות כונן השער, ועלות.תהליך הבחירה עבור עיצוב SSCB נתון חייב לקחת בחשבון את רמת המתח הספציפי, גודל הנוכחי אשמה, וזמן התגובה הנדרש על ידי יישום היעד. לדוגמה, תהליך מגורים נמוך-וולנט עשוי להשתמש SCRs סטנדרטי מסיבות עלות, בעוד תת-תרגול גבוה יותר סביר יותר כדי להשיג ביצועים הדרושים כדי להשיג את הביצועים הדרושים.

תפקיד הכמרים ב- Solid-State Circuit Breaker topologies

באדריכלות טיפוסית SSCB, המחוקק משמש את האלמנט העיקרי של הקרנת הנוכחית במהלך פעולה רגילה, כמו מכשיר ההפרעה מבוקרת כאשר אירוע טיול מתרחש.הטופולוגיה הבסיסית מורכבת מהמסטר המחוברת בסדרה עם העומס, יחד עם מעגל רגיש כדי לפקח על הנוכחי, נהג שער כדי להפעיל את המחוקק, ומערכת אנרגיה או ספיגה כדי לטפל באנרגיה מאוחסן במהלך ההפרעה הנוכחית.

במהלך פעולה נורמלית, המחוקק הוא שערק ומבצע את העומס הנוכחי עם ירידה מתח קדימה בדרך כלל בטווח של 1 עד 2.5 וולט למכשיר. כאשר המעגל המתפתל מזהה מצב מעל פני השטח של סף מוגדר מראש - לעתים קרובות עם קצב-העליון (די/ד) מחלחל לעיגולים קצרים - הלוגיקה השולטת מפטרת את שער ה-Gacit הנוכחי, או מתבטלת את ה-Gacit) גם על-ידי ה-t.

התנצלות היברידית המשלבת את Thyristors עם החלפת מכונות

יישום מוצלח במיוחד ביישומים בינוניים וגבוהים הוא שובר המעגל ההיברידי, אשר זוגות מגע מכני מהיר עם סניף הנדסה מהירה (או IGCT) במקביל.תחת עומס רגיל, זרמים נוכחיים דרך נתיב מכני של ההתנגדות הנמוכה, ביטול ההפסדים ההיברידיים של ה-DISF באופן מלא של אובדן המוליכים למחצה של ה- DCF, לאחר ששבר את אמצעי ההגנה המכניים המלאים של ה-DF-F-F-F-Retro-F-Res-F-Retro-Retro-F-Res-R-R-R-R-R-Ricater-Ricmate-Res-F-Res-Res-F-F-Ricmate-Res-Res-Ricmates-Res-tomprecerece-R-R-R-F-F-F-F-F-R-R-F-to-to-to-to-to-to-to-to-to-R.

יתרונות של ® Thyristor-based Solid-State Circuit Breakers

אימוץ של האריסטוקרטים ב-SSCBs מביא מגוון של יתרונות שניתן לכמתם, שמשפרים באופן ישיר את הגנת המערכת, יעילות תפעולית ועלות מחזור החיים.

אולטרה-פטרו הבין-פעולה

Thyristors יכול לעבור מהתנהגות מלאה לחסום מתחת 10 מיקרו-שניות, בהשוואה לפורצים מכניים הדורשים 10 עד 50 מילי שניות עבור הפרדה מגע והכחדה קשת. הבדל מהירות זה אומר כי aristor מבוסס SSCB יכול להגביל את השגיאה הפסגה הנוכחית לשבריר של זרם קצר-circuit הנוכחי, להפחית באופן דרסטי את הלחץ המכאני והרמי על כבלים, לשנות, מחובר עם הבדל קבוע בין אלקטרוניקה.

מבצע ללא תשלום וקידום בטיחות

פורצי מכונות מייצרים קשת חשמלית בכל פעם שהם פותחים תחת עומס, מעוררים סיכונים אש, מייצרים גזים רעילים, וגורמים לשחיקה מגע כי מדגימה ביצועים לאורך זמן. פרצות סולידריות של מדינתך הפועלות ללא כל מכשול, ביטול סיכונים אלה לחלוטין.זה הופך אותם מתאימים אידיאלי לסביבות שבהן חומרים דלימים נמצאים, כגון מתקני שמן וגז, או ליישומים הדורשים הסמכה בטיחותית.

