Introduzione ai Thyristors: I cavallucci da lavoro dell'elettronica di potere

I tiritori sono una famiglia di dispositivi semiconduttori che funzionano come interruttori elettronici, in grado di controllare grandi quantità di energia elettrica con alta efficienza.

Applicazioni nei sistemi di energia solare

Gli array solari fotovoltaici (PV) producono corrente diretta (DC), ma la maggior parte dei carichi e la rete elettrica operano su corrente alternata (AC). La conversione di DC in AC con alta efficienza e affidabilità è il dominio primario dei tiristori in energia solare.

Inverter Grid-Tied e Off-Grid

I sistemi di trasmissione a distanza per i convertitori a corrente alternata e i sistemi di trasmissione a distanza (microsecondi e nanosecondi) consentono il controllo della modulazione a larghezza di impulso (PWM), che modella l'uscita AC per adattarsi alla tensione della griglia, alla frequenza e alla fase.

Monitoraggio del punto di potenza massimo (MPPT)

Irraggiamento solare e temperatura costantemente fluttuano, causando il punto di funzionamento ottimale (punto di potenza massimo) di un array fotovoltaico a spostare. I tiri sono parte integrante dei circuiti MPPT che regolano dinamicamente il punto di funzionamento elettrico dei pannelli.

Regolatori di carica e gestione della batteria

Nei sistemi solari con memoria della batteria, i tiristori servono come elementi di commutazione principali dei controllori di carica. Regolano la corrente di carica per evitare sovraccarico e scarico profondo, prolungando la durata della batteria. Un tiristor di serie può essere acceso quando la tensione della batteria scende sotto un punto impostato e spento (commutando naturalmente la corrente a zero) quando la batteria è piena.

Circuiti di protezione e rilevamento di guasti ad arco

Se si verifica una condizione di guasto come uno sciopero fulmine o una rete transiente, un tiristor può essere attivato per cortocircuitare il bus DC, bloccando la tensione a un livello sicuro e dirigendo la corrente di guasto a terra.

Applicazioni dell'energia eolica

Le turbine eoliche generano una frequenza variabile, una potenza AC a tensione variabile a causa delle variazioni della velocità del vento. I Thyristors sono componenti chiave nell'elettronica di potenza che converte questa AC selvaggia in potenza stabile compatibile con la griglia.

Convertitori di potenza per turbine eoliche a velocità variabile

Le turbine a vento a velocità variabile moderne utilizzano un generatore di induzione a doppia accensione (DFIG) o un sistema a piena conversione. Nei sistemi di turbina DFIG, i tiritori vengono utilizzati nel convertitore a rotore per controllare le correnti del rotore, consentendo un funzionamento a velocità variabile mantenendo la frequenza dello statore costante.

Avvicinatori morbidi per generatori di induzione

Nelle turbine a vento a velocità fissa più vecchie con generatori di induzione a scoiattolo, il collegamento diretto alla griglia causerebbe una grande corrente di inrush (fino a 6-7 volte corrente nominale) e un transitore a coppia grave che potrebbe danneggiare il cambio.

Compensazione di potenza reattiva e stabilità della griglia

I reattori controllati da Thyristor (TCR) e i condensatori a tiristor (TSC) vengono impiegati come parte di SVC. I TCR utilizzano le valvole di tiristor per variare l'effettiva induttanza di un reattore controllando l'angolo di cottura, fornendo un continuo assorbimento di potenza reattiva.

Controllo di potenza idroelettrica

Impianti idroelettrici, in particolare quelli con stoccaggio pompato, si affidano alla tecnologia di tiro per una efficiente conversione di energia e sincronizzazione della griglia.

Sistemi di eccitazione statica

I grandi generatori di corrente idrogeno utilizzano i generatori di corrente continua (esciti sincroni), ma i sistemi di eccitazione statica che utilizzano i rettificatori di tiristor sono ora standard. In un eccitatore statico, un ponte di tiro consente di correggere l'uscita di corrente alternata dai terminali del generatore (o da una sorgente separata) per fornire la corrente di campo DC.

Avviamento a frequenza variabile per lo stoccaggio pompato

Le centrali idroelettriche a pompaggio utilizzano turbine a pompa reversibili che possono generare elettricità o pompare acqua in un serbatoio superiore. L'avvio della modalità pompa richiede un'unità di frequenza variabile per accelerare il motore/generatore dalla velocità di stazionamento alla velocità sincrona prima di sincronizzare con la griglia.

Integrazione della griglia: HVDC e FACTS

La trasmissione in massa di energia rinnovabile da luoghi remoti (fornitori eolici offshore, grandi parchi solari nei deserti) richiede spesso linee di corrente diretta ad alta tensione (HVDC) . Le valvole di Thyristor sono il nucleo di sistemi di convertitore di linea-commutato (LCC) HVDC, che sono stati il cavallo di lavoro di trasmissione di tensione a lunga distanza per decenni.

I sistemi di trasmissione AC flessibili (FACTS) si affidano anche a tiristori. I Compensatori statici Var (SVC) che combinano TCR e TSC sono utilizzati per stabilizzare la tensione al punto di interconnessione delle piante rinnovabili. I condensatori a vento Thyristor-Controlled (TCSC) possono regolare dinamicamente la reattività delle linee di trasmissione, aumentando la capacità di trasferimento di energia e smorzando le oscillazioni di potenza.

Vantaggi e limitazioni dei Thyristors nei sistemi rinnovabili

Vantaggi chiave

  • Alta gestione di potenza:[[] I tiristori possono passare le correnti da pochi amplificatori a migliaia di amplificatori e tensioni fino a diversi kilovolt, rendendoli adatti per installazioni su scala di utilità.
  • Robustibilità:[] Sono meno sensibili alle tensioni e ai picchi correnti rispetto a molti altri dispositivi semiconduttori, con un'eccellente capacità di sovratensione (fino a 10 volte nominale per brevi periodi).
  • Low On-State Tensione Goccia:[] Una caduta di tensione in avanti del tiristor è tipicamente 1-2 V, che porta a perdite di conduzione basse rispetto ai transistor ad alta tensione, specialmente alle alte correnti.
  • Cost‐Effective:[ Per applicazioni ad alta potenza, bassa frequenza (ad esempio, commutazione della linea 50/60 Hz), i tiristori sono significativamente più economici per kVA rispetto a IGBT o altri switch completamente controllabili.
  • Affidabilità Proven: Con oltre 60 anni di sviluppo, i tiristori hanno una lunga traccia di funzionamento senza problemi in ambienti difficili (alta temperatura, umidità, polvere).

Sfide e limitazioni

Nonostante i loro vantaggi, i tiri hanno limitazioni che gli ingegneri devono affrontare. Il controllo del tuo reticolo è limitato:] una volta che un regolatore convenzionale SCR è attivato, si attiva e può essere spento solo riducendo la corrente sotto la soglia di tenuta (commutazione).

Tendenze future: Thyristors in un paesaggio di potere che cambia

Il settore dell'energia rinnovabile si sta evolvendo rapidamente, con i semiconduttori a banda larga come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di galileo (GaN) che promette anche maggiori efficienze e velocità di commutazione.

Conclusioni

I progetti di tirisssione di potenza [LTri] sono attivi per la nuova tecnologia di risanamento di energia [Sistema di sviluppo di sistemi di tisbiologia di sviluppo] [Sistema di sviluppo di sistemi di timbrizzazione di HLT-SWT] [Sistema di sviluppo sostenibile di sistemi di riciclo di energia] [Sistema di sviluppo di sistemi di produzione di energia] [Sistema di sviluppo di energia]