מבוא לPower Diodes in Railway Traction

רכבות אלקטרוניקה תלויות במערכות המרת חשמל אמינות מאוד כדי להפוך את האנרגיה הרשת לתוך זרם מערכת מדידה ניתן למדידה. בעוד מלאי מתגלגל מודרני לעתים קרובות מדגיש את מעכבי IGBT מתקדמים ובקרת מוטור מתוחכמת, שלב ההמרה הקדמי כוח לעתים קרובות מסתמכ על מרכיב בסיסי יותר: הכוח מתפתל.המכשירים המוליכים למחצה האלה מספקים את תיקון הכוח המוחש הדרוש הן תשתיות קבועות והן על מערכות לוחיות.

עקרונות תפעול יסודיים של High-Voltage Diodes

דיאודות כוח שונות באופן משמעותי מ diodes בעלות חתימה נמוכה.הם נועדו לחסום מאות או אלפי וולט בהטיה הפוכה תוך ביצוע מאות או אלפי אמפסים בהטיה קדימה.רוב גבוה כוח דיודות המשמשות במתחת המשמש מבנה PIN, שבו שכבת Intrinsic (I) מוככת בין do P+ N+ אזורים זה באזור פיזור חשמלי.

פרדוקס חשמלי מיוחד ל-Trction Duty

בחירת דיוודה כוח עבור יישום רכבת דורש תשומת לב קרובה למספר דירוגים ספציפיים:

  • (ב) [ה]ה[[המאה ה-20]]: [[המאה ה-20]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (ב) ,0) ,(העברה (IFLTRE:1 ,VFLT:2:03): ; ההרחבה הממושכת ביותר קדימה, יכולה לשאת, בדרך כלל מוגדרת עבור מקרה טמפרטורה מסוימת וזווית התנהגות (למשל, 180 מעלות צלזיוס).
  • (ב) [ה]ההתקפיות הנוכחית (IFIRLT:1]FSMFIRLT:2IRRE: FLT 3: 3, הפסגה המרבית שאינה תחרותית הנוכחית, הנוכחית של ה diode יכולה לעמוד למשך זמן קצר (לעתים קרובות 10 מ's half-sine) דירוג זה קריטי עבור מעגלים קצרים ששרדו ועיוותים במערכות מערכת.
  • (ב) טמפרטורות (TFLT:1igjirjirjáve:2): מהירויות של 3 טמפרטורות לחשוף דיודות לתנודות טמפרטורה רחבות.מכשירים חייבים לפעול באופן אמין ב TibFLT:4jigph:5 ערכים מ -40 מעלות צלזיוס ל +150 מעלות צלזיוס ומעלה.
  • (ב) [ה]החזקה: [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]], [ההה'], [ה'], [ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה

Soft vs. Abrupt Recovery

מאפיין ההתאוששות ההפוך הוא גורם מרכזי בבחירת דיאוד. דידס עם מאפיינים "רך" בהדרגה להפחית את הזרם הפוך, מצמצם את ההתערבות האלקטרומגנטית (EMI) ומתח overshoot. "Abrupt" שחזור diodes לייצר הצצה חדה הנוכחית, אשר יכול לייצר ספיגות גבוהות של מתח בנוכחות של שטף.

Power Diodes in Traction Substations

מערכות הפעלה DC הפועלות ב-600 V,750 V, 1500 V, או 3000 V דורשות המרה AC-to-DC ברמת התפוצה.הכוח דיקול הוא עבודת שלב המרה זה.הנפוצות הנפוצות ביותר הן תצורה של 12-pulse ו 24pulse rectifiers, אשר איזון, יעילות, והתאמה לרשת.

12-Pulse ו- 24Pulse Rectifier topologies

גשר 6-פולס פשוט מזריק זרם הרמוני משמעותי (5th ו-7 הרמוניות) בחזרה לרשת השירות. כדי לעמוד בסטנדרטים האיכותיים של איכות הכוח כגון IEEE 519, תת-התתת המודרנית משתמשת ב- 12-pulse rectifiers.מערכת זו מעסיקה מזרזת שלב עם שני מתפתלים משניים (אחד מדבקים, חיבור אחד) שיוצרת מתח גבוה יותר של שלב (אורד) ב-D.

אפילו דרישות הרמוניות מחמירות יותר, מתאמת 24pulse משמשים.אלה משלבים שתי יחידות 12-pulse עם שינוי שלב 15 מעלות ביניהם, בדרך כלל באמצעות מהפך בין-phase (IPT) כדי לאזן את שיתוף הנוכחי.מערכות אלה נפוצות במערכות מטרו גבוהות-טראפיות ופרויקטים מרכזיים של הסמכת קו השדרה שבו הוא מוגבל.

