Жылжымалы үнді DC жұмсартылған цеп-өртшеберлердің негізгі технологиялары

1 Техникалық шектеулер

1.1 Күйреу нысандарының стабилдігі
Нақты қолданыстарда, бір құрылғының электр энергиясын алу қабілеті салыстырмалы төмен болады. Жоғары ағымды қанағаттандыру үшін көбінесе бірнеше құрылғылар параллель қосылады. Бірақ, құрылғылардың параметрлеріндегі өзгерістер - мисалы, иштей тұру артериясының және эскерту напрямдасының қарапайым айырмашылықтары - параллель іске қосу кезінде теңсіздікке әкеледі. Алмасу уақытында, паразит индуктивтілік және конденсаторлық құрылғылар параллель қосылған құрылғылардың ағым өзгеру жылдамдығында да қатынассыз өзгерістерге әкеледі, бұл ағымдық теңсіздікті күшейтеді. Егер олар тез емес шешілсе, бұл теңсіздік белгілі бір құрылғыларды ағымдың өте артық өзгеруінен қышқылып, құбылып қалуына әкеледі, сонымен қатар тұрақты заттың өмір сүру мерзімін азайтады.

1.2 Дефектті анықтау кешігуі
DC жүйелерінде дефекттік ағым қасиеттері AC жүйелерінен өзара айырмаланады, дефектті анықтау және тоқтату үшін көмек ететін нөлдік пересечение нүктесі жоқ. Бұл тұрақты заттың микросекундталық дефектті анықтау алгоритмдерін қолдануын, дефекттерді тəсілімен және тез жауап беру үшін талап етеді. Салыстырмалы традицион дефектті анықтау әдістері DC дефекттік ағымдармен жұмыс істеу кезінде маңызды кешігулерге ұшырайды, бұл тез корғау талаптарын қанағаттандыру үшін қатынассыз болады.

1.3 Жылу тарату және көлем арасындагы протеворечие
Жаңа электр энергиялық жүйелерінің жоғары өнеркәсіптік тығыздық талаптарын қанағаттандыру үшін, тұрақты заттардың құрылымы кішкентай көлемде жоғары энергиялық қабілетті ұсынуы керек. Бірақ, жоғары өнеркәсіптік тығыздық құрылғылардан пайда болатын жылу өсетініне әкеледі. Жетіспеуші жылу тарату жоғары температураларға әкеледі, құрылғының жұмыс істеу қабілетін азайтады және термодинамикалық құбылыс және құрылғының құбылысына әкелуге ықпал етеді. Салыстырмалы традицион жылу тарату әдістері жоғары өнеркәсіптік тығыздықті бар тұрақты заттар үшін жақсы жұмыс істеуді қамтиды. Жылу тарату үшін су қолдану жылу тарату әдістің үздігін жақсартуға мүмкіндік береді, бірақ құрылғының көлемін және құнын арттырады. Сондықтан, әріптес жылу тарату мен резондантты көлемді бір-бірімен сыйластыру - синергиялық оптимизация жасау - тұрақты заттардың құрылымында маңызды шектеулердің бірі болып табылады.

2 Негізгі технологиялық зерттеулер

2.1 Жылдамдық аралығы зиятты құрылғыларды қолдану технологиясы
(1) SiC MOSFET таңдау және қождалық
Арнайы жылдамдық аралығы зиятты құрылғылардың арасында, төмен жылу өткізу құбылысы бар SiC MOSFET-тер маңызды артықшылықтарын ұсынады. Много-құрылғыларды параллель қосу үшін олардың қызмет етімін жақсарту үшін симметриялық Direct Bonded Copper (DBC) құрылымы қолданылады. Бұл құрылым эффектів түрде паразит индуктивтілікті азайтады, бұл құрылғылардың алмасу қасиеттерін жақсарту үшін маңызды. Алмасу кезінде, ерекше өшіру кезінде, паразит индуктивтілік және құрылғының конденсаторлық құрылғыларының әсерінен гейт напрямдасының осцилляциясы пайда болады. Эксперименттік тесттер симметриялық DBC құрылымымен өшіру кезінде гейт напрямдасының осцилляциясы 5% дейін қолдауға болады деп көрсетеді. Бұл не только параллель қосу кезінде динамикалық стабилділікті жақсартады, бірақ өте өсіп кеткен напрямдасына байланысты құрылғының құбылысын азайтады.

(2) Динамикалық ағым бөлісу бағыттауы
Параллель қосылған құрылғылардың ағым теңсіздігін шешу үшін, адаптив PI регулировкасымен бірге ағым бөлісу автобусы қолданылады. Ағым бөлісу автобусы, өзінің құрылымы арқылы, физикалық деңгейде әрбір параллель тармакқа тең ағым тарату жолын ұсынады. Осы негізде, адаптив PI регуляция алгоритмі әрбір құрылғының қозғалт сигналдарын тармак ағымдарын реалдық уақытта қадағалау арқылы динамикалық өзгерте отырып, дәлірек ағым бөлісу бағыттауын жасайды.

