Demir Traction Power Systems'de Güç Diodları Kullanımı

Demir Traction'daki Power Diodes'a Giriş

Elektrifikasyon demiryolu sistemleri, şebeke enerjisini sabit altyapıda ve her iki sabit sistemlerde de dönüştürmek için son derece güvenilir bir güç dönüştürme sistemlerine bağlıdır.Bu makale, demiryolu kanallarını ve karmaşık motor kontrollerini inceler, ön uç güç dönüşüm sistemleri genellikle daha temel bir bileşene dayanır: güç diyotları, ve ortaya çıkan geniş bantlı sistemler.

Yüksek Voltage Diodes'un Temel İşletim Prensleri

Power diyotlar düşük imzalı diyotlardan önemli ölçüde farklıdır. Yüzlerce veya binlerce voltu ters yönde engellemek için tasarlanmıştır, yüzlerce veya binlerce amplifikü ileri önyargıya yol açan bir güç diyotları, bir intrinsic (I) tabakasının ağır bir şekilde dolanan bir P+ ve N+ bölgesine kadar uzanır.

Traction Duty için Anahtar Elektrik Parametreleri

Bir demiryolu uygulaması için bir güç diyotunu seçmek birkaç özel dereceye kadar dikkat gerektirir:

[FONT:0)Repetitive Peak Ters Gerilim (V_)RRM)[Dönetici:0)En yüksek üst geri dönüş gerilimi, diyotun tekrar tekrar tekrar dayanabileceğini tanımlar.Dörtücükler 2.5 kV'den 6.5 kV'ye kadar aralığına kadar.
[FONT:0)Average Forward Current (I_)FAV)[Dönetici:0)[Dönetici:0))) Belirli bir durum ısısı ve iletim açısı için tanımlanabilir (örneğin, 180° sine dalga).
[FONT:0]Surge Current Capability (I_)FSM)[Dönetici:0))En yüksek rekabetsiz zirvede diyot kısa bir süre dayanabiliyor (daha sonra 10 ms yarı-sine) Bu derecelendirme, sabit devrelerde hayatta kalan kısa devreler ve hata olayları için kritiktir.
[FONT=0)Junction Sıcaklık (T_)j)[Dönetici:0))[Dönüşük ortam, geniş sıcaklık akışlarına maruz kalır. Cihazların T_değerleri)
[FONT=0)Reverse Recovery Davranışı:[Dönetici:[Dönetici:0)))))))))) ve geçiş zamanı (Dört: 5))) Boşluk tasarımı sırasında diferansiyelde depolanır ve kayıpları değiştirir.

Yumuşak vs. Abrupt Recovery

Ters kurtarma özelliği diyot seçiminde büyük bir faktördür. "yumuşak" kurtarma özellikleri yavaş yavaş yavaş yavaş geri akım, miniz elektromanyetik müdahale (EMI) ve gerilim aşırı yükleme için tercih edilir. "Abrupt" kurtarma diyotları kontrol edilen yumuşaklık ile yüksek frekanslı tırnaklar için gereklidir.For traksiyon uygulamaları için, yumuşak-recovery diyotlar genellikle line-fretification için tercih edilir, hızlı-recovery diyots kontrollü yumuşaklık ile çalışırken, yüksek frekanslı yardımcı dönüştürücüler için gereklidir.

Power Diodes in Traction Substations

DC traksiyon sistemleri 600 V, 750 V, 1500 V veya 3000 V, alt istasyon seviyesinde AC-to-DC dönüşüm gerektirir. Güç diyot bu dönüşüm aşamasının işhorlarıdır.En yaygın topolojiler 12pulse ve 24pulse retifiers, hangi denge, verimlilik ve grid harmonik uyumluluk gerektirir.

12Pulse ve 24Pulse Rectifier Topologys

Basit bir 6pulse köprü, iki ikincil rüzgarlı (bir delta-bağlantılı) bir teknik olarak, IEEE 519, modern traksiyon alt istasyonlar kullanımı 12pulse diyotlar kullanılarak yapılır. Bu sistem, iki ikincil rüzgarlı (bir delta-bağlantı ile) bir araya gelir.

