Ko'prik turidagi uzilishli oqim cheklovchisi | Superfazda va jismoniy holatda
1 Ko'prik turidagi superdonliksiz kutilayotgan aralashlik cheklovchisi
1.1 Ko'prik turidagi SFCLning strukturi va ishlash printsipi
Rasm 1 ko'prik turidagi SFCLning bittagina fazadan elektr tarmog'ini namoyon etadi, bu tarmoq D₁ dan D₄ gacha to'rt diod, DC bias voltage manbasi V_b va superdonliksiz spiral L ni o'z ichiga oladi. Limitator bilan seriyan ulangan avtomatik ventilator CB xato aralashligini cheklashdan keyin uni kesish uchun mo'ljallangan. Bias manbasi V_b superdonliksiz spiralg'a bias aralashligi i_b taqdim etadi. V_b voltazi diod juftliklari (D₁ va D₃, yoki D₂ va D₄) orqali oldinga yo'naltirilgan qismdan o'tish uchun yetarli darajada belgilanadi, shunda bias aralashligi i₀ o'rnatiladi. i₀ qiymati hattoki yuklanish shartlarida ham elektr tarmog'idagi aralashlikning maksimal qiymatidan i_max katta belgilanadi.
Shunday qilib, normal shartlarda, diod ko'priq davom etib imkoniyatni beradi, va SFCL elektr tarmog'idagi i araligiga hech qanday impedansni ko'rsatmaydi, ko'priqning oldinga yo'naltirilgan qismi har qanday kam ehtimol emas. Normal ish rejimida D₁ dan D₄ gacha bo'lgan diodlardan o'tadigan aralashliklar mos ravishda iD1 dan iD4 gacha bo'lsa, elektr tarmog'idagi aralashlik quyidagicha hisoblanadi:
Kirxof aralashlik qonuni (KCL) asosida:
Agar tarmoqda qisqa tarmoq xatosi paydo bo'lsa, tarmoq aralashligi tez-tez i₀ ga oshadi. Musbat va salbiy yarmuqlarda, bir juft diod termodiodlashib, o'chiriladi, shunda spiral L avtomatik ravishda tarmoqga kiradi. Qisqa tarmoq aralashligi shunday qilib spiraling induktiv reaktansi orqali cheklanadi.
Superdonliksiz spiraling kritik aralashligini to'g'ri belgilash orqali, xatodan paytida spiraling superdonliksiz holatda qolishi, javob berish vaqtining va muzlatishdan tiklanishning ta'siri estaladi. Ammo, xato davom etishi bilan, superdonliksiz induktor orqali o'tadigan aralashlik davom etib oshadi, nihoyatda limitatorsiz bo'lganda mavjud bo'lgan doimiy qisqa tarmoq aralashligi qiymatiga yaqinlashadi. Shuning uchun, xato manbasi aniq vaqt ichida avtomatik ventilator tomonidan tez-tez kesib tashlanishi kerak. Soddalashtirish maqsadida, qisqa tarmoq xatosi manba voltazi nolga teng bo'lgan paytda (t = t₀) ro'y berishini faraz qilamiz. Kirxof voltaj qonuni (KVL) asosida, quyidagi tenglama olinadi:
Boshlang'ich shart , ushbu differensial tenglamani yechish natijasida:
Rasm 2 normal ish rejimida va xatodan keyin induktor aralashligi va tarmoq aralashligining signal diagrammasini, xato t = 0.1 s da boshlangan holda namoyon etadi. Modellashtirish natijalari, superdonliksiz induktor orqali aralashlik cheklash ta'siri sababli, qisqa tarmoq aralashligi tez-tez oshmaydi. Aralashlik cheklash jarayoni asosan superdonliksiz induktorning magnitlashtirilishidir. Xato aralashligi stabil qoldikda, limitator effektivlikka erishmaydi. Shuning uchun, qisqa tarmoq aralashligi doimiy qiymatga erishishdan oldin, xato avtomatik ventilator tomonidan tez-tez kesib tashlanishi kerak. Rasmga ko'ra, xato t = 0.2 s da avtomatik ventilator tomonidan kesib tashlandi.