מיני-מחדשת: מיני-מסלוליים ו- Extended Service Life

מכיוון שללחתיך אין חלקים נעים, הם אינם כפופים לעייפות מכנית, מתפתלת או להידרדרות באביב שמגבילה את החיים התפעוליים של פורצי דרך מכניים.מ.מ.ש.איי.איי. SSCB תוכנן כראוי יכול לעבור מיליוני מחזורי טיול ללא ההשפלה בביצועים, מה שהופך אותו אידיאלי עבור יישומים עם מעבר תכופים תכופים - כגון מערכות מיזוג חשמל, תחנות טעינה לרכב חשמלי, או עומסי הדופק.

עיצוב פיזי קומפקטי ו Scalable

חיסול של תאי קשת, מגעים נחושת כבדים, וקישורים מכניים מורכבים מאפשר SSCBs להיות קטן יותר וקל יותר מאשר פורצי דרך מקבילים מכאניים. SSCB מבוסס Thyristor מדורג עבור 1 kV ו 500 A יכול להתאים בתוך כאסאסאסאסה קטנה יותר מאשר תיבת נעליים, בעוד פורץ מכני של דירוג דומה עשוי להכיל מספר פעמים כי זה גורם קומפקטי הוא בעל ערך במיוחד בחלל מחסנים כגון סוללות, כמו מתקני חשמל, כמו מחסנים, כמו מחסנים, כמו מחסנים, כמו סוללת חשמל, כמו מחסנים.

הגנה מוקדמת ותוכניתית

מאז ההחלטה של מסע ב- SSCB נעשית על ידי לוגיקה בקרה דיגיטלית ולא על ידי אלמנט תרמי דומטאלי, עקומות הגנה יכולות להיות מותאמים בדיוק למאפיינים ספציפיים של עומס.מהנדסים יכולים לתכנן עקומות בזמן עם מספר נקודות, ליישם הילוך הסתגלות מבוסס על טמפרטורה או תוכן הרמוני, ואפילו לתקשר אירועים עבור מערכת בקרה פיקוח באמצעות אוטובוס דיגיטלי.

השוואה עם טכנולוגיות Semiconductor

בעוד שהמשיחים הם המוקד של מאמר זה, הם לא האפשרות המוליכים למחצה היחידה עבור SSCBs מהנדסים עשויים גם לשקול Power MOSFETs, מבודד דו קוטביים דו קוטביים (IGBTs), וגליום ניטריד (GaN) או סיליקון carbide (SiC) מכשירים כל טכנולוגיה מציגה פרופיל ביצועים ייחודי שיש להעריך נגד דרישות היישום.

• (FLT:0) PowerFETs:FLT:1 להציע מהירויות מעבר מהירות מאוד והתנגדות נמוכה במתחים נמוכים (תחת 200 V), אבל ההפסדים שלהם עולה באופן חד-משמעי עם דירוג מתח, מה שהופך אותם לא-מעשיים עבור בינוני-גבוה SSCBs. הם משמשים בדרך כלל ביישומים נמוכים-voltage DC כגון הפצה כוח רכב.
• (FLT:0)BTs:FLT:1 לספק פשרה טובה בין מעבר מהירות ובקרת מתח, עם דירוגים עד 6.5 kV. הם דורשים כונן שער רציף במהלך ההתנהלות, אשר מגביר את כוח השליטה, והם מציגים ירידה מתח קדימה גבוה יותר (2 עד 3.5 V) מאשר שלךנים ברמות דומות.
• (FLT:0SiC MOSFETs ו- JFETs:FLT:1 Wide-bandgap מכשירים המציעים הפסדים מאוד נמוכים וקיבולת טמפרטורה גבוהה.הם יכולים לעבור בתדרים גבוהים מאוד, אבל הדירוג הנוכחי שלהם למות הוא עדיין מוגבל, ניכוי נוסחאות מקבילים עבור פריצים כוח גבוה.
• (FLT:0)GaN High-Electron-Mobility Transistors (HEMTs): ibph:1 דומה למכשירים SiC ביתרונות רחבים שלהם, GaN HEMT מצטיין בשפל (under 650 V), יישומים גבוהים.הם כיום יותר ניסיוניים בעיצובים פורצי מעגלים, אך מראים הבטחה עבור מפולגים קומפקטיים מאוד, מהירים ומפרקים במרכזי נתונים.

