Léttstraums DC fastavara skytthlutafangar tegundar Key Technologies of Low-Voltage DC Solid-State Circuit Breakers

1 Teknik Skýringar

1.1 Stöðugleiki tækja í samsíða tengslum
Í raunverulegri notkun er straumfærni einstakra orkurafmagnstækja oftar en ekki takmörkuð. Til að uppfylla hárstraumskröfur eru oft mörg tæki tengd samsíða. En vegna mismunandi eiginleika á milli tækja, eins og smá mun á viðmiðastórfæðingu og spennuþröngu, getur komist til ójöfnar straumdreifingar á meðan tækjan eru í samsíða virkni. Á meðan skipting fer fram, leiða parasítindind og -tegundir til aukinna mismunanna í straumþróun tækja sem eru tengd samsíða, sem verður aukinn ójafnheit. Ef þessi ójafnheit er ekki metin fljótlega, gæti sum af tækjunum hitt upp við ofstraum og misst virkni, sem minnkar líftíma fastastaða dreifibryggjunnar.

1.2 Fjarverndartökuhráa á villu
Í DC kerfum eru eiginleikar villustrauma mjög ólíkir þeim í AC kerfum, sem eyða núllskurðpunktum sem hjálpa við að greina og stöðva villur. Þetta krefst að fastastaða dreifibryggjur noti villugreiningaraðferðir á mikrosekúndustigi til að nákvæmlega greina villur og svara fljótt. Sérhverjar villugreiningaraðferðir hafa marktæk hráa þegar um kemur að fjölrafastu DC villustraumi, sem gerir þær óþarfar til að uppfylla kröfur fljótra verndar.

1.3 Mótmæli á milli hitasprettu og rúmmáls
Til að uppfylla kröfur nútímamets orkurafmagnakerfa fyrir hátt orkutéttleika, verða hönnunar fastastaða dreifibryggju að bera meiri orka innan takmarkaðs rúmmáls. En hærri orkutéttleiki leiðir til marktæk auknar hitaproduksjón af orkurafmagnstækjum. Of lágt hitasprettu leiðir til of hárra hitastigs, sem dregur úr afköstum tækja og getur valdið hitakast og tækiófall. Sérhverjar kjaldfærslaaraðferðir fara illa með hágildisfastastaða dreifibryggjum. Þó að vatnkjaldun geti bætt hitasprettuafla, hefur hún áhrif á stærð og kostnað tækisins. Þannig er jafnvægi milli efna hitasprettu og réttar rúmmálsstýringar, til að ná samstarfsaukningu, ennþá mikil vandamál í hönnun fastastaða dreifibryggju.

2 Aðgerðar rannsóknar á mikilvægum tekníkum

2.1 Notkun víðbandstækja
(1) SiC MOSFET valmynd og pakka
Meðal ýmsa víðbandstækja bera SiC MOSFET með lágu leitastofnfleygingu marktæk förmenni. Til að auka afköst þeirra í samsíða tækjavirktökum, er valin symmetrisk Direct Bonded Copper (DBC) skipulag. Þetta skipulag minnkar parasítindind, sem er mikilvægt til að bæta skiptingareiginleikum tækja. Á meðan skipting fer fram, sérstakt við lokun, leiða samspil á milli parasítindind og tækiheildar til svangreiðslu á geitspenning. Prófanir sýna að með symmetrisk DBC skipulag, getur svangreiðsla á geitspenning lokun verið stýrð undir 5%. Þetta bætir ekki einungis dynafræðilegri stöðugleiki í samsíða virkni, heldur minnkar einnig áhættu af tækiófalli vegna spenningarsvangreiðslu.

(2) Dynafræðileg straumdeilingarstýring
Til að takast á móti ójafnheit straums í samsíða tækjum, er sett fram stýringsaðferð sem sameinar straumdeilingarleið með samhengjanlegt PI-stýringarferli. Straumdeilingarleiðin, með einstök skipulag, veitir jafnt straumdreifingarleið fyrir hverja samsíða gren. Á þessu grundvelli, samhengjanlegt PI-stýringarferli stillir dynafræðilega stýringarsignala fyrir hvert tæki miðað við rauntíma athugasemdir yfir grenstraum, sem nákvæmlega stýrir straumdeilingu.

