Pastki bosqichli DC solid tilli avtomatlarining asosiy texnologiyalari

1 Texnologik qiyinchiliklar

1.1 Qurilmaning paralleldan ishlashining muvaffaqiyati
Amaliy qo'llanishda, bitta elektron qurilmaning o'tkazishi mumkin bo'lgan aralash hajmi nisbatan cheklangan. Katta aralash hajm talablarini qanoatlantirish uchun bir nechta qurilmalar ko'pincha paralleldan ulanadi. Ammo, qurilmalar orasidagi parametrlarining farqi—masalan, yoqish direktsiyasi va og'irlik qiymatining qonuniy farqlari—paralleldan ishlash jarayonida teng emas aralash hajmni ta'minlashga olib keladi. Yoqish-o'chirish paytida, parazit induktansiya va kapasitans parallel qurilmalar orasidagi aralash hajmning o'zgarish tezligini moslashtirmaydi, shuning uchun aralash hajmning tengsizligi ortadi. Bu tengsizlik vaqtincha bartaraf etilmasa, aniq qurilmalar katta aralash hajm tufayli issiqroq bo'lib, xavf ostida bo'lishi mumkin, bu erda solid tilliq qurilmalarining ish muddati kamayadi.

1.2 Xato aniqlash vaqti
DC tizimlarda, xato aralash hajmlari AC tizimlardan juda farqli, nol kesish nuqtalari mavjud emas, bu xato aniqlash va to'xtatishga yordam beradi. Bu solid tilliq qurilmalarga mikrosekund darajasidagi xato aniqlash algoritmlarini ishlatish talabini belgilaydi, xatoni to'g'ri aniqlash va tez javob berish uchun. An'anaviy xato aniqlash usullari tez o'zgaruvchi DC xato aralash hajmlari bilan ishlashda omadli emas, shuning uchun tez himoya talablari qanoatlantirilmaydi.

1.3 Issiqlash va hajm orasidagi zidlik
Zamonaviy energiya tizimlari uchun yuqori quvvat sifatini ta'minlash uchun, solid tilliq qurilmalar dizayni cheklangan joy ichida yuqori quvvatni ta'minlash talabini belgilaydi. Ammo, yuqori quvvat sifati elektron qurilmalardan hosil bo'lgan issiqlikni rag'batlantiradi. Yetarli emas issiqlash nihoyatda past deb yoki harakatlanishni buzib, qurilma faoliyatini pasaytiradi. An'anaviy sovuqlovchi texnologiyalar yuqori quvvat sifatiga ega solid tilliq qurilmalarda yaxshi ishlamaydi. Suyuqlik sovuqlovchi ish effektivligini oshirishi mumkin, ammo bu qurilmani kattalashtiradi va narxini oshiradi. Demak, samarali sovuqlovni munosabatli hajm bilan balans qilish—hamkor optimallashtirishni qilish—solid tilliq qurilmalar dizaynidagi asosiy muammolardan biri hisoblanadi.

2 Asosiy texnologik tadqiqotlar

2.1 Keng zanjirli qurilmalarning qo'llanilishi
(1) SiC MOSFET tanlovi va qutulash
Barcha keng zanjirli qurilmalarning orasida, past o'tkazish zararli SiC MOSFETlar katta afzalliklarga ega. Ularning ko'proq qurilmalarni paralleldan ishlatishda faoliatini oshirish uchun simmetrik Direct Bonded Copper (DBC) struktura qo'llaniladi. Bu strukturaga qarab parazit induktansiya kamayadi, bu esa qurilmaning yoqish-o'chirish xususiyatlarini oshirish uchun muhim. Yoqish paytida, ayniqsa o'chirish paytida, parazit induktansiya va qurilma kapasitansi o'rtasidagi aloqa shunt voltajini osilishga sabab bo'ladi. Amaliy testlar natijalari simmetrik DBC struktura bilan shunt voltajini o'chirish paytida 5% dan kam qilib borishini ko'rsatadi. Bu paralleldan ishlash jarayonidagi dinamik muvaffaqiyatni oshiradi va shunt voltajini osilishiga sabab bo'lgan qurilma zararlarini kamaytiradi.