Thyristors לשמור על יתרון מובהק ביישומים עתירי גבוה, גבוה, שבו מתח נמוך על המדינה ולהגדיל את הסחוס הנוכחי הם רב-חשיבות.עבור השוואה מקיפה של אפשרויות מוליכים למחצה, ה-FLT:0 (Texas InstrumentsFLT:1 כוח מוליכים למחצה מוליכים למחצה לספק קריטריונים עיצוב מפורטים והערות יישום.

אתגרים ושיקולי עיצוב

למרות היתרונות הרבים שלהם, האריסטוקרטים אינם ללא אתגרים כאשר משולבים בתוך מקטעי מעגל מוצקים.מהנדסים חייבים לטפל במספר מכשולים טכניים כדי להשיג פעולה אמינה ויעילה:

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

עריכת Thyristor מציגה ירידה של בערך 1.5 עד 2.5 V בדירוג הנוכחי, בהתאם לסוג המכשיר הספציפי וטמפרטורת הצומת. בעוד זה נמוך יותר מאשר IGBT, זה גבוה משמעותית מאשר ההתנגדות כמעט אפס של מגע מכני סגור. במערכות זמן גבוהה, וכתוצאה מכך IFLT:02FLT:1R הפסדים לייצר חום משמעותי כי יש לנהל עם חום, 000 קירור, 000 מוגבל, 000 מוגבל כדי להפחית את זה חייב להיות נזק כולל של מערכת קירור.

הגנה מוגזמת וסנובבר

כאשר מחוקק מכבה ומפריע לזרם, החדירה במעגל מייצרת ספייק מתח (L di/dt) שיכול לעלות על דירוג המתח חוסם של המחוקק.כדי להגן על המכשיר, מעצבים חייבים לכלול רשתות נחירות - בדרך כלל סדרה של התנגדות-capacitor (RC) הממוקם במקביל למכתך - לספוג את האנרגיה הזמנית ולצמצם את המתח הנוכחי (מתאים למחזור).

DC - אפשרות

במערכות AC, הזרם טבעי חוצה אפס פעמיים לכל מחזור, מתן הזדמנות נוחה למקדש לכבות אם אות השער הוסר לפני מעבר אפס.עם זאת, במערכות DC, אין מעבר אפס טבעי, כך שהלמסטר חייב להיות מושעה בכוח.זה דורש מעגלי נוסף כגון קפיטור אשר הוא pre-chargeed ועברה להזריקת דופק הפוך דרך דרישות סף תנועה, אם כי אני דורש מעבר אנרגיה אל מוליך, כדי להוסיף את גודל האחסון שלך, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, על ידי הגדלת מעגל נוסף, כלומר, כלומר, על ידי הגדלת מעגל מאובטח יותר, על ידי הגדלת גודל האחסון, כלומר, על ידי הגדלת מעגל מאובטח יותר, על ידי הגדלת מעגל, על ידי הגדלת מעגל, על ידי הגדלת מעגל, על ידי הגדלת מעגל, על ידי הגדלת גודל האחסון, על ידי הגדלת גודל האחסון, על ידי הגדלת גודל האחסון, אם כי הוא מאפשר, על ידי הגדלת גודל האחסון, על ידי הגדלת מעגל, אשר הוא מאפשר את גודל האחסון, על ידי הגדלת מעגל בטוח יותר, על ידי הגדלת מעגל בטוח יותר, אשר הוא מאפשר את גודל האחסון מחדש של אותה אפשרות יותר, על ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי הוספת עלויות האחסון, על ידי ה-ידי הוספת עלויות האחסון, על ידי הגדלת מעגל, אם כי הוא מאפשר את גודל

