1 Köprü Tipi Süperiletken Akım Sınırlayıcı
1.1 Köprü Tipi SFCL'nin Yapısı ve Çalışma Prensibi
Şekil 1, D₁ ile D₄ diodlarından oluşan, V_b adı verilen bir DC bias voltaj kaynağı ve L süperiletken bobinden oluşan köprü tipi SFCL'nin tek fazlı devre şemasını göstermektedir. Sınırlayıcı ile seri bağlı bir devre kesicisi (CB) bulunur ki, sınırlama işleminden sonra kusur akımını keser. Bias kaynağı V_b, süperiletken bobine L'ye bir bias akımı i_b sağlar. V_b voltajı, diot çiftlerinin (D₁ ve D₃, veya D₂ ve D₄) ileri voltaj düşümünü aşmak için yeterince yüksek ayarlanır, böylece bir bias akımı i₀ oluşturur. i₀ değeri, hat akımının zirve değerini (i_max) aşacak şekilde, aşırı yük koşulları için tolerans bırakılarak belirlenir.
Böylece, normal koşullar altında, diot köprüsü sürekli iletken olur ve SFCL, köprüdeki küçük ileri voltaj düşümünü göz ardı ederek hat akımına (i) herhangi bir impedans göstermez. Normal çalışırken, D₁'den D₄'e kadar olan diotlardan geçen akımlar sırasıyla iD1'den iD4'e kadar olursa, hat akımı şu şekildedir:
Kirchhoff Akım Yasası (KCL) göre elde edilir:
Hat üzerinde kısa devre kusuru oluştuğunda, hat akımı hızla i₀'ya çıkar. Pozitif ve negatif yarı dönemler sırasında, bir diot çifti ters yönlendirilir ve kapanır, bu da bobin L'yi otomatik olarak devreye sokar. Kısa devre akımı, bu nedenle bobinin endüktif reaktansı tarafından sınırlanır.
Süperiletken bobinin kritik akımını uygun şekilde ayarlayarak, kusur sırasında bobin süperiletken durumda kalır, cevap süresi ve quenchingden geri dönüş etkilerinden kaçınılır. Ancak, kusur devam ettikçe, süperiletken indüktörün üzerinden geçen akım sürekli artar ve sonunda, sınırlayıcı olmadan var olacak durağan kısa devre akım değerine yaklaşır. Bu nedenle, kusur kaynağı, belirli bir süre içinde devre kesici tarafından zamanında kesilmelidir. Basitleştirme amacıyla, kısa devre kusuru, kaynak voltajı sıfır geçtiği an (t = t₀) ortaya çıktığı varsayılır. Kirchhoff Volt Yasası (KVL) göre, aşağıdaki denklem elde edilir:
Başlangıç koşulu I0, bu diferansiyel denklemin çözümü şöyledir:
Şekil 2, normal çalışma sırasında ve kusur oluştuğunda indüktör akımı ve hat akımının dalga formlarını göstermektedir, kusur t = 0.1 s'de başlamıştır. Simülasyon sonuçları, süperiletken indüktörün akım sınırlama etkisiyle kısa devre akımının yavaş yükseldiğini göstermektedir. Akım sınırlama süreci, esas olarak süperiletken indüktörün manyetlenmesidir. Kusur akımı durağan hale geldiğinde, sınırlayıcı etkisiz hale gelir. Bu nedenle, kısa devre akımı durağan değerine ulaşmadan önce devre kesici tarafından kusur temizlenmelidir. Şekilde, kusur t = 0.2 s'de devre kesici tarafından temizlenmiştir.
1.2 Köprü Tipi Süperiletken Akım Sınırlayıcıların Yapısal İyileştirmesi
Geleneksel köprü tipi süperiletken akım sınırlandırıcı (SFCL), kısa devre akımlarının yükselme oranını sadece baskılayabilir, ancak durağan değerlerini kontrol etmede etkili değildir. Kısa devre akımlarının durağan değerlerini sınırlamak için, hibrit SFCL, süperiletken durumda sıfır direnç ve quench sırasında hızlı direnç artışı özelliklerini birleştirir. Bu, dirençli süperiletken akım sınırlandırıcıların köprü tipi SFCL'lerle entegrasyonuyla sağlanır. Hibrit yaklaşımın şematik diyagramı Şekil 3'te gösterilmiştir.
Normal çalışma koşullarında, anahtar K açık olduğundan, dirençli SFCL dıştan herhangi bir impedans göstermez, böylece akım i_L ondan dirençsiz olarak geçebilir. Kusur oluştuğunda, dirençli SFCL hemen yüksek impedansa sahip olur ve süperiletken indüktörle seri olarak çalışarak kusur akımını birlikte baskılar. Kusur temizlendikten sonra, anahtar K kapalı olur; bu noktada, kendi yüksek impedansı nedeniyle, dirençli SFCL kısa devre olur ve hızlıca süperiletken duruma döner.
Anahtar K'nın açıkta direnci olduğundan, toparlanan dirençli SFCL tarafından kısa devre olur, bu nedenle tüm hibrit köprü tipi sınırlayıcı dıştan düşük impedansa sahip görünür. Bu noktada, K'nın açılması tüm akım sınırlama sürecini sonlandırır. Dirençli SFCL'nin kapasitesini artırmak için genellikle dirençli SFCL ünitelerinin seri ve paralel bağlantıları kullanılır, böylece cihazın voltaj ve akım dereceleri geliştirilir. Şekil 4, dirençli süperiletken sınırlayıcının devre şemasını göstermektedir, burada R₁'den R₆'ya kadar süperiletken dirençleri ifade eder ve R, kısa devre kusuru sırasında aynı seri kolundaki iki süperiletkenin eşzamanlı quenchingini tetikleyebilecek by-pass direnç olarak görev yapar.
