Pengantar untuk Tiristors

Tiristors adalah perangkat semikonduktor empat lapis yang berfungsi sebagai switch yang dapat dibanjiri, melakukan arus hanya setelah pemicu gerbang dan sisa lat yang tersisa sampai tetesan saat ini di bawah ambang batas tahan. Kemampuan mereka untuk menangani tegangan tinggi dan arus dengan kerugian konduksi rendah membuat mereka tidak dapat dibanjiri dalam sistem listrik yang berat. Dalam traksi kereta api, di mana tuntutan daya dapat melebihi beberapa megawatt, tiristor menyediakan kerah, efisiensi, dan kontrol yang dibutuhkan untuk operasi yang dapat diandalkan. Tidak seperti switch mekanik, mereka menawarkan switching minimal dan memakai, keuntungan kritis dalam lingkungan yang ditujukan dengan getaran yang keras, suhu yang ekstrem, dan suara listrik.

Peranan Tiristor dalam Traksi Kereta Api

Sistem traksi kereta api modern pursion membutuhkan manajemen yang tepat dari listrik dari jalur katenari overhead atau rel ketiga ke motor traksi . Thyristors adalah pusat untuk konversi elektronik daya ini, memungkinkan AC-to-DC dan konversi DC-to-AC dengan tegangan terkendali dan arus. Mereka dipekerjakan dalam rectifiers, inverter, dan DC chopper, membentuk tulang punggung kontrol propulsi dalam unit ganda listrik (EMUs), lokomotif, dan kendaraan rel ringan. Daerah-daerah aplikasi termasuk rectifier terkontrol untuk keluaran variabel DC dan dalam reverter untuk pengereduksi dan AC kontrol motor.

Pemercaya yang Dikontrol

Pemicu kendali berbasis Thyristor mengubah pasokan AC dari garis overhead menjadi tegangan DC yang dapat disesuaikan untuk motor traksi DC. Dengan bervariasi sudut tembak thyristor, insinyur dapat mengatur tegangan motor, memungkinkan percepatan halus dan deselerasi tanpa daya resistor daya besar. Awal thyristor drive menggunakan jembatan yang dikendalikan fase (misalnya, single-phase atau three-fase sepenuhnya dikendalikan jembatan) untuk menghasilkan ripple-free DC. Desain modern dalam kontrol sekuensi untuk mengurangi distorsi harmonik dan meningkatkan faktor daya. Kemampuan untuk mengendalikan tegangan secara terus menerus memungkinkan untuk menangani gradien dan kondisi beban yang bervariasi.

Penolak untuk Pengereman Regeneratif

Dalam sistem traksi AC, inverter tegangan-sumber (VSI) menggunakan thyristor mengubah DC dari garis atau baterai menjadi AC frekuensi variabel untuk motor sinkron induksi atau magnet permanen. Kemajuan yang signifikan adalah penggunaan thyristors (GTO) gerbang yang berubah atau baterai menjadi AC frekuensi-frekuensi untuk motor sinkronistors induksi atau magnet permanen. Sebuah kemajuan yang signifikan adalah penggunaan thyristors (GTOs) dan thyristors (GCTs) yang terintegrasi gerbang-commutasi (IGCTs) yang memungkinkan proses pengeremutasian paksa. Selama pengeretak regenerasi, motor traksi bertindak sebagai generator, dan inverter beroperasi dalam mode terbalik untuk mengubah AC kembali ke DC. Energi DC dapat disease ke atas line yang digunakan oleh kereta atau sistem penyimpanan energi lain di Thytorboard memudahkan aliran daya ini dengan daya yang tinggi melalui sistem penyimpanan listrik, mengurangi konsumsi energi yang tinggi dengan menggunakan energi tinggi.

Jenis Thyristor Lanjutan dalam Traksi Modern

Sementara thyristors kontrol fase konvensional (SCRS) masih digunakan dalam beberapa sistem warisan, traksi modern inverter menggunakan perangkat yang lebih canggih:

  • EUSLT:0]]Gate Turn-Off Thyristors (GTOs): Dapat dimatikan oleh pulsa gerbang negatif, menghilangkan kebutuhan akan sirkuit komutasi massal. GTO banyak digunakan dalam inverter traksi daya tinggi untuk lokomotif dan kereta kecepatan tinggi.
  • [[OTOFT:0]] Mengintegrasikan Thyristritors Terintegrasi Gerbang (IGCTs): Menggabungkan kerugian konduksi rendah dengan kecepatan switching cepat, membuatnya cocok untuk topologi multi-level inverter. IGCT menawarkan keandalan yang lebih tinggi daripada GTO karena unit gerbang terintegrasi dan mengurangi persyaratan snubber.
  • [Charle]Silicon Controlled Rectifiers (SCRs): Masih ditemukan di sirkuit helikopter DC untuk LRV yang lebih tua dan beberapa pasokan daya tambahan, meskipun sedang difasekan oleh IGBT.