(2) Dinamik aralash hajmni baham ko'ra boshqarish
Paralleldan ishlaydigan qurilmalarning aralash hajmning tengsizligi muammolari bilan borish uchun, aralash hajmni baham ko'ra boshqarish busi va adaptiv PI regulatsiya kombinatsiyasidan foydalaniladi. Aralash hajmni baham ko'ra boshqarish busi, unikal strukturaviy dizayn orqali, fizikaviy darajada har bir paralleldan ishlaydigan qism uchun teng aralash hajmni ta'minlaydi. Bu asosda, adaptiv PI regulatsiya algoritmi hozirgi paytda qism aralash hajmini monitoring qilish orqali har bir qurilma uchun haydovchi signallarni dinamik ravishda o'zgartiradi, shunday qilib aniqroq aralash hajmni baham ko'ra boshqarishni ta'minlaydi.

2.2 Tez xato aniqlash va to'xtatish texnologiyasi
(1) Shunt voltajiga asoslangan xato aniqlash
SiC MOSFET qisqartirish xususiyatlarini tahlil qilish natijasida, qisqartirish xatosi paytida drain-source voltaji (VDS) tezroq 900V gacha oshadi, shunt voltaj esa 10 V/ns dan oshib boradi. Bu xususiyatdan foydalanib, ikki darajali solishtiruvchi dizaynlandi, ikki aralash hajm chegarasi belgilandi: Ith1 = 500 A va Ith2 = 1.2 kA. Agar aniqlangan aralash hajm Ith1 dan oshsa, avvalo ogohlantirish ishga tushadi; Ith2 dan oshsa, qisqartirish xatosi aniqlanadi. Dizaynlangan aniqlash shemasi va signal ishlab chiqarish algoritmi 0.8 μs lik aniqlash vaqti bilan ishlaydi. Bu yondashuv an'anaviy usullarning murakkab signal konvertatsiyasi va ishlab chiqarishini o'tkazib yuboradi, SiC MOSFETning elektrik xususiyatlaridan foydalanib, xato aniqlash aniqligini oshiradi.

(2) Bir nechta maqsadli optimallashtirilgan to'xtatish strategiyasi
Solid tilliq qurilmalarda yuqori samarali xato to'xtatishni ta'minlash uchun, to'xtatish vaqti (Δt), energiya absorbsiyasi (EMOV) va tez o'sish aralash hajmi (Ipeak) maqsad funksiyalari sifatida belgilangan, multi-maqsadli partikla roya jamlanish (MOPSO) algoritmi orqali optimallashtiriladi. Qisqa to'xtatish vaqti tizim qurilmalarini yaxshi himoya qiladi; energiya absorbsiyasi MOV kabi himoya qurilmalarini tanlash va ish muddatini ta'sir etadi; juda yuqori tez o'sish aralash hajmi katta elektrik stress yaratadi, bu normal qurilma ishini ta'sir etadi.

MOPSO optimallashtirish bir nechta iteratsiyalari orqali eng yaxshi parametrlar aniqlanadi: aralash hajm chegaralovchi induktansiya LB = 15 μH va MOV voltaj chegaralovchi koeffitsienti γ = 1.8. Bu optimallashtirilgan parametrlar orqali, to'xtatish vaqti 73.5 μs ga, maksimal aralash hajm 526 A ga cheklanadi. Optimallashtirish ta'siri vizual tarzda ko'rsatish uchun TOPSIS qaror qilish usuli orqali optimallashtirish oldidan va keyin natijalarni solishtirish mumkin. Solishtirish natijalari to'xtatish vaqti, energiya absorbsiyasi va tez o'sish aralash hajmi kabi asosiy belgilarda katta yaxshilanishni ko'rsatadi, bu umumiy samaradorlikni oshiradi va solid tilliq qurilmalarning tez va ishonchli to'xtatish uchun amaliy inshoot talablarni yaxshi qilib qanoatlantiradi.