שער כונן בידוד ותחמושת

המעגל של כונן השער עבור מחוקק ב-High-voltage SSCB חייב לפעול פוטנציאל קו, הדורש בידוד גליוני באמצעות שינוי הדופק או קישורים אופטיים סיבים.אספקת דופק שער אמין עם מספיק אמפולד ולהגדיל זמן, תוך שמירה על חסינות להתערבות אלקטרומגנטית מן ה-DV/dt ו/dvt אירועים במעגל הכוח, הוא שיקול לא-מסוגלימי ו-Cretexretexretretretexital עדיין משקף את ה-C.

יישומים ויישומים אמיתיים

פורצי מעגל מבוססי Thyristor מבוססי מדינת חוצות כבר פרוסים על פני מגוון של תעשיות שבהן המגבלות של פורצים מכניים מניעים את הצורך בהגנה מוגברת:

מערכות כוח הנחתים והספינה

אוניות ופלטפורמות offshore פועלות עם מערכות הפצה כוח קומפקטיות אשר חייבות להתמודד עם זרמי אשמה גבוהים בסביבה מוגבלת בחלל.הצי האמריקני ומפעילי משלוח מסחריים אימצו SSCBs היברידיים באמצעות IGCTs עבור הגנת האוטובוס הראשי שלהם DC, השגת הפרעות אשמה בתוך 1 מ"ס תוך השתלטות משמעותית פחות מפורצים מקבילים.

תשתיות רכב חשמליות

תחנות טעינה מהירות עבור כלי רכב חשמליים פועלות לעתים קרובות 400 V עד 800 V DC עם דירוגים נוכחיים של 250 A עד 500 A. מכונות מגע במערכות אלה כפופים ליצירת קשר החל ממעבר חוזר על פני זמן גבוה יותר איטי מדי כדי להגן על ממירים למחצה בעיגול הטעינה. sristor מבוסס SSCBs לספק את המהירות והאמינות הנדרשת, עם כמה יחידות מסחריות להשגת פעמים של 50 שניות ותמיכה מעל 100,000 מחזורי תחזוקה ללא מחזורי תחזוקה.

מרכז המידע Power Distribution

מרכזי נתונים מודרניים מסתמכים על ארכיטקטורות בעלות גבוהה עם שכבות מרובות של מעבר סטטיים. מתגים פורצי דרך במהירות גבוהה חייב לעבור בין מקורות כוח במחזור אחד כדי למנוע מתחים מעומס השרת המשפיע. Thyristors הם המכשיר של בחירה עבור מתגי העברה סטטיים אלה, ואותו טכנולוגיה עכשיו מורחבת להגנה על מעגלים בתוך מדפים.

אנרגיה מתחדשת ומיקרוגרואידים

חוות סולאריות וטורבינות רוח לייצר כוח DC כי יש להמיר ולהפיץ, לעתים קרובות באמצעות מיקרו-צמחים שיכולים לפעול במצב מאויש.מערכות אלה דורשות פורצים המסוגלים זרם דו-צדדי ותיקון מהיר כדי לשחזר את הכוח לאחר שפאורות פגומות טרנספורמטיביות. sristor-SSCB מבוסס SSCB עם תצורה דו-כיונית (back-to-back-back-back-back-back-to-back-back-back-back-back-to-Re-Re-res-de שלך) הוכחוגדורגוגדורגוגדורגוגדורגוגדוגדורגוגדורגודות) הוכחוגנים) הוכחו כמשמעו, הוכחו כמשמעו, הוכחו כמשמעו, כמה תנאים אופייניים, תחת ניתוח לקוי של פעולות פיילוט, הוכחומים, תחת תפקוד פיילוט, ו-אפקטיביים, תחת פעולות פיילוט, אשר הוכחושנים, תחת פעולות אופייניים, מודלים, תחת פיילוט, תחת פיילוט, כמו גם תחת פיילוט אופייניים, מודלים אופייניים, תחת פיילוט, תחת אופציונליים, אשר הוכחוכנפיים של אופציונליים, תחת אופציונליים, אשר הוכחומים, כמו גם כן, כמו גם