1.2 Ko'prik turidagi superdonliksiz kutilayotgan aralashlik cheklovchilarining strukturaviy yaxshilanishi
Aniqlik ko'prik turidagi superdonliksiz kutilayotgan aralashlik cheklovchisi (SFCL) faqat qisqa tarmoq aralashligining oshish tezligini cheklash mumkin, lekin ularning doimiy qiymatlarini nazorat qilishda nafisa. Qisqa tarmoq aralashligining doimiy qiymatini cheklash uchun, hybrid SFCL superdonliksiz holatdagi nol qarshilik va superdonliklarning muzlatishida qarshilikning tez-tez oshishi xususiyatlarini birlashtiradi. Bu resistiv superdonliksiz kutilayotgan aralashlik cheklovchilarini ko'prik turidagi SFCLlar bilan integratsiya qilish orqali amalga oshiriladi. Ushbu hybrid yondashuvning sxematik diagrammasi Rasm 3 da namoyon etilgan.
Normal ish rejimida, ventilator K ochiq, shuning uchun resistiv SFCL tashqi impedansni ko'rsatmaydi, i_L araligini uning orqali qarshiliqsiz o'tishiga ruxsat beradi. Xato paytida, resistiv SFCL tez-tez yuqori impedansni ko'rsatadi va superdonliksiz induktor bilan seriyan ishlaydi, shu orqali xato aralashligini umumiy ravishda cheklaydi. Xato tugallanganidan keyin, ventilator K yopiladi; bu paytda, o'zining yuqori impedansi sababli, resistiv SFCL qisqa tarmoq qilinadi va tez-tez superdonliksiz holatga qaytariladi.
K klyuchi oʻng holatda omillangan boʻlganligi sababli, qayta tiklangan omilli SFCL tomonidan short-circuit qilinadi, bu esa butun g'arbli most turi cheklovchisini tashqi jihatdan past omillaga ega qilib koʻrsatadi. Bu paytda, K ni ochish butun amperlik cheklash jarayonini yakunlaydi. Omilli SFCL kapasitetini oshirish uchun, uning birorlari va parallel ulanishlari ishlatiladi, shuning uchun qurilmaning voltaj va amper reytinglari yaxshilab boradi. Rasm 4 omilli superconducting cheklovchining elektrik shemasi, R₁ dan R₆ gacha superconducting omillar, R esa ikki superconductorlarni bir xil seriyaviy qismida short-circuit xatosi paytida oʻzaro quench qilishiga imkon beradigan bypass omill hisoblanadi.
Fazalar orasidagi coupling transformatorining vazifasi iL1 = iL2 = iL3 boʻlishini ta’minlashdir, shuning uchun short-circuit xatosi paytida farqli parallel qollar ostidagi SFCL birorlari oʻzaro quench qilishlari mumkin. G'arbli most turi SFCL superconductorning superconducting (S) va normal (N) holatlar orasidagi oʻtish xususiyatidan foydalanib, short-circuit amperlikning stacionar qiymatini samarali cheklaydi, xato aniqlash uchun qoʻshimcha mekanizmlar talab etilmadan avtomat ravishda amperlik cheklash omillarini ishga tushiradi. Biroq, omilli superconducting xato cheklash qurilmasi qoʻshilishi umumiy ishlash narxini oshiradi va quenchdan tiklanish muddatini uzaytiradi, bu sistemani qayta yoqish operatsiyalari bilan moslashni murakkablashtiradi.
2 G'arbli turi non-superconducting xato amperlik cheklovchisi
2.1 Solid-state amperlik cheklovchisi
Oxirgi yillarda, energiya elektronikasi texnologiyasidagi tez rivojlanish va katta kapasitetli elektron qurilmalar - SCR, GTO, GTR va IGBT - hamda ularning praktik tizimlarda keng qoʻllanilishi, induktorlar, omillar, kondensatorlar va energetika elektronik komponentlardan iborat xato amperlik cheklovchilar oʻquvchilar tomonidan nafaqat oʻrganilmoqda balki juda muhim maqsadda ishlatilmoqda. Non-superconducting g'arbli turi xato amperlik cheklovchisi standart komponentlardan tuzilgan, kompleks superconducting texnologiyasidan parazon boʻlib, yuqori ishonchli va arzon narxlilikka ega.