2.2 Fljóti villugreining og stöðvunargreining
(1) Villugreining á grunvið geitspenning
Efnisgreining á SiC MOSFET skurtengingar eiginleikum sýnir að á meðan skurtenging fer fram, reisast draín-til-kveiktaspennan (VDS) fljótt að 900V og geitspenninginn minkast mjög með halla yfir 10 V/ns. Með því að nota þessa eiginleika, er hönnuð tvíveldur grunnveldur fyrir fljóta villugreiningu, sem setur tvær straumgrunnveldi: Ith1 = 500 A og Ith2 = 1.2 kA. Þegar mældi straumur fer yfir Ith1, er gefin fyrstu varðing; yfir Ith2 merkir staðfest skurtenging. Hönnuð greiningarleysi og signalaþróunarferli ná að greiningarhráa sé bara 0.8 μs. Þessi aðferð birtir sérhverjar flóknar signalaþróun og greiningar með því að nota SiC MOSFET inbyggðar elektriska eiginleika, sem bætir marktæklega villugreiningarnákvæmni.

(2) Fleiri markmiða auðlind stöðvunargreining
Til að ná hágildis prestandu í villustöðvun fastastaða dreifibryggju, eru stöðvunartími (Δt), orkutenging (EMOV) og straumspurt (Ipeak) sett sem markmiða virkjar, optimeruð með fleiri markmiða partikul swárm optimerun (MOPSO) algrími. Styttri stöðvunartími veitir betri vernd fyrir kerfis tæki; orkutenging hefur áhrif á val og líftíma skyddstillbúa tækja eins og MOV; of hár straumspurt valdar marktæk eldstress, sem hefur áhrif á venjulega tæki virkni.

Þrátt fyrir margar endurvirkjar MOPSO optimerun, eru bestu stýri fastir ákveðnir: straumlímitöku LB = 15 μH og MOV spennutengingarhlutfall γ = 1.8. Með þessum optimaða stýrifastum, er stöðvunartíminn læstur niður að 73.5 μs, og hæsta straumur læstur niður að 526 A. Til að sjálfgefið sýna optimerunargildi, er TOPSIS ákvörðunaraðferð birtir samanburðar niðurstöður áður og eftir optimerun. Samanburður sýnir marktæk aukningu í aðalskilmalistum eins og stöðvunartími, orkutenging og straumspurt, sem bætir mikið prestandu og bætir betur virkni kröfur fyrir fljóta og treysta stöðvun fastastaða dreifibryggju.

2.3 Hágildis treysta verkstæðahönnun
(1) Fastmagnatrennslykkja
Til að bæta treystu og stöðugleika fastastaða dreifibryggju, er hönnuð fastmagnatrennslykkja sem notar tvístöðu fastmagnat mekanism. Í þessu skipulagi, er haldandi kraftur fyrir lokun og opnun aðallega veitt af fastmagnat, með spönu aðeins á augnablik við skiptingar. Þetta minnkar orkutenging um næstum 90% samanburðar við sérhverjar elektriskar trennslykkjur. Adams hreyfingar greining sýnir að mekanísk líftími þessarar fastmagnatrennslykkju er yfir 1 milljón aðgerðir, með snertipunktur aðskilningshraða 3 m/s. Hár snertipunktur aðskilningshraði tryggir fljóta kerfis lokun við villu, minnkar líklegleika á boða myndun og bætir stöðvunargreiningu lykkjunnar. Láng mekanísk líftími tryggir stabíla prestandu á langtímabrot, minnkar viðhald og skiptingartíma, sem veitir starka stuðning fyrir hágildis virkni fastastaða dreifibryggju.

(2) Hitastjórnunar lausn
Til að takast á móti hitasprettu vandamálum í hágildis orkutéttleika hönnun, er sett fram tvítegundar kjaldunar lausn sem sameinar evaporation kjaldun og tvangsnýt kjaldun. Evaporation kjaldun notar principið um vökva evaporation sem absorberar hita, sem leyfir hágildis hitaflutt á takmarkaðum rúmmál. Tvangsnýt kjaldun bætir hitasprettu með fan-drivinn tvangsnýt. Þessi tvítegundar kjaldunaraðferð stöðvar hitapunkt meðal 75°C, með hitastígur undir 5°C/min, sem uppfyllir staðla kröfur.III. Prófunargreining

3 Prófunargreining

3.1 Upprunalegar stýribreytur
Til að greina árangur mikilvægra tekníka og hönnunar, var búið til prófunarprotótyppa af háström DC fastastaða dreifibryggju, með aðalstýribreytur eins og eftirfarandi:

3.2 Tegundarprófunar niðurstöður

Samhvern tegundarprófunar voru gerðar á prófunarprotótypa til að meta hvort prestanda hans uppfylli kröfur fyrir raunverulega notkun:

(1) Skurtengingar prófun
Skurtengingar eru meðal mestarar villu tegund í orkurafmagnakerfum, og marktæk fluttstraumur sem þeir valda valdar mikil áhættu fyrir tæki virkni. Til að endurbúa þetta marktæk skilyrði, var búið til 23 kA skurtengingarstraum prófunarumhverfi—sem gerir strikt úfordran fyrir fastastaða dreifibryggju. Þegar prófun byrjaði, var prófunarprotótypinn fljótt virkjaður, og inbyggðar fljóti villugreining og stöðvunargreining tekníkur byrjuðu að virka. Þessi tekníkur, með hágildis straumgreining og fljóti svar mekanism, greindu óvenjulega straum fljótt og vekktu strax stöðvunargreiningarferli.

Á meðan stöðvun fer fram, nálgast prófunarstjórnendur nánar á prestandu bryggjunnar, og engin boða endurfyrðing kom fyrir. Þessi niðurstöður sýna ekki aðeins hágildis afköst fljóti villugreining og stöðvunargreiningar tekníku, heldur bæta einnig fastastaða dreifibryggju hágildis stöðvunargreiningar. Í sérhverjar dreifibryggju, er boða endurfyrðing erfitt að forðast vandamál sem oft valdar aðra villu eða jafnvel erfitt tækiófall. Þar sem fastastaða dreifibryggju hefur vel sigur að forðast þetta vandamál með hágildis stöðvunargreiningar tekníkur, sem veitir sterka stuðning fyrir stöðug virkni orkurafmagnakerfa.

(2) Hitastigur prófun
Hitaprestanda er annar mikilvægur skilmali fyrir að meta fastastaða dreifibryggju. Til að greina tækisins hitasprettuafla á löngum tíma, var gerð hitastigur prófun. Prófunarprotótypinn var beðin að virka samfelldlega 24 klukkustundir, á meðan marktæk hiti var framleiddur [9]. Eftir prófun, voru hitamælari notaðir til að mæla hitastigur prófunarprotótypans. Niðurstöðurnar sýndu hitastigur ΔT = 32 K. Þessi gögn staðfestir efni tvítegundar kjaldunar lausn sem sameinar evaporation kjaldun og tvangsnýt kjaldun. Með því að sameina náttúrulegan hitasprettuprinicip evaporation kjaldunar og tvangsnýt kjaldunar, fluttar kerfið hágildis hita sem framleiddur er á meðan virkni, sem tryggir að tækið verði innan samþykktu hitastigs. Góð hitastjórnun bætir ekki einungis stöðug virkni fastastaða dreifibryggju, heldur lengir líka líftíman.

(3) Líftímar prófun
Líftími er mikilvægur skilmali til að ákveða hvort fastastaða dreifibryggju geti verið víðtæk notuð í raunverulegu orkurafmagnakerfum. Þannig, til að greina líftímar prestandu, var prófunarprotótypinn gerður að ganga um einn milljón aðgerðir. Á meðan prófun fer fram, nálgast prófunarstjórnendur nánar á breytingar á snertipunktur motstand prófunarprotótypans. Eftir prófun, var mælt snertipunktur motstand og fundið að hann hafi breytt undir 5%. Þessi niðurstöður staðfestir efni langlíft design fastmagnatrennslykkju. Jafnvel eftir löng og oft keypt, snertipunktur lykkjunnar haldi hágildis geleðni, sem tryggir treysta opnun/lokun fastastaða dreifibryggju.

4 Útskýring
Í samanstillingu, birtir þetta grein teknísk lausn fyrir lágstraum DC fastastaða dreifibryggju byggð á djúpu rannsókn á mikilvægum tekníkum, eins og optimerun víðbandstækja, þekkingarstýringar algrím og hágildis treysta verkstæðahönnun. Prófunargreining sýnir að búið protótype ná hágildis prestandu í aðalskilmalistum eins og stöðvunartími, villugreiningarnákvæmni og virkni líftíma.

Það ná mikrosekúndastigi fljóti stöðvun og ein milljón aðgerðir líftíma, sem veitir praktísk og hæfilega lausn fyrir vernd í nýr orkurafmagn dreifikerfi. Í framtíð, eru margar lofandi rannsóknaraðferðir fyrir lágstraum DC fastastaða dreifibryggju. Til dæmis, að setja upp tæki-pakka-kerfi sléttar samþættingar model getur meira samþættingar greint prestandu fastastaða dreifibryggju undir ýmsar virkni skilyrði, sem veitir nánari kenningarstuðning fyrir optimerun hönnunar.