Daha katı harmonik gereksinimler için, 24pulse retifiers kullanılır. Bunlar, ağ kapasitesinin sınırlı olduğu iki 12pulse birimi birleştirir.

Diode İnşaat ve Alt İstasyonlar için

Yüksek güç çekişi, silikonun yüksek basınçını (örneğin) ile yüksek çözünürlükte kullanımdan oluşur.[Dönetici:2) veya [[Döneticileri [Döneticileri) ile birlikte, baskıya dayalı olarak, yüksek çözünürlükte bulunan ve genellikle otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak ayarlanan bir şekilde ayarlandığında, otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak

Koruma ve Snubber Devreleri Substations

Alt istasyonda Diode başarısızlığı ciddi bir olaydır. RC snubber ağları, geri dönüş sırasında üretilen gerilim artışını kontrol etmek için her diyotun arasında bağlantılıdır.The stray in the busbars and the dönüştürücü tepkisi interacts with the diyot's more-type ultra-fast, siyon.

Gemi Gücü Mimarileri

Kamyon stoklarında, güç diyotları trenin mimarisine bağlı olarak birkaç farklı işleve hizmet eder.

AC Locomotives ve DC Link

Geleneksel AC lokomotifinde (dördüncü V veya 25 kV'de göz ardı edilen DC bağlantısını besleyen yüksek gerilimli bir diyot köprüsünü yeniden üretir.Bu köprü, DC bağlantısını besleyen, daha yüksek lokomotiflerde, bu DC bağlantı doğrudan doğruya doğru bir şekilde DC motorlarını bir chopper devreleri ile kullanır.

Klasik VSI lokomotifinde diyot köprüsü basittir ve sağlamdır. Ancak, bu yönlendirmeli devrede aktif olarak IGBT'leri yeniden düzenlememeye zorlayan 4Quadrant (4Q) dönüştürücünün geliştirilmesine yol açan standart bir köprüdür; bu geçişe rağmen, düşük maliyetli bir köprünün tercih edilen çözümü düşük maliyetli bir şekilde azaltılmalıdır.

DC-Supplied Systems ve Freewheeling Diodes

DC ağlarında (750 V, 1500 V veya 3000 V) çalışan trenler, geri yükleme için bir adım atma dönüştürücü gerektirmez. DC, üçüncü demiryolundan veya üst telden gelen ve traksiyondan uzak durmuş durumda.Bu sistemlerde, güç diyotları, her biri trafiğe bağlı bir diyotun içinde bütünleşik bir tamponluğa sahip olur.

Yardımcı Güç Birimleri (APUs)

Her tren, düşük gerilim DC tedariki (24 V veya 110 V) kontrol sistemleri, aydınlatma, sıkıştırma ve batarya şarj gerektirir.Bu, yardımcı güç dönüştürücüsi:1) ile giriş, APUD bağlantılarından 50 kHz aralığındaki geçişleri ele geçirmek gerekir. yüksek gerilim DC-DC dönüştürücü veya küçük bir dönüştürücü, dönüştürücüler bir dönüştürücüyü beslemeler için yüksek çözünürlükte gecikmeler nedeniyle yüksek çözünürlükte yeniden tanımlanır.

Rejeneratif Braking ve Uniyly Limit

Standart diyot geri yüklemenin uygulanabilirliği, mevcut akışı geri döndürmek için anahtar bir sistem tasarımıdır. Bir tren tekrarjeneratif frenleme kullanarak, trafiğe dönüşen motorlar jeneratörler haline gelir.Bu enerjiyi yakalamak için line gerilimi çok yüksekse, aktif bir önyükleme sistemi yerine getirir.In AC systems with diyot ön uçları ile, rejeneratif sistemlere geri dönüşen üst düzeye geri dönüşen yük devreleri otomatik olarak geri yüklemesi gerekir.Bu, yüksek frenleme senaryolarında önemli bir enerji kaybı anlamına gelir.

Termal Stres ve Koruma Devreleri

Kanal diyotları için termal ortam ciddidir. Yüksek Orta çevre sıcaklıkları, sınırlı ekipman odaları ve yüksek akım dalgalanmaları limitlerine sıkıştır. Termal yönetim birincil bir mühendislik odaktır.

