מבוא ל- GTOS ב- Industrial Robotics Power Systems

הרובוטיקה התעשייתית בקנה מידה גדול יוצרת את עמוד השדרה של הייצור המודרני, מקווי הרכב ועד למרקם לוגיסטיים ומוליכים למחצה. המערכות הללו דורשות משלוח חשמל מדויק, אמין, ונוכחי גבוה כדי להניע נשק רובוטי כבד, מנועים מהירים ותהליכים אוטומטיים מורכבים, אך ורק עבור מערכות חשמל אלה, הוא הגורם העיקרי של מערכות חשמל מתקדמות, כמו גם להחלפה מהירה, כלומר, דורשות את היכולת הטבעית של GTO, רק על ידי ניהול חשמל חיוני, הוא מסוגלות גבוהה של מערכות חשמל, כולל, כולל, באופן טבעי, ותפקוד חשמלי יעיל של מערכות חשמל תעשייתיות, הוא מסוגלות, כולל, כולל, והוא דורשות גבוהה של מערכות חשמל מתקדמות, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כלומר, כלומר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם את היכולת הטבעית של מערכות חשמל מאובטח, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, החל מהפך את היכולת הטבעית של מערכות חשמל מאובטח, כמו גם על ידי התקנים מאובטח, כמו גם כן, באופן טבעי, על ידי התקנים מאובטח, כמו גם על ידי התקנים מאובטח, כמו גם על ידי התקנים מאובטח, כמו גם על ידי התקנים מאובטחים, כמו גם על ידי מערכת חשמל יעיל של מערכות חשמל מאובטחות,

רובוטים תעשייתיים מודרניים צורכים חשמל משמעותי - זרוע רובוטית חד פעמית יכולה לצייר עשרות קילווואט במהלך האצה ושיא פעילות מומנט. מערכות כוח חייב להמיר, מצב, ולסדיר את האנרגיה הזו תוך שמירה על תנועה חלקה, צמצום הרמוניות, ולהבטיח בטיחות חשמלית. GTOs מצטיינים בסביבות אלה כי הם יכולים לעבור זרמים גבוהים מאוד (אלפי של אמפר) ומתחים פנימיים גבוהים יותר (ואלה מציעים תכונות), עם תכונות בסיסיות יחסית של טכנולוגיה פנימית, ושפלות) עם תכונות אלה.

מה זה GTOS? A מבט מפורט

שער תור-Off Thyristors שייך למשפחה של מכשירי thyristor אבל נבדלים ביכולת שלהם להיות כבוי על ידי יישום דופק שער שלילי הנוכחי. a סטנדרטי Thyristor, פעם מופעלת להתנהלות, לחיפים על ויכולים רק להיות כבוי על ידי ניתוק המתח או הפחתת הזרם מתחת לרמת ההחזקה - תהליך שבדרך כלל דורש מעגל מאולץ.

באופן סטריטורי, GTO מורכב מארבע שכבות חצי-מוליכים למחצה (p-n-p-n) כמו Thyristor קונבנציונלי, אבל זה תוכנן עם מבנה דחיסה שער רב-ממדי מאוד (תבנית דמוי אצבע זו מפחיתה את ההתנגדות המאוחרת יותר בתוך אזור קאטודה, ומאפשר שער שלילי יחסית להפרעה הזרם הראשי של GTO טיפוסי.

הבנייה הפיזית של GTO כוללת אלפי תאים קדומים המחוברים במקביל דרך מבנה השער.כל תא פועל כטקס זעיר, ואת ה-שער-קולודיה interדיגיטלation מבטיח שכל תא יכול להיות כבוי באופן אמין.תהליך ההיגוי דורש מינון מדויק ומתכת כדי להשיג התנהגות אחידה הפוכה; אחרת, הפצה לא נוכחית יכולה להוביל כתמים חמים ומודרניים.