Faz arası kopupleme transformatörünün rolü, iL1 = iL2 = iL3 olması için sağlamaktır, böylece farklı paralel kolundaki SFCL üniteleri, kısa devre kusuru oluştuğunda eşzamanlı olarak quenching yapabilir. Hibrit köprü tipi SFCL, süperiletkenin süperiletken durumdan normal duruma (S/N) geçiş özelliklerini kullanarak, ek kusur algılama mekanizmalarına ihtiyaç duymadan, kusur algılandığında otomatik olarak akım sınırlama direnci etkinleştirerek kısa devre akımlarının durağan değerlerini etkili bir şekilde sınırlar. Ancak, dirençli süperiletken akım sınırlama cihazının eklenmesi, genel işletim maliyetlerini artırır ve quenchingden toparlanma süresini uzatır, sistem yeniden kapalı operasyonlarıyla koordinasyonu zorlaştırır.
2 Köprü Tipi Süperiletken Olmayan Akım Sınırlayıcı
2.1 Katı Hal Akım Sınırlayıcı
Son yıllarda, güç elektronik teknolojisinin ve yüksek kapasiteli güç yarı iletken cihazlarının (SCR, GTO, GTR, IGBT vb.) hızlı gelişmesi ve pratik sistemlerde yaygın kullanımı, indüktör, direnç, kondansatör ve güç elektronik bileşenlerden oluşan akım sınırlayıcıların araştırma odak noktasına getirmiştir. Süperiletken olmayan köprü tipi akım sınırlandırıcı, karmaşık süperiletken teknolojisini kullanmadan geleneksel bileşenlerden inşa edilir ve yüksek güvenilirlik ve iyi maliyet etkinliği avantajlarını sunar.
Şekil 5, tek fazlı köprü devresi ve akım sınırlama indüktörü L'den oluşan ideal tek fazlı köprü tipi akım sınırlandırıcının şematik diyagramını göstermektedir. Normal çalışma sırasında, dört tiristora sürekli tetikleme darbeleri uygulanır. Kısa bir manyetlenme sürecinden sonra, indüktördeki akım yük akımının zirve değerine ulaşır. Tiristor T₁'den T₄'e kadar olan voltaj düşümleri ihmal edildiğinde, sınırlayıcı dıştan herhangi bir impedans göstermez.
Eğer güç voltajının pozitif yarı döneminde kısa devre kusuru oluşursa, T₃ zorla kapatılır, bu da akım sınırlama indüktörünü devreye alır ve kusur akımını baskılar. Indüktör L'nin değeri uygun şekilde ayarlanarak, kısa devre akımı istenen seviyeye sınırlanabilir. Ayrıca, bu sınırlayıcı, kısa devre akımını anında kesme yeteneğine de sahiptir. Ancak, dört kontrollü anahtarı kullanmasından dolayı, anlık kesme için kontrol mantığı oldukça karmaşıktır. Akım sınırlama sırasında önemli harmonikler oluşturulur; bu harmonikler, köprü kollarına paralel bağlanan by-pass indüktörlerle etkili bir şekilde azaltılabilir.
2.2 Yarı Kontrollü Köprü Kısa Devre Akım Sınırlayıcı
Şekil 6, yarı kontrollü köprü ve kendiliğinden kapanabilen cihazlar tabanlı tek fazlı kısa devre akım sınırlandırıcının topolojisini göstermektedir. Bu sistem, D₁'den D₄'e kadar olan diotlardan, kendiliğinden kapanabilen cihazlar T₁ ve T₂, süperiletken indüktör L, akım sınırlama indüktör Llim ve ZnO aşırı voltaj emicisi, us AC güç kaynağı ve CB hat devre kesicisi içerir.
Normal çalışma koşullarında, iki kendiliğinden kapanabilen cihaz T₁ ve T₂ sürekli tetiklenir. İlk güç açılışında, süperiletken indüktördeki akım, voltaj kaynağının etkisiyle hat akımının zirve değerine kadar artar. Yük stabil hale geldikten sonra, iL sabit kalır. D₁'den D₄'e kadar olan diotların ve kendiliğinden kapanabilen cihazların T₁ ve T₂'nin ileri voltaj düşümleri ihmal edildiğinde, köprünün voltajı sıfır olur ve akım sınırlama indüktör Llim'in voltajı da sıfır olur. Sonuç olarak, akım sınırlandırıcı dıştan herhangi bir impedans göstermez ve sisteme hiçbir etki yapmaz.
Sistemde kısa devre kusuru olduğunda, süperiletken indüktördeki iL akımı artar. Kısa devre kusurunun algılanmasından itibaren, T₁ ve T₂ hemen kapatılır, bu da köprünün işlevini sonlandırır. Kısa devre akımı, ardından by-pass akım sınırlama indüktör Llim'e aktarılır, süperiletken indüktördeki akım ise D₁ ve D₄ diotlarından geçerek sıfıra düşene kadar devam eder. Şekil 7, yarı kontrollü köprü tabanlı tek fazlı kısa devre akım sınırlandırıcının durağan ve kusur durumlarındaki akım ve voltaj eğrilerini göstermektedir.
Sistem t=0.02 saniyesinde güç açılır ve bir周期似乎结束了,但您的文本似乎没有完全结束。如果您还有更多的内容需要翻译,请继续提供。如果这就是全部内容,请确认以便我完成翻译。