פיתוח עתידי ומגמות מתפתחות

המסלול של טכנולוגיית חג המולד עבור SSCBs מצביע על המשך שיפור ביעילות, שילוב ואינטליגנציה. כמה כיוונים מחקר הם רדיפה באופן פעיל:

« רחב-הבורכים

מכוני הסיליקון (SiC) שלך הוכחו בהגדרות מעבדה עם דירוגי מתח מעל 20 kV וטמפרטורות צומת הפעלה מעל 300 מעלות צלזיוס. מכשירים אלה מציעים את הפוטנציאל אפילו הפסדים התנהגות נמוכה יותר ומהירויות מעבר גבוהות יותר מאשר סיליקון שלך, בעוד יכולת הטמפרטורות גבוהה שלהם יכול לפשט או לחסל מערכות קירור.

מודולים של חשמל משולבים עם נהגי שער

יצרני מודול חשמל מפתחים חבילות משולבות המשלבות את ה- IGCT או IGCT עם נהג השער, snubber, והגנת מעגל במודול יחיד.אינטגרציה זו מפחיתה את החדירה parasitic, סימולטורים ניהול תרמי, ומפחיתה את המאמץ ההנדסי הנדרש לתכנון מוצרי SSCB שלמים כגון מודולי IGCT של מדיה מיצרנים מרכזיים כבר לשלב אינטגרציה ניכרת, ודורות צפויים כדי ליצור ממשק דיגיטלי.

אינטליגנציה מלאכותית להגנה על חיזוי

ההיגיון של הבקרה הדיגיטלית ב- SSCBs מבוסס על Thyristor יכול להיות משופר עם אלגוריתמים של למידת מכונה אשר לומדים את המאפיינים התפעוליים הרגילים של העומס וזיהוי omalies עדינות לפני שהם מתפתחים לפגמים מלאים.יכולות החיזוי הזה מאפשר להנפיק אזהרות מוקדמות או לנקוט פעולה מונעת, כגון צמצום הגבולות הנוכחיים, מבלי לדרוש טיול מלא בתחום זה מציע כי AI-enanced יכול להפחית את הכוח התעשייתי של 30 אחוזים.

מסקנה

המחוקק הוכיח את עצמו כמרכיב בעל יכולת ועמידה ביישומים של פריחת מעגלים מוצקים, המציע שילוב של טיפול נוכחי גבוה, מינוף התנהגות, וחסכוניות כי כמה מכשירים חלופיים יכולים להתאים לרמות כוח גבוהות.מתפקידו כמרכיב ההחלפה העיקרי בעיצובים המתקדמים של SSCB ייעודי לשילוב שלה בהתנצלות היברידית יותר, אשר מתחת לתכונות הטובות ביותר של טכנולוגיות מכניות ומורכבות, כך שעדיין לא יעילה יותר, כך שתאפשר לתחזקות יותר, כמו גם את היכולות החזקות יותר, כמו גם על גבי מערכות הגנה חזקות יותר, והגנתיות חזקות יותר, כמו גם על בסיס מערכת חשמל חזקות יותר, ומאובטחות יותר, ומאובטחות יותר, כדי להרחיב את מערכת הגנה חזקה יותר, כדי לחזק יותר, כדי לחזק את כוח חכם יותר, כדי לחזק יותר, כדי לחזק את מערכת הגנה חזקה יותר, כמו גם על בסיס מערכת הגנה חזקה יותר, ומאובטחת יותר, כדי לחזק את כוח חכם יותר, כדי לחזק את כוח חכם יותר, כדי לחזק את מערכת הגנה חזקה יותר, כמו גם על בסיס מערכת הגנה חזקה יותר, כדי לחזק יותר, כדי לחזק את כוח חכם יותר, כמו גם על בסיס מערכת הגנה חזקה יותר, כדי לחזק את כוח חכם יותר, כמו גם על בסיס מערכת חשמל מוצק יותר, כמו גם על