הפרמטרים התפעוליים המרכזיים כוללים את זרם ההמראה המרבי (I TGQM), המגדיר את זרם הזעם הגבוה ביותר שניתן לכבות בבטחה עם כונן השער; הרווח של ה-U Obecniho (Ratio של anode הנוכחי ל-Sateways נוכחי), ואת זמן האחסון (עיכוב בין אות הפוך השער והתחלת עליית מתח). מעצבים חייבים להתאים בזהירות את יכולות ה-GTO לעומס, דרישות ניהול תרמי ומורכבות.

החשיבות הקריטית של GTOs בתעשיית הרובוטיקה

רובוטיקה תעשייתית בקנה מידה גדול כרוך עומסים אינטנסיביים גבוהים, האצה מהירה ודה-הפצה, ובקרת דיוק מומנט. ממירים אלקטרוניים Power חייב להתמודד עם אנרגיה רגנרטיבית במהלך deceleration, לספק פלטות כונן משתנה- ⁇ , ולשמור על יעילות גבוהה אפילו תחת עומסים מתפתלים. GTOs הם מתאימים במיוחד עבור משימות אלה כי הם משלבים כוח גבוה עם שליטה ישירה, מתעת יותר, אסטרטגיות מתוחכמות יותר (ממות) מתוחכמות גבוהה, מתפתלות (מפסת) ואפקטים).

בקרת מוטור ו- Frequency Drives

בדחפים משתנים (VFDs) עבור מפרקי רובוט כבד, מעכבי GTO מבוססי להפוך מתח DC קבוע לתוך קידוד משתנה, משתנה-voltage AC.זה מאפשר את אינדוקציה של הרובוט או קבוע מגנטי synSyncous מנועים לפעול בצורה חלקה על פני טווח מהירות רחב. GTOs לעבור תדרים עד כמה מאות הרץ - מספיק עבור רוחב הפס הנדרש על ידי פרופילים תעשייתיים מתקדמים, תוך כדי לחץ זרם גבוה של 2.

כלי נשק רובוטיים

עבור נשק רובוטי כבד, במיוחד אלה המשמשים בריחת, בולים, או טיפול גדול, הכוננים המנוע עשויים לצייר מאות ק"בלובט-אמפרים. GTO מבוסס מונעים לספק את יכולת הגדיל הנדרשת ועומס יתר על סובלנות.השער הופך להיות חיוני במצבים פגומים: אם מעגל קצר או מעל הזמן מתרחש, GTO יכול להיות כבוי במהירות, הוא מבסס את הזמן המהיר על ידי האלקטרוניקה או מחוספסת על ידי האלקטרומגנטים.

כוח מנבא ומיזוג אנרגיה

תאים רובוטיים רבים משלבים כוח DC כוח גבוהה אספקה המספקת שירותי ביניים DC עבור מספר כוננים. GTOs לשמש כ- DC-DC מקוטבים לווסת מתח, לבצע טעינה סוללות עבור רובוטים ניידים, או ליישם תיקון גורם פעיל כוח תיקון כוח.היכולת שלהם להתמודד עם מתח הפוך הנוכחי הופך אותם מתאימים לזרימת אנרגיה דו-כיבית, חיוני עבור מערכות גינון מחדש שבו אנרגיה קינטית מפחתת זרועות רובוטיות הוא התאושש וחזר לתוך ה- DC או אספקה AC.

מערכות חידוש אנרגיה

רובוטים תעשייתיים מודרניים פועלים לעתים קרובות במחזורים עם האצה תכופה ודהור. Regenerative braking יכול לשחזר עד 30% של האנרגיה שהושקעה, במיוחד בעומס גבוה, יישומי מחזור מהיר. GTO מבוססי Regenerative מערוץ את האנרגיה של המנוע האחורי-F חזרה אל מרכזי AC או לתוך מחפירי אחסון.

יתרונות השימוש ב-GTOs במערכות הרובוטיקה

בחירת GTOs על פני מכשירים אחרים של Semiconductor נובעת ממספר יתרונות שונים שמתאימים היטב לדרישות הרובוטיקה התעשייתית בקנה מידה גדול.