2.3 Yuqori ishonchli mekhanik strukturaviy dizayn
(1) Doimiy magnit isolator qurilmasi
Solid tilliq qurilmalarning ishonchini va muvaffaqiyatini oshirish uchun, doimiy magnit isolator qurilmasi dizaynlandi, bu struktura bistabil doimiy magnit mexanizmiga asoslanadi. Bu struktura orqali, yopish va ochish uchun qalin tortish kuchi asosan doimiy magnitlarni ta'minlaydi, spiral faqat ishga tushish paytida qisqa muddatda energiya bilan ta'minlanadi. Bu an'anaviy elektromagnit isolator qurilmalardan nisbatan energiya sarflanishini 90% ga kamaytiradi. Adams dinamik simulatsiya tahlili bu doimiy magnit isolator qurilmasining mekhanik ish muddati 1 milliondan oshiq operatsiyani o'tkazish imkoniyatini ko'rsatadi, kontakt ajratish tezligi 3 m/s. Yuqori kontakt ajratish tezligi xato paytida tez tarmoq ajratishini ta'minlaydi, elektrik ark yaratish ehtimolini kamaytiradi va qurilmaning to'xtatish qobiliyatini oshiradi. Uzoq mekhanik ish muddati uzoq muddat ishda qolishda qurilmaning barqaror ishini ta'minlaydi, servis va almashtirish tezligini kamaytiradi, shunday qilib solid tilliq qurilmalarning samarali ishini kuchli qo'llab-quvvatlaydi.

(2) Issiqlashni boshqarish yechimi
Yuqori quvvat sifatiga ega dizaynlarda issiqlash muammolarini hal qilish uchun, suyuqlik issiqlash va majbur havovi issiqlashni birlashtirgan g'ibrid issiqlash yechimi taklif etiladi. Suyuqlik issiqlash suyuqlikning ishlaganida issiqlikni o'z ichiga oladigan prinsipdan foydalanadi, bu kompaktni hajmda samarali issiqlikni o'tkazish imkonini beradi. Majbur havovi issiqlash ventilatorlar orqali majbur konveksiya orqali issiqlikni olib borishni yanada oshiradi. Bu g'ibrid issiqlash usuli modulning issiqlik nuqtasini 75°C dan pastda, issiqlik o'sish tezligi 5°C/min dan kam qilib turishini ta'minlaydi, standart talablarni qanoatlantiradi.III. Amaliy tekshirish

3 Amaliy tekshirish

3.1 Prototip parametrlari
Asosiy texnologiyalar va dizayn shemalarining samaradorligini tekshirish uchun, past quvvatli DC solid tilliq qurilma prototipi ishlab chiqildi, asosiy parametrlari quyidagicha:

3.2 Tip test natijalari

Prototipning samaradorligini amaliy qo'llanish talablari bilan solishtirish uchun to'liq tip testlari o'tkazildi:

(1) Qisqartirish xatosi to'xtatish testi
Qisqartirish xatolari energiya tizimlarida eng katta xatolardan biri, ularning olingan katta aralash hajmi qurilmalarning ishini katta xavf ostida qo'yadi. Bu ekstremal holatni model qilish uchun, 23 kA qisqartirish aralash hajmi test mohiyati yaratildi—bu solid tilliq qurilma uchun rangli talab. Test boshlanganda, prototip tez ishga tushdi va uning ichki tez xato aniqlash va to'xtatish texnologiyasi ishga tushdi. Bu texnologiya, aniq aralash hajmni monitoring qilish va tez javob berish mekanizmi orqali, juda qisqa vaqtda abnormal aralash hajmni aniqladi va tez to'xtatish jarayonini ishga tushiradi.

To'xtatish jarayonida, test hodimlari qurilmaning ishini kuchli e'tiborga oladi, jarayonda hech qanday elektrik ark qayta yaratilmaydi. Bu natija tez xato aniqlash va to'xtatish texnologiyasining yuqori samaradorligini, hamda solid tilliq qurilmaning yuqori to'xtatish qobiliyatini ko'rsatadi. An'anaviy qurilmalarda, elektrik ark qayta yaratish qiyin masala hisoblanadi, bu ikkinchi bosqichli xatolarga yoki hatta katta qurilma zararlariga olib kelishi mumkin. Bu erda, solid tilliq qurilma qat'iy to'xtatish texnologiyalari orqali bu masaladan muvaffaqiyatli qochadi, bu energiya tizimlarining barqaror ishini kuchli qo'llab-quvvatlaydi.