[EfolfLT:0]] IGCTs daya tinggi ABB mencontoh keadaan seni, menangani beberapa kV dan kA dengan kerugian switching rendah.

Keuntungan Menggunakan Tiristor dalam Sistem Perkeretaapian

  • [[ZEZALT:0]] Pengendalian Kekuatan Tinggi:] Thyristor dapat mengelola arus puncak beberapa ribu amper dan menghalangi tegangan hingga 10 kV, memenuhi tuntutan kereta berat-haul dan kecepatan tinggi.
  • [Efleksi:0]]Efficiency:[[FLT:]] Rendah ON-state voltase drop (thypical 1 ⁇ V) mengakibatkan kerugian konduksi minimal dibandingkan dengan transistor bipolar pada tingkat arus yang serupa.
  • Keandalan:]Kemampuan: Pembangunan yang disadap tanpa masalah putus maju dan kapabilitas arus gelombang tinggi memastikan kehidupan layanan yang panjang di bawah operasi berkelanjutan dan kesalahan transien.
  • [[ChalfLT:0]] Kean Fleksibilitas Kontrol: Sirkuit penembakan gerbang tingkat lanjut memungkinkan penyesuaian yang tepat dari tegangan output dan frekuensi, memungkinkan kontrol traksi bertunjang halus dan pemulihan energi.
  • [5] [5] [5]Cost-Effectiveness: Untuk peringkat daya yang sangat tinggi (multi-MW), tiristor tetap lebih ekonomis daripada modul IGBT, khususnya dalam aplikasi frekuensi-baris.

Tantangan dan Solusi

Dengan kekuatan mereka, thyristors menghadirkan tantangan desain. Sifat latched mereka berarti mereka tidak dapat dimatikan melalui kontrol gerbang di SCR konvensional, necessiting commutasi paksa atau non-crossing alami — membatasi frekuensi operasi. Inverter daya tinggi menggunakan GTOs/IGCTs membutuhkan sirkuit penggerak gerbang kompleks dan jaringan snubber untuk mengontrol di/dt dan dv/dt selama switching. Manajemen termal juga kritis: densitas arus tinggi menghasilkan panas yang signifikan, menuntut sistem pendinginan cairan dalam drive traksi modern. Solutions termasuk menggunakan air-cooled wastafel dengan bahan canggih antarmuka termal, dan pemantauan suhu yang dapat dipaning, dan pemantauan secara nyata melalui sensor real.

Evolusi semikonduktor daya berlanjut. Perangkat ikat-lebar seperti silikon karbide (SiC) MOSFETs dan gallium nitride (GaN) FET muncul untuk auxiliarion traksi tegangan yang lebih rendah, tetapi untuk propulsi utama pada tegangan di atas 3 kV, teknologi thyristor tetap kompetitif. Modul Hybrid menggabungkan IGCTs dengan press-pack pack pack pack packageging menawarkan peringkat terkini yang lebih tinggi dan peningkatan mode kegagalan arus pendek. Ketersediaan lain adalah adopsi dari multi-level converter (e.g., netralpoint-ped-modeding atau modul multi-level) yang menggunakan banyak thytor use untuk mengubah output toroid, mengurangi torsitorsiasi motorik dan kerusakan secara harmonisasi yang sering terjadi pada jaringan elektronik[TFL]][TFLEFL]][TFL]]]

Kekecualian Kesimpulan

Thyristors tetap menjadi batu penjuru kontrol daya traksi kereta api, dari penggerak DC klasik untuk meningkatkan propulsi AC dengan pengereman regeneratif. Tegangan tinggi dan kapabilitas arus mereka, dikombinasikan dengan meningkatkan kinerja switching melalui IGCTs dan GTOs, memastikan mereka akan terus dipekerjakan dalam sistem rel yang paling menuntut di dunia. Sebagai operator kereta api mendorong untuk efisiensi energi yang lebih besar dan menurunkan biaya daur hidup, elektronik daya berbasis thyristor akan berevolusi bersama algoritme kontrol digital dan alternatif pita lebar, mempertahankan relevansi mereka untuk dekade. Untuk membaca lebih lanjut, lihat [[TFLL:Rviews over powers:TFL]] traksi elektronik[TFL]] Sistem komunikasi:[TFL]]