  • (FLT:0) מתח גבוה ויכולת טיפול נוכחית 1R: GTOs זמינים בדירוג עד 6 kV ו 6000 A, הרבה מעל הדירוגים האופייניים של IGBTs (אשר למעלה מ-6.5 kV אבל עם יכולת נוכחית נמוכה יותר בפועל). זה מקטין את הצורך שילובים מקבילים של מכשירים מתוחכמים יותר, מפשט את מעגל הכוח ושיפור האמינות.
  • (FLT:0) מעבר למהירויות FLT:1: בעוד לא מהר כמו IGBTs, GTOs יכול לעבור בתוך עשרות מיקרו-שניות - מספיק מהר לתאי המודולציה המשמשים ברוב הדחפים התעשייתיים.
  • (FLT:0) שליטה אמינה על זרימת החשמל 1:1; הפוך הנשלטת השער מבטל את הצורך מעגלים רבים, אובדן אובדן משקל.זה מפחית ספירת רכיב, משפר את היעילות ומאפשר רגולציה מדויקת של מתח פלט זרם הנוכחי.ההתנהגות הטבילה הטבה של GTOs במהלך התנהגות נורמלית גם מבטיח נמוך על ירידה בלחץ מתח, צמצום של הפסדים התנהגות מינימלית.
  • (FLT:0) תכונות בטיחות מתקדמות באמצעות יכולת תפנית מהירה (FLT):1: במקרה של תקלה (עיגול קצר, עומס יתר, או כישלון כונן שער), ניתן לכבות את GTO כמעט מיד על ידי יישום דופק שער שלילי.זה "הגנה עצמית" יכולת קריטית במערכות רובוט בעוצמה גבוהה שבו פגם מתמשך עלול לגרום נזק מכני או אש רבים.
  • (FLT:0) רובוטות נגד צגות ו transientsveFLT (:1: GTO יש יכולת גבוהה לגדילה הנוכחית (בדרך כלל 10 פעמים הדירוג שלהם עבור מספר מחזורים) ויכול לעמוד בדרג גבוה גבוה יותר של DV / קשקשים יותר מאשר מכשירים מודרניים רבים.זה הופך אותם סלחניים בסביבה תעשייתית קשה עם מתחים תכופים תכופים תכופים מתפתל, מעבר, או התחלות מוטוריות.
  • (FLT:0) ניהול תרמיל (FLT:1): בשל ירידה נמוכה יותר של מתח המדינה (בדרך כלל 1.5-2.5 V בדירוג הנוכחי) בהשוואה ל- IGBTs (אשר יכול להיות מתח של 2-4 V בזרמים גבוהים), GTOs dissipate פחות חום עבור אותו דירוג הנוכחי.

דרישות של GTO במערכות אלקטרוניקה

GTOs הם פרוסים במגוון של בלוקים המרה כוח בתוך הרובוטיקה התעשייתית.כל יישום מנף את המאפיינים הייחודיים של המכשיר כדי לפתור אתגרים הנדסיים ספציפיים.

שיטות תדירות שונות עבור בקרת מוטור

VFDs באמצעות GTOs לעתים קרובות להשתמש שישה-pulse או 12-pulse retifier שלב האכלה קישור DCHz, ואחריו מקור מתח מבוסס GTO (VSI) שלב inverter משתמש שישה GTOs (או יותר ברבים לסיסמאות) כדי לסנתז את ה- ACforms.היכולת לעבור הן על וגם דרך שער ה-VI עושה את ה-Fed כדי להפחית את ה-i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-F רגיל עבור יחידות הפעלה פשוטות יותר כדי להשיג רמות הפעלה פשוטות יותר.

כלי נשק רובוטיים

בכוננים סרבו עבור מפרקי רובוטים גדולים, GTO inverters לספק זרמי שיא במהלך האצה.רוב רובוטים כבדים משתמשים מנועים נהיגה ישירה ללא ארגזים הילוכים, הדורשים מומנט גבוה מאוד במהירויות נמוכות.הכונן GTO חייב להתמודד עם דרישות עדכניות כי יכול להיות משולש הדירוג המתמשך. GTO יכול לנהל בקצרה כמה אלפי אמפרסים ללא נזק, כל עוד על המדינה הוא מוגבל להפעלה מהירה של המפקד העליון של הבקר.