Soğutma Stratejileri

Düşük güç yardımcı dönüştürücüler için, doğal konveksiyon ısıtıcıları yeterli olabilir. yüksek güç çekişli retifiers, yüksek seviyeli fanlar kullanılarak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, ısıtıcı ve ana hat lokomotifleri, sıvı soğutma (toplama) 1,5 °C'nin altında ısıtılabilir.

Stres Azaltımı: Snubbers ve Yumuşak Kurtarma

Alt istasyon bölümünde tartışılan gibi, snubbers gereklidir. ancak, snubber'in yerleştirilmesi kritiktir. Low-inductance bus barları ve yakın fiziksel yerleştirme, güç taşıyıcılarını diyot terminallerine indirerek, yükleyicileri azaltın.UseurFLT:0)soft kurtarma).

Strategies ve Koordinasyon

Diode başarısızlık genellikle kısa bir devrede sonuçlanır. DC bağlantıdan veya AC tedarikten gelen hata hızla temizlenmelidir. Semi-conductor füzyonlara karşı (aR tipi) özellikle bu görev için tasarlanmıştır.Eğer çok hızlı bir şekilde uçabilirse, nuisance gezileri normal motor başlangıç veya çizgide oluşabilir.

Karşılaştırmalı Analiz: Diode Reliability and Future Trends

PN kavim diyotunun temel fizikleri değişmemiş olsa da, paketleme ve malzemeler hızla gelişiyor.

Standart Diode'nin gecikme avantajları

Güç diyotu hizmette kalır, çünkü doğal olarak basit ve sağlamdır. Bir diyot bir kapı sürücüsü, izole güç tedariki veya karmaşık kontrol döngüsü gerektirmez. İleri gerilim düşüşü nispeten düşük (0.7 V ila 1.5 V) yüksek gerilim IGBT (2.0 V to 3.5 V) ile karşılaştırıldığında, bu, aktif olarak geçiş yapan bir cihaz tarafından karşılaştırıldığında daha verimli hale gelir.

Silikon (SiC) Schottky Diodes

SiC Schottky diyotları, güç yenidenikasyonunda en büyük teknolojik değişimleri temsil eder.Onlar tek kutuplu cihazlardır, yani dönüştürücü ve filtre bileşenlerin büyüklüğü ve ağırlığına sahip değildir.)SiC Schottky diyotları neredeyse sıfırdır.Bu, yardımcı güç malzemelerinin (FLT) zaten ticari hizmette çalışmasını sağlar ve kabul edilebilirlik süreleri 500 kHz) standarttır.

Başarısızlık Modular ve Durum İzleme

Elektrik diyotlarının mühendislere daha güvenilir sistemler tasarlamaya nasıl yardımcı olduğunu anlamak.En yaygın başarısızlık modu [Ücretsiz bisiklet yorgunluk[Dönder: 1). Sıcaklık artışı sırasındaki yanlış eşleştirme (CTE) ile silikon wafer arasında, molybdenum elektrode ve seramik konutlar mekanik strese neden olur.

[FONT:0)Cosmic radyasyon[[Dönetici:0) Başka bir önemli başarısızlık mekanizmasıdır, özellikle yüksek gerilim diyotları (above 3.3 kV) Yüksek enerjili nötronlar kozmik ışınlardan ameliyat edilen yüksek gerilimler, yerelleştirilmiş bir kısa devre (Tek Event Burnoutur) ile yüksek çözünürlükte belirlenen hızlarda (Dönemli yüksek gerilimler) yüksek gerilimler yapılmasını tavsiye eder.

Durum izleme sistemleri, ileri gerilim damlasını takip etmek için geliştiriliyor (V_)F), belirli bir mevcut durumda, V_{)[D[DDDD][D][FONT][FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=I=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=TRNT=FONT=FONT=FONT=I=I=FONT=FONT=FONT=I=I=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT}

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Power diyotlar demiryolu traksiyonu güç sistemleri için temel bir teknoloji olarak kalır. Yüksek gerilim alt istasyon dönüştürücüleri, DC bağlantılarında ve yardımcı güç malzemelerinin verimlilik ve enerji yoğunluğunu artırırlar ve basitleştirici kapasiteleri, yüksek çözünürlükte bile, gelişmiş aktif redüksiyonlar ile onları zorlaştırır.