Rasm 5 ideal g'arbli turi amperlik cheklovchining shematik diagrammasini koʻrsatadi, bu diagramma bitta fazali g'arbli shema va amperlik cheklash inductor L dan iborat. Normal ishlash rejimida, toʻrt thyristorga doimiy triger signal beriladi. Qisqa magnitlash jarayonidan soʻng, inductor amperligi yuk amperligining maksimal qiymatiga yetadi. Thyristorlar T₁ dan T₄ gacha boʻlgan voltaj chiziqlari eʼtiborga olinmaydigan holda, cheklovchi tashqi omillarni koʻrsatmaydi.
Agar ta'minot voltajining musbat yarmuhlatida short-circuit xatosi paydo boʻlsa, T₃ oʻtkazuvchi oʻchiriladi, amperlik cheklash inductor L roʻyxatga olinadi va xato amperligi cheklanadi. Induktor L qiymatini toʻgʻri belgilash orqali, short-circuit amperligi istalgan darajada cheklanishi mumkin. Shuningdek, bu cheklovchi aniq ravishda short-circuit amperligini kesish imkoniyatiga ega. Biroq, toʻrtta kontrollanadigan oʻtkazuvchidan foydalanish sababli, aniq kesish uchun kontrollash logikasi nisbatan murakkab. Xato amperligini cheklash paytida, katta harmonikalar yaratiladi; bu effektiv ravishda g'arbli qollar ustiga parallel ulangan bypass inductorlar orqali kamaytirilishi mumkin.
2.2 Semi-kontrollanadigan g'arbli short-circuit xato amperlik cheklovchisi
Rasm 6 semi-kontrollanadigan g'arbli va oʻz-ochiradigan qurilmalardan tuzilgan bitta fazali short-circuit xato amperlik cheklovchining topologiyasini koʻrsatadi. Bu tizim D₁ dan D₄ gacha diodlar, oʻz-ochiradigan qurilmalar T₁ va T₂, superconducting inductor L, amperlik cheklash inductor Llim va ZnO overvoltage absorberdan iborat, us AC ta'minot manbasi va CB tarmoq circuit breaker hisoblanadi.
Normal ishlash rejimida, ikki oʻz-ochiradigan qurilmalar T₁ va T₂ doimiy triger signal beriladi. Birinchi energiya berilganda, superconducting inductor amperligi voltaj manbasi ta'sirida qatordan maksimal qiymatga yetadi. Yuk stabil boʻlgandan soʻng, iL doimiy qoldi. Diodlar D₁ dan D₄ gacha va oʻz-ochiradigan qurilmalar T₁ va T₂ ning oldindan voltaj chiziqlarini e'tiborsiz qolishda, g'arbli voltaji nol, amperlik cheklash inductor Llim voltaji ham nol. Natijada, amperlik cheklovchi tashqi omillarni koʻrsatmaydi va tizimga ta'sir etmaydi.
Tizimda short-circuit xatosi paydo boʻlganda, superconducting inductor amperligi iL oshadi. Xato aniqlanganda, T₁ va T₂ aniq ravishda oʻchiriladi, bu esa g'arbli ishga tushadi. Short-circuit amperligi unda bypass amperlik cheklash inductor Llim ga oʻtadi, superconducting inductor amperligi esa diodlar D₁ va D₄ orqali davom etadi, chunki u nolga teng boʻlguncha. Rasm 7 semi-kontrollanadigan g'arbli asosida bitta fazali short-circuit xato amperlik cheklovchining stasionar va xato holatidagi amperlik va voltaj egri chizigʻlarini koʻrsatadi.
Tizim 0.02 sekundda ishga tushadi va bir tsiklda stasionar holatga erishadi. 0.1 sekunda da short-circuit xatosi paydo boʻladi, va xato aniqlangandan keyin T₁ bir tortinchi tsiklda oʻchiriladi. Modellashtirish uchun ishlatilgan shema parametrlari quyidagilardir: ta'minotning fazaviy voltajining maksimal qiymati 100V/50Hz; nominal yuk amperligi 10A; yuk omilligi 10Ω; superconducting DC inductor L 10mH; diodlar va kontrollanadigan oʻtkazuvchilar orqali oldindan voltaj chiziqlari 0.8V; amperlik cheklash inductor Llim 10mH.