Power Converters ב- Automated Manufacturing Lines

מעבר לכוננים בודדים, קווי ייצור אוטומטיים לעתים קרובות כוללים אוטובוסים DC נפוצים אשר כוח תאים מרובים. GTO מבוסס rectifiers פעיל (המופעים מראש) למשוך סינוסאידים זרם מן מרכזי AC ומסדיר את מתח האוטובוס DC. זה מקטין זיהום הרמוני ומשפר את גורם הכוח. במערכות מרובות-axis, אנרגיה רגנרטיבית מציר אחד יכול להיות מוזן אחד דרך משותף, GTO מאפשר זרימת אלה כדי להפוך את זה אידיאלי עבור ארכיטקטורת GTO.

מערכות אנרגיה ושיקום

חיתוך GTO עקיף שולט בזרימת האנרגיה במהלך ההתחדשות.הם להמיר את מתח AC מהטרמינלים של המנוע (כאשר פועל כגנרטור) ל- DC שיכול להאכיל את האוטובוס או לטעון בנקים supercapacitor.היכולת להסדיר במדויק את המתח ואת הזרם בכל ארבעת המרכיבים של הפעולה (מעבור מנוע, מכוונן, הפוך, הפוך), הופך את המנוע, לאחור) חיוני עבור שליטה מהירה של GTO מאפשר להפעיל את רמות הלחץ הנוכחי.

השוואה עם IGBTs ו-Euroing Technologies

בשני העשורים האחרונים, IGBTs הפכו דומיננטיים בדחפים תעשייתיים של כוח בינוני (עד כמה מאות קילווואט) עם זאת, בטווח הכוח הגבוה ביותר - מעל 1MW לכונן - GTO עדיין להחזיק קצה. IGBTs הם מודולרי, קל יותר לנהוג שער (לחזור רק מקור מתח), ולעבור בתדרים גבוהים יותר (עד 20 kHz), אשר עדיין להפחית את הפחתת התוכן המקבילה הנדרשת לתנוחת שתן הנוכחית.

GTOs, לעומת זאת, יש הפסדים נמוכים יותר על המדינה בזרמים גבוהים מאוד ניתן לבנות כמו מכשירים בודדים טיפול רמות כוח קיצוניות.עיגולי כונן השער שלהם הם מורכבים יותר, הדורשים מגברי הדופק עתירי הדופק גבוהים עבור Turn-on ו- Turn-off (בדרך כלל 10-30 A עבור אות האחסון של GTO משתנה גם עם טמפרטורה ומורכבות הנוכחית, להוסיף ל-JF באופן קבוע מעל ל-GBT רגיל יותר מאשר IF רגיל של פונקציות עבודה מפורטות (בדרך כלל) מאשר IF רגיל יותר מאשר IF רגיל יותר מאשר ITO מאשר IFERCVT) מאשר ITO מאשר IFERLUSL.

טכנולוגיה מתפתחת נוספת היא ה-Integrated Gate-Commutated Thyristor (IGCT), המשלבת את ה- GTO ואת שער הכניסה שלה לתוך מודול יחיד, השגת תור מהיר ואמינה יותר באמצעות מעגל כונן קשיח.IGCTs מחליפים יותר ויותר את GTO במתקנים חדשים של כוח גבוה כי הם עוברים מהר יותר (בזמן הפוך סביב 1-2 מיקרו-שני) ועושים שימוש נמוך יותר של מערכות AGF, אך עדיין תוכנן מחדש של יישומים IGF.

סיליקון Carbide (SiC) וגליום Nitride (GaN) מכשירים מתעוררים עבור כוח נמוך, יישומים גבוהים, אבל הם לא יכולים כיום להתאים את המתח / דירוגים הנוכחיים של GTOs עבור רובוטיקה בקנה מידה גדול. SiC מבוסס thyristors נמצאים בפיתוח אבל עדיין לא קיימא מבחינה מסחרית עבור כוננים תעשייתיים רב-מאט., GTOs ו- IGCTs ימשיכו להיות בשימוש עבור רמות הכוח הגבוהות ביותר עבור זרם גבוה ביותר עבור זרם גבוה יותר.