דיודה בנייה ואסיפה לצוללות

(ב) , ריצוף כוח עליון (או ⁇ ) משתמש באריזות:0.0.3;0.3 אריזות אריזות מחסניות (Ricempress-pack) של מחסנים (Ricpack) 1 או FLT:2modules FLT 3) אריזות של אריזות של מחסנים מורכבים משכר חשמלי נמוך יותר, אך לעתים קרובות, לעומת מחסנים חשמליים, הם יכולים להחליף קיבולת אופניים נמוכה יותר (D) אך ורקדפסדפסדפסדפסד (אך נמוכה יותר, אך ורק אם הם לעתים קרובות, אך ורקדפסד) קיבולת אופניים נמוכה יותר, אך ורק אם הם כוללים מקבילה נמוכה יותר, אך ורק יותר, אך ורק יותר, אך ורק יותר, אך ורקדה מוגבלת, אך ורקדפסדפסד).

הגנה וסנובבר (Subber Circuits) ב- Substations

(הכישלון בתת-התמדה הוא אירוע רציני.רשתות ה-RC מקושרות בכל דיוודה כדי לשלוט בספי המתח שנוצר במהלך ההתאוששות לאחור.הההתערות של הברברים וההמירר מגיב אינטראקציה עם זרם ההתאוששות של הדידוד, אשר יוצר מעגל החלמה ארוך-מחדש.

אדריכלות Power Conversions

בתוך מלאי מתגלגל, דיודות כוח לשרת כמה פונקציות נפרדות בהתאם לאדריכלות של הרכבת.

בקטר AC קונבנציונלי (מעודכן ב 15 kV או 25 kV), הפנוטוגרף מספק את הטרנספורמציה.הרוח המשנית מזין מגשר מפונק גבוה.גשר זה מייצר מתח DC בלתי מבוקר המזין את הקישור DC. בקטרים ישנים יותר, קישור זה ישירות מופעל DC באמצעות מעגל.

גשר הדירקדה בקטר קלאסי של VSI הוא פשוט וחזק.עם זאת, הוא חד-צדדי.חדש אנרגיה לא יכול לזרום בחזרה דרך גשר דיוודה לקו מעל הראש; זה חייב להיות מתפזר בהתנגדות מבהילה או תיקון.מגבלה זו הובילה לפיתוח של קו-סייד 4Quadrant (4Q) להמיר, אשר משתמשת ב-co-tras-tras-GB-T כדי לבצע את ה-co-co-co-t-end זה לא רקורד באופן פעיל, למרות עלות סטנדרטיות.

DC-Supplied Systems and Freewheeling Diodes

רכבות הפועלות ברשתות DC (750 V, 1500 V, או 3000 V) אינן דורשות מהפך צעד לאחור לתיקון. זרם DC מהרכבת השלישית או חוט הפנים מסונן ומאכיל למנעול מערכת ההפעלה. במערכות אלה, החלפת חשמל מחזורים משמשים כהפסדים מהירים לאורך מעגל המנועים הישן.

יחידת כוח עזר (APUs)

כל רכבת דורשת היצע DC נמוך (24 V או 110 V) עבור מערכות בקרה, תאורה, דחיסה וטעינה סוללה.זה התחום של FLT:0auxiliary כוח להמיר irFLT:1 [הקלט ל- APU נלקח בדרך כלל מ- ®Si-voltage DC-to-DCer או קטן ב-iOSDretatings di ב-Ricer, הוא בדרך כלל מ-Cretodes, אשר הופך את ה-Ricer ל-C ל-Ricer C.

Regenerative Braking and the Unidirectional Limit

חוסר היכולת של מארגן סטנדרטי לזרימה הפוכה היא שיקול מפתח של מערכת.כאשר משקולות רכבת באמצעות גינון מחדש, המנועים של מערכת העיכול הופכים גנרטורים.הכוחות המופנמים הכוח הזה בחזרה לתוך הקישור DC.אם המתח קו עולה גבוה מדי, חיתוך החבטים מופעל כדי לזרוק אנרגיה עודף לתוך בנק התנגדות.

מעגל מתח והגנה

הסביבה התרמית של דידות מתפתלת היא חמורה.טמפרטורות גבוהות, חדרי ציוד מוגבלים, ועלייה נוכחית גבוהה לדחוף טמפרטורות צומת גבולות שלהם.הניהול הירומאל הוא מוקד הנדסי ראשוני.

אסטרטגיות מגניבות

עבור ממירים בעלי כוח נמוך, תנורי חימום טבעיים עשויים להספיק.עבור ממריצים של כוח גבוה, קירור אוויר מאולץ באמצעות מאווררים בעלי יכולת גבוהה הוא נפוץ.במתאים הכוח הגבוה ביותר 125 וקטרים קושרים גבוהים מאוד, קירור נוזלי (לעתים קרובות מנקה מים מעורבים עם גליקול) משמש את התרמית (Ralphirdance) לטמפרטורה נמוכה של 0x2K) אפילו מ- 0 {\displaystyle C2K2K).