Quvvat tizimlarida superqondaktirish qutilaydigan xato oqim cheklovchilari (SFCL) ishlatilishning asosiy maqsadlari orasida xato oqimlarni cheklash va ularni chiziqli avtomatlarning aniqlanishi mumkin bo'lgan chegaradan oshirmay qoldirish kiritilgan. Tahlilda, xato oqim kamaytirish nisbati D (0<D<1) quyidagi formulada ko'rsatilganidek, maksimal xato oqimining foizda kamayishini ifodalaydi:
SFCL o'rnatilmaganda qisqa zanjir paytida maksimal kirish oqimi bo'lib, bu qiymat tizimning mos ravishda X/R nisbatiga bog'liq.
Tenglama (7) da, Ip qisqa zanjir oqiminin periodik komponentining amplitudasini belgilaydi, va Ta vaqt doirasi. ilim cheklangan qisqa zanjir oqiminin maksimal qiymatini ifodalaydi, bu qiymat cheklash induktorining hajmi Llim ga bog'liq. Llim ning qiymati to'g'ri tanlanib, maksimal xato oqimining istalgan foizda kamayishi amalga oshirilishi mumkin. Simulyatsiyalar Llim 10 mH, 15 mH va 20 mH qiymatlarda o'tkazilgan, natijalari Rasm 8-da ko'rsatilgan. Katta Llim yaxshi cheklash imkoniyatini ta'minlaydi, lekin shu bilan birga ishlab chiqarish xarajatlari ham oshadi.
2.3 Yarmi boshqariladigan most qisqa zanjir xato oqim cheklovchisi yaxshilanishi
Rasm 6-da ko'rsatilgan konfiguratsiyada, T₁ va T₂ normal ishlash jarayonida doimiy ravishda yoqilgan. Qisqa zanjir xatosi aniqlanganda, boshqaruv shemasi T₁ va T₂ ni o'chiradi. Agar T₁ va T₂ ni almashtirish uchun mostning umumiy yo'lini ichida bitta boshqariladigan sig'nal T joylashtirilsa, oxirgi oqim cheklovchisi juda ham samarali ishlaydi. Bu o'zgartirish boshqariladigan sig'nal komponentlar sonini kamaytiradi, xarajatlarni pasaytiradi va shemani soddalashtiradi. Shematik diagramma Rasm 9-da ko'rsatilgan.
3 Xulosa
Bu maqolada bir qancha ko'paytirish maydoni kichik chiziqli cheklovchilari haqida tasvir etilgan. Aniq superkonduktorli ko'paytirish maydoni xatolik chiziqli cheklovchisi va muzlatmali superkonduktorli xatolik chiziqli cheklovchisini uzoqdan o'tkazib yuborish orqali, chiziqli kichik chizig'ning maksimal va doimiy qiymatlari samarali cheklanishi mumkin. Shuningdek, superkonduktor materiallarning S/N (superkonduktorlik-normal) o'tish xususiyatlaridan foydalanib, tizim xato aniqlash, boshqaruv va chiziq cheklashni bitta birlamchi ichiga integratsiya qiladi, bu esa tez javob berish va yuqori ishonchli bo'lishni ta'minlaydi.
Oxirgi yillarda, elektronika texnologiyasi va katta quvvatli elektronika qurilmalarining tez rivojlanishi va amaliy qo'llanilishi bilan, aniq elektronika ushlagichlari va induktorlardan iborat, superkonduktorli emas ko'paytirish maydoni kichik chiziqli cheklovchilari murakkab superkonduktorli texnologiyadan soddalashtirilganligi sababli ishonch va narxga solishtirilganda afzallikka erishgan. Modellashtirish natijalari ikkala turdagi chiziq cheklovchilarining zamonaviy chiziq cheklovchi xususiyatlarni ko'rsatadi, bu esa taklif etilgan chiziq cheklovchi yo'nalishlarining amalda qo'llanilishiga ishonch hosil qiladi.