דרישות עבור מערכות כוח מבוססות GTO

בעת יישום GTOs במערכות כוח רובוטיות תעשייתיות, מהנדסים חייבים להתמודד עם מספר אתגרים עיצוביים.יחידת כונן השער חייב לספק מעבר קבוע על-pulse (בדרך כלל 10-30 A) כדי להצמיד את המכשיר, ואחריו זרם מתמשך של סביב 1 A כדי לשמור על התנהגות.להפוך את זה, מתח שלילי (בדרך כלל -15 V) מוחל, להוציא דופק גדול של זרם הנוכחי של מחזור זרם (בקרוב) להפחתה מהירה יותר של מחזור חום (בטווח) מתוכנן עד 30D).

גורם חשוב נוסף הוא המתח הדינמית של שער-קטהודי במהלך ההמראה.אם הרווח של הספין- off אינו מספיק, כמה תאים קטואדה עשויים שלא להיפסק, מה שמוביל להרס הנוכחי וההרס הסופי של מעצבי הכונן של שער משתמשים לעתים קרובות בגישה "קשה לנהוג" - החלתחול גבוה לאחור זרם למשך זמן קצר - כדי להבטיח שכל התאים יכבו באופן אחיד.

פיתוחים עתידיים ותפקידם של GTO

בעוד IGCTs ו- Press-pack IGBTs הם בהדרגה ממקם את GTOs בעיצובים חדשים כוח גבוה, GTOs להישאר נפוץ מתקנים קיימים וביישומים הדורשים יציבות קיצונית.התפתחויות בכונן השער ICs ומעבדי אותות דיגיטליים מאפשרים שליטה מדויקת יותר של GTO מעברי GTO, צמצום ההתערבות האלקטרומגנטית (EMI) מתמקדת ב-temp-GTOs (קיבולת הפעלה של צומת) בטמפרטורה מלאה של 175 מעלות צלזיוס, בנוסף לפשטות (Ricated) כדי לשפר את הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת ה-RTO.

מגמה נוספת היא רטרוטובינג של רובוט מבוסס GTO מבוגר עם בקרה מודרנית. במקום להחליף את ערמת הכוח כולה, שדרוגים באמצעות בקרים מודרניים בכונן השער עם תקשורת אופטית וסימונים מתקדמים יכולים להאריך את חיי המערכת.שדרגות אלה להפחית את זמן השבת ולשפר את יעילות האנרגיה ללא עלות הנהיגה החדשה. בהקשר של תעשייה 4.0 ומפעלים חכמים, מערכות כוח GTO יכולות להשתלב עם אלגוריתמים מנבאים או אלגוריתמים (ת) באמצעות אלגוריתמים מתקדמים.

לקבלת תובנות מחקר על עתידם של מכשירים למחצה בעלי כוח גבוה רובוטיקה, ייתכן שתתייחסו ל-FLT:0 [המחקר הזה על מכשירים מוליכים למחצה בעוצמה גבוהה עבור רובוטיקה תעשייתית: 1.] הוא מדבר על הבורסות בין GTOs, IGCTs, IGCTs, IGBTs ביישומים רובוטיים מתעוררים.

מסקנה

שער תור-Off Thyristors היה אבן הפינה של מערכות כוח רובוטיות תעשייתיות בעלות עוצמה גבוהה במשך עשרות שנים, היכולת שלהם להתמודד עם מתחים קיצוניים וזרמים, בשילוב עם הנוחות של היפוך מבוקר, הופכת אותם לחסרים עבור יישומים כבדים כגון עומס גדול של רובוטים, קווי ייצור רב-TO, ומערכות אנרגיה רגנרטיביות, בעוד טכנולוגיות חדשות יותר כמו IGCT ו-GB יכולות להמשיך את היכולות הגבוהות יותר של ניהול חשמל, כמו GTO-G.