Κλειδια Τεχνολογίες και Προκλήσεις των Υψηλής Τάσης Ηλεκτρονικών Μετατροπέας

Οι παραδοσιακοί ηλεκτρικοί μετασχηματιστές αντιμετωπίζουν βασικά προβλήματα λόγω των αισθητήρων τους. Είναι κρίσιμοι