ניכוי מתח: סנוברים והחלמה רכה

כפי שנדון בסעיף תת-חינוך, הננוברים הם חיוניים.עם זאת, המיקום של הנינוח הוא קריטי. נמוך-inductance אוטובוסים מיקום פיזי קרוב של ה- snubber capacitor למסוף הדיוודי להפחית את שולי הלולאהט. Using FLT:0soft RecoveryFLT:1) diodes in the dropubber capacitor ל-off כי בהדרגה ניתן לדגמיצים מאובטחים.

אסטרטגיות ותיאום

כישלונות של דיד לעתים קרובות נובעים במעגל קצר.האשמה המתקבלת מהקישור DC או אספקת AC חייבת להיות מנקה במהירות. Semi-conductor פתיחות (סוג של R) נועדו במיוחד למשימה זו.יש להם דירוג גבוה מאוד להפריע (בדרך כלל מעל 100 kA ב 690 V) וזמני התכה קצרים מאוד (FLT:02FLT:1t לעמוד ביכולת של vultures, אם הוא עלול להתרחש במהירות רבה מדי.

ניתוח השוואתי: דיד מהימנות ומגמות עתידיות

בעוד שהפיזיקה הבסיסית של דיאודת הצומת PN לא השתנתה, האריזה והחומרים מתפתחים במהירות.

היתרונות של הסטנדרט דיאודד

הכוח נשאר בשירות מכיוון שהוא פשוט ומסומפס. A diode אינו דורש נהג שער, אספקת חשמל מבודדת או לולאה שליטה מורכבת. טיפות המתח קדימה שלה הוא נמוך יחסית (0.7 V ל-1.5 V) בהשוואה למתח השטחה של מגבר גבוה IGBT (2.0 V ל-3.5 V). זה הופך אותו יעיל יותר ביישומים קו, יתר על יכולת זו היא גבוהה יותר, לעתים קרובות על ידי רמה גבוהה של רמה גבוהה של רמה גבוהה של רמה גבוהה של 15.

Silicon Carbide (SiC) Schotky Diodes

(ה) דיאודות של סיקי מייצגות את השינוי הטכנולוגי הגדול ביותר בתיקון כוח.הם מכשירים חד קוטביים, כלומר אין להם אחסון של ספקים מיעוט, זה מבטל את המטען ההחלמה הפוך לחלוטין.הפסדי ה-Turn-off ב- SiC Schotky diode הם כמעט אפס.זה מאפשר להמיר את העזר לפעול בתדרים הרבה יותר גבוהים יותר של מעבר 100Hz), צמצום משמעותי של הגודל והמדליקוע"מ"מ"מ"מ"ל, לעומת 200.

מצבי כישלונות ותנאי מעקב

הבנת כיצד דלדות כוח נכשל עוזר מהנדסים לעצב מערכות אמינות יותר.מצב הכישלון הנפוץ ביותר הוא (FLT:0thermal רכיבה עייפות FLT:1 .הלא מתאים ב coefficient של הרחבה תרמית (CTE) בין סיליקון wfer, אלקטרודה molybdenum, ואת דיור קרמיקה גורם ללחץ מכני במהלך תנודות טמפרטורה.

(ב) קרינת קרינת קוסמומית (FLT:1) היא מנגנון כשלון משמעותי נוסף, במיוחד עבור דיודות גבוהות (מעל 3.3 kV) ניטרון אנרגיה גבוהה מן הקרניים הקוסמיים יכול להכות את סיליקון מחסנים, יצירת מסלול יון צפוף אשר לעתים קרובות מקבל מעגל קצר מקומי (Single Event Burnout):2Manurturedulating indexing Index on a high-Fating Stressing Index to a high-pating Rate)

מערכות ניטור המצב מפותחות כדי לעקוב אחר הירידה בלחץ קדימה (VFearLT:0) בזרם מסוים.עלייה ב VIRFLT:2FigFLT 3: מצביעה על השפלה חוט.עלייה בזרם דליפה מעידה על צומת או לחות בתוקפנות.

מסקנה

Power diodes נשאר טכנולוגיה בסיסית עבור מערכות כוח מסילות רכבת.הם מספקים את הפונקציה תיקון חיוני במתח גבוה ממירים תת-קרקעי, על קישורים DC, ואספקת כוח עזר שלהם, החוסן הטבוע שלהם, יכולת טיפול העלאה, ופשטות מקשים להחליף את השינויים בתעשייה כולה, אפילו עם הופעתם של ממריצים מתקדמים יותר.