(2) Issiqlik o'sish testi
Issiqlik xususiyatlari solid tilliq qurilmalarni baholashning yana boshqa muhim faktori. Uzoq muddat ishda qolish paytida qurilmaning issiqlikni olib borish qobiliyatini samarali baholash uchun, issiqlik o'sish testi o'tkazildi. Prototip 24 soat davomida davom ettirilishi talab etildi, bu jarayonda katta miqdorda issiqlik hosil bo'ldi [9]. Testdan keyin, issiqlik sensorlari orqali prototipning issiqlik nuqtasi o'lchandi. Natijalar ΔT = 32 K li issiqlik o'sishini ko'rsatdi. Bu ma'lumot suyuqlik issiqlash va majbur havovi issiqlashni birlashtirgan g'ibrid issiqlash yechimining samaradorligini tasdiqlaydi. Suyuqlik issiqlashning tabiiy issiqlikni olib borish prinsipi bilan majbur havovi issiqlashning majbur konveksiya orqali issiqlikni olib borishini birlashtirish orqali, tizim ish paytida hosil bo'lgan issiqlikni samarali olib boradi, qurilmaning qabul qilinishi mumkin bo'lgan issiqlik diapazonida qoldiradi. Yaxshi issiqlik boshqarish solid tilliq qurilmaning barqaror ishini ta'minlaydi, uning ish muddatini yanada oshiradi.

(3) Ishtirok testi
Ishtirok qurilmaning samaradorligini amaliy tizimlarda keng qo'llanish uchun muhim belgisi. Shuning uchun, uning ishtirok xususiyatlarini tekshirish uchun, prototip bir million operatsiyani o'tkazish uchun ishtirok testiga o'tkazildi. Test jarayonida, hodimlar prototipning kontakt direktsiyasidagi o'zgarishlarni kuchli e'tiborga oladi. Testdan keyin, kontakt direktsiyasi o'lchangan va 5% dan kam o'zgarish aniqlandi. Bu natija doimiy magnit isolator qurilmasining uzoq ish muddati dizaynining samaradorligini tasdiqlaydi. Uzoq muddat va tez-tez ishda qolishdan keyin, qurilma kontaktlari yaxshi ilovalashni saqlaydi, solid tilliq qurilmaning ishonchli yoqish-o'chirish funktsiyasini ta'minlaydi.

4 Xulosa
Umuman olganda, bu maqola asosiy texnologiyalarni samarali qo'llashga asoslangan, keng zanjirli qurilmalar, aqlli boshqarish algoritmlari va yuqori ishonchli strukturaviy dizayn kabi asosiy texnologiyalarni samarali qo'llashga asoslangan, past quvvatli DC solid tilliq qurilmalar uchun texnologik yechimni taklif etadi. Amaliy tekshirish natijalari o'rinbanda, ishlab chiqarilgan prototip to'xtatish tezligi, xato aniqlash aniqligi va ish muddati kabi asosiy belgilarda yuqori samaradorlikka erishgan.

Bu muvaffaqiyatli mikrosekund darajasidagi tez to'xtatish va bir million operatsiya ish muddatini ta'minlaydi, yangi energiya taqsimot tizimlari uchun himoya uchun samarali va amaliy yechimni taklif etadi. Kelajakda, past quvvatli DC solid tilliq qurilmalar uchun ko'plab umidvor tadqiqot yo'nalishlari mavjud. Masalan, qurilma-qutulish-tizim darajasidagi integratsiya simulatsiya modelini o'rnatish, solid tilliq qurilmalarning turli ish rejimlari ostidagi samaradorlikni ko'proq to'liq model qilish, shuning uchun dizayn optimallashtirish uchun aniqroq nazariy qo'llab-quvvatlashni ta'minlaydi.