2.2 Жылдам дефектті анықтау және тоқтату технологиясы
(1) Гейт напрямдасына негізделген дефектті анықтау
SiC MOSFET-тердің кысыршақ дефекттік қасиеттерін талдау нәтижесінде, кысыршақ дефект кезінде дрен-исток напрямдасы (VDS) 900В-ға жылдам өседі, ал гейт напрямдасы 10 В/нс-тен асатын жылдамдықпен өте азайады. Бұл қасиеттерге негізделген, жылдам дефектті анықтау үшін екі деңгейлі компаратор құрылады, екі ағым деңгейі: Ith1 = 500 A және Ith2 = 1.2 kA. Егер анықталған ағым Ith1-ді өтуіне қатысады, алғашқы ескерту өткізіледі; Ith2-ді өтуі кысыршақ дефекттің қатынассыз анықталуын көрсетеді. Дизайндағы анықтау схемасы және сигнал өңдеу алгоритмі 0.8 μs-қа дейінгі анықтау кешігуін ұсынады. Бұл әдіс традицион әдістердің түрлендіру және өңдеу қиындықтарын SiC MOSFET-тердің өзіндік электр қасиеттерін қолдану арқылы азайтады, бұл дефектті анықтау дәлдігін маңызды түрде жақсартады.

(2) Көптеген мақсатты оптимизациалық тоқтату стратегиясы
Тұрақты заттың жоғары қызмет етімінің дефектті тоқтатуын жасау үшін, тоқтату уақыты (Δt), энергия абсорбциясы (EMOV) және ағым таңдауы (Ipeak) мақсат функциялары ретінде қойылады, бұлардың барысы көптеген мақсатты частица жуықтау (MOPSO) алгоритмі арқылы оптимизаланады. Көтеріс уақыты системаның құрылғылары үшін жақсы корғау ұсынады; энергия абсорбциясы MOV құрылғыларының таңдауына және өмір сүру мерзіміне әсер етеді; ағым таңдауының өте артық өзгеруі маңызды электр қызметтерін ұшыратады, бұл құрылғының нормалды қызмет етіміне әсер етеді.

МOPSO оптимизациясының көптеген ітерациялары арқылы, оптималды параметрлер анықталады: ағым шектеу индукторы LB = 15 μH және MOV напрямдасы шектеу коэффициенті γ = 1.8. Бұл оптималды параметрлерді пайдалану арқылы, тоқтату уақыты 73.5 μs-қа, ал максималды ағым 526 A-ға шектеледі. Оптимизация әсерін көрсету үшін, TOPSIS шешім әдісі оптимизациялық нәтижелерді салыстырады. Салыстыру нәтижесінде, тоқтату уақыты, энергия абсорбциясы және ағым таңдауы сызықты маңызды өзгерістерге әкеледі, бұл тұрақты заттың жалпы қызмет етімін маңызды түрде жақсартады және практикалық инженерлерге тез және тиімді тоқтату үшін нақты талаптарды қанағаттандырады.

2.3 Жоғары қауіпсіздікті механикалық құрылым дизайні
(1) Тұрақты магнитті изоляторды алу құрылғысы
Тұрақты заттың қауіпсіздігін және стабилдігін жақсарту үшін, тұрақты магнитті механизмпен тұрақты магнитті изоляторды алу құрылғысы дизайналанады. Бұл құрылымда, ачу және тұту үшін құрылғының құбылысы тұрақты магниттермен беріледі, ал спираль тек алу/тұту операциялары кезінде краткосрочно құбылысқа қояды. Бұл традицион электромагнитті изоляторды алу құрылғысына салыстырғанда энергия жұмсалуын 90% азайтады. Adams динамикалық симуляция анализі тұрақты магнитті изоляторды алу құрылғысының механикалық өмір сүру мерзімі 1 миллион операциядан астам, бірінші бет аралық жылдамдығы 3 м/с болады. Жоғары бет аралық жылдамдығы дефект кезінде тез тармак тоқтатуын қамтамасыз етеді, дуганың пайда болуын азайтады және құрылғының тоқтату қабілетін жақсартады. Узақ механикалық өмір сүру мерзімі ұзақ қолдану кезінде стабилді қызмет етімін қамтамасыз етеді, техниканы жөндеу және ауыстыру жиілігін азайтады, бұл тұрақты заттың тиімді қызмет етіміне қатынассыз қолдау ұсынады.

(2) Жылу тарату шешімі
Жоғары өнеркәсіптік тығыздықтың жылу тарату проблемаларын шешу үшін, күйреу жылу таратуы мен жылдамдатылған ауа таратуын бірге қолдану ұсынылады. Күйреу жылу таратуы сұйықтың күйреуінен жылу қабылдау принципін пайдаланады, бұл қысқа көлемде тиімді жылу таратуға мүмкіндік береді. Жылдамдатылған ауа таратуы жылдамдатылған конвекция арқылы жылу таратуды қосымша жақсартады. Бұл комбиндирован жылу тарату әдісі модулдің жылу центрін 75°C-нан төменде стабилиздейді, жылу өсу жылдамдығы 5°C/миннан төмен болады, стандартты талаптарға сай келеді.III. Эксперименттік дәлелдеу

3 Эксперименттік дәлелдеу

3.1 Прототип параметрлері
Негізгі технологияларды және дизайн схемаларын қолдану үшін, төмен напрямдасы DC тұрақты зат прототипі құрастырылды, негізгі параметрлері төмендегідай:

3.2 Типтік тесттер нәтижелері

Прототипке қолданылатын типтік тесттер оның қызмет етімін практикалық қолданыстағы талаптарға сәйкес бағалау үшін жүргізілді:

(1) Кысыршақ дефектті тоқтату тесті
Кысыршақ дефекттері - электр энергиялық жүйелердегі ең қатаң дефекттерінің бірі, ал олардың пайда болған өте зор ағымы құрылғылардың қызмет етіміне қатынассыз қауіп қатынады. Бұл экстремалды жағдайды симуляциялау үшін, 23 кА кысыршақ дефекттік ағым тестінің аймағы құрылды - тұрақты затқа қатаң азасты ұсынады. Тест басталғанда, прототип тез қолданылды, оның ішкі тез дефектті анықтау және тоқтату технологиясы қолданылу бастады. Бұл технология, жоғары дәлдікті ағым қадағалау және тез жауап беру механизімен, өте қысқа уақыт ішінде аномалиялық ағымды анықтады және тоқтату процесін тутындырды.

Тоқтату кезінде, тест жүргізушылар құрылғының қызмет етімін жақсы көрді, және процесінің барысында дуга қайта жарылуды кездестірмеді. Бұл нәтиже не только тез дефектті анықтау және тоқтату технологиясының жоғары қызмет етімін көрсетеді, бірақ тұрақты заттың жоғары тоқтату қабілетін де жариялады. Традицион құрылғыларда, дуга қайта жарылуы - бұл қиындықты жеңілдіруге қатынассыз маселе, бұл көбінесе екінші дефекттерге немесе құбылысқа әкеледі. Сол сияқты, тұрақты зат таза тоқтату әдістері арқылы бұл проблеманы жоюға қол жеткізеді, бұл электр энергиялық жүйелердің стабилді қызмет етіміне қатынассыз қолдау ұсынады.

(2) Жылу өсу тесті
Жылу қасиеттері - тұрақты заттарды бағалаудағы басқа маңызды фактор. Ұзақ қызмет етім кезінде құрылғының жылу тарату қабілетін тиімді бағалау үшін, жылу өсу тесті қолданылды. Прототип 24 сағат ұзақтығында ұзақ қызмет етімге қажет болды, бұл кезде өте көп жылу пайда болды [9]. Тест біткеннен кейін, температура датчықтары прототиптің температурасын өлшеді. Нәтижелер ΔT = 32 K температура өсуін көрсетті. Бұл деректер күйреу жылу таратуы мен жылдамдатылған ауа таратуының комбиндирован әдісінің әсерділігін дәлелдейді. Күйреу жылу таратуының табиғи жылу тарату принципін жылдамдатылған ауа таратуының жылдамдатылған конвекциясымен бірге қосу арқылы, система қызмет етім кезінде пайда болатын жылуын тиімді таратады, құрылғыны тиімді температура аралығында ұстауға мүмкіндік береді. Жақсы жылу менеджменті тұрақты заттың стабилді қызмет етімін қамтамасыз етеді, оның өмір сүру мерзімін ұзартады.

(3) Өмір сүру тесті
Өмір сүру мерзімі - тұрақты заттың нақты электр энергиялық жүйелерде қолданылуына қатысты маңызды индикатор. Сондықтан, оның өмір сүру қызмет етімін дәлелдеу үшін, прототип 1 миллион операциялық цикл өмір сүру тестінен өтті. Тест барысында, қызметкерлер прототиптің контакттық қарсылығының өзгерісін жақсы көрді. Тест біткеннен кейін, контакттық қарсылық өлшеніп, 5%нан аз өзгергені анықталды. Бұл нәтиже тұрақты магнитті изоляторды алу құрылғысының ұзақ өмір сүру дизайнінің әсерділігін дәлелдейді. Ұзақ және сикірлеу қызмет етімінен кейін да, құрылғының контакттары жақсы қарсылық қабілетін сақтайды, тұрақты заттың қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.

4 Қорытынды
Жалпысынан, бұл мақалада, тұрақты заттың қызмет етімін жақсарту үшін, жылдамдық аралығы зиятты құрылғыларды оптимизациялау, ақылды бағыттау алгоритмдері және жоғары қауіпсіздікті құрылым дизайнін зерттеп, төмен напрямдасы DC тұрақты зат үшін технологиялық шешім ұсынылады. Эксперименттік дәлелдеу нәтижелері тұрақты зат прототипінің тоқтату жылдамдығы, дефектті анықтау дәлдігі және өмір сүру мерзімі сызықты маңызды қызмет етімдерде жоғары қызмет етімдерін ұсынады.

Ол микросекундталық тез тоқтату және миллион цикл өмір сүру мерзімін жасайды, жаңа энергиялық распределу үшін қолданылатын нақты және ыңғайлы шешім ұсынады. Алысқа қарай, төмен напрямдасы DC тұрақты заттар үші