Вступ до престолів

Тиристори - це чотиришарові напівпровідникові пристрої, які функціонують як бістабільні вимикачі, що проводять струм тільки після запуску воріт і залишилися затримані до поточного падіння нижче рівня проходу. Їх здатність обробляти високі напруги і струми з низькими втратами проводів робить їх незамінними в важких електричних системах. У залізничному тракті, де попити потужності можуть перевищити кілька мегаватів, тиристори забезпечують надійну, ефективність і контроль, необхідний для надійної роботи. На відміну від механічних вимикачів, вони пропонують швидке перемикання з мінімальним дуговим і зносом, критичну перевагу в суворих середовищах, підданих до, температурних екстремальних і шумових електричних.

Роль гірістів в залізничному тракті

Сучасні системи залізничного тягового захисту вимагають точного управління електричною потужністю від накладних катанні ліній або сторонніх рейок до тягових двигунів. Тиристори центральні до цієї потужності електронної перетворення, що дозволяє AC-to-DC і DC-to-AC перетворення з контрольованою напругою і струмом. Вони зайняті у випрямлячах, інверторах і ємностях постійного струму, формування задню частину регулювання пропульских в електричних кількох одиниць (EMU), локомотивів, і легких залізничних транспортних засобів. Ключові області застосування включають керовані випрямлячі для змінного струму і інвертори для регенеративного гальмування та векторного контролю змінних двигунів змінного струму.

Контрольні випрямлячі

Підсилювачі на основі тиристора перетворюють блок живлення від лінії накладки накладки DC для двигунів тяги постійного струму. Варіативно кут нахилу тиристора, інженери можуть регулювати моторну напругу, що дозволяє плавне прискорення і детелерація без великих силових резисторів. Ранні тиристори застосовують фазові керовані мости (наприклад, однофазні або трифазні повністю керовані мости) для виробництва беззворотного постійного струму. Сучасні конструкції включають послідовний контроль, щоб зменшити гармонічний спотворення і поліпшити коефіцієнт потужності. Можливість управління вихідною напругою постійно дозволяє ручатися різними градієнтами і умови навантаження.

Інвертори для регенеративної гальмівної

У системах для тягових пристроїв змінного струму, інвертори напруги (VSI) за допомогою тиристорів перетворюють DC з лінії або акумулятор в змінну-частотний AC для індукційних або постійних магнітних синхронних двигунів. Значне просування полягає в використанні брелокових тиристорів (GTOs) і інтегрованих воріт-коммутованих тиристів (IGCTs), які дозволяють вимушеним з'єднанням. Під час регенеративної гальмування двигун тягового струму виступає генератором, і інвертор працює в зворотному режимі, щоб перетворити змінний змінний струмок в DC. Ця енергія постійного струму може бути введена в лінію для використання іншими накопичувачами або збереженими системами зберігання енергії 30%

Розширені типи тиристора в сучасному тракції

У деяких системах для схуднення використовуються звичайні фазові керовані тиристори (SCR)

  • Gate Turn-Off Thyristors (GTOs): може бути вимкнений негативним імпульсом воріт, що виключає необхідність сипучих схем. GTO широко використовуються в високопотужних тягових інверторах для локомотивів і швидкісних поїздів.
  • Інтегровані тиристори (IGCTs): Комбіновані низькі втрати проводів з швидкою швидкістю перемикання, що робить їх придатними для багаторівневих інверторів. IGCTs пропонує більш високу надійність, ніж GTOs через інтегровані блоки воріт і знижені вимоги до змикання.
  • ]Силікон керовані випрямлячі (SCR):. Ще знайдено в схемах постійного струму для старших LRV та деяких допоміжних джерел живлення, хоча фазуються IGBTs.

B’s high-power IGCTs exemplify the State of art, обробки декількох кВ і кА з низькими втратами перемикання.

Переваги використання тирсиків на залізничних системах

  • Висока потужність: Тірістори можуть керувати піковими струмами декількох тисяч амперів і блокуючи напруги до 10 кВ, задовольняти вимоги важко-haul і швидкісних поїздів.
  • Еффицит: Низький ин-адресний падлогу напруги (типово 1–2 В) результати мінімальних втрат проводів порівняно з двополярними перетворювачами на аналогічних рівнях струму.
  • Відповідність: Обґрунтована конструкція без проблем з поломкою і високою швидкістю роботи забезпечує тривалий термін служби при безперервній роботі і переходових збах.
  • Control Flexibility: Розширені схеми стрільби воріт дозволяють точно регулювати вихідну напругу і частоту, що дозволяє тонко-зважене регулювання та відновлення енергії.
  • Cost-Effectiveness: Для дуже високих рейтингів потужності (multi-MW), тиристори залишаються більш економічними, ніж модулі IGBT, зокрема, в лінійних частотних додатках.

Виклики та рішення

Незважаючи на свої сили, тиристори представляють завдання дизайну. Їх напружений характер означає, що вони не можуть бути вимкнені через контроль воріт в звичайних SCR, що вимагають примусового з'єднання або природного нульового перетину — обмеження частоти експлуатації. Високі інвертори живлення з використанням GTOs / IGCTs вимагають складних схем драйвера і зрубних мереж для контролю ді / дт і dv / dt під час перемикання. Термоменеджмент також критичний: високі поточні щільності генерують значне нагрівання, вимагають системи охолодження рідини в сучасних тягових дисках. Рішення включають використання водозварених теплових раковин з деніонованим водою, розширені теплові матеріали, температури та моніторингові відключення

Майбутні тренди у Thyristor-Based Traction

Еволюція напівпровідників продовжується. Широкосмугові пристрої, такі як карбід кремнію (SiC) MOSFETs і нітрид натрію (GaN) FETs виявляються для абсорбційних пристроїв нижньої напруги, але для основного пропорції на напругах вище 3 кВ, технологія тиристора залишається конкурентною. Гібридні модулі, що поєднує IGCTs з упаковкою прес-пакета, пропонують більш високі поточні рейтинги і посилені короткочасні перепади. Ще одна тенденція полягає в прийнятті багаторівневих перетворювачів (наприклад, нейтральних фіксованих або модульних багаторівневих)

Висновок

Тиристори залишаються в кутовому камені регулювання потужності залізничного тракту, від класичних двигунів постійного струму до пропорції змінного струму з регенеративним гальмуванням. Висока напруга та поточна можливість, поєднані з підвищенням продуктивності перемикання через IGCTs та GTOs, забезпечують, що вони будуть продовжувати працювати в найбільш затребуваних залізничних системах світу. Як залізничні оператори штовхають для більшої енергоефективності та низьких витрат життєвого циклу, thyristor-на основі електромережа буде розвиватися поряд з алгоритмами цифрового контролю та широким діапазоном, зберігаючи їх актуальність протягом десятиліть, щоб прийти. Для подальшого читання див. [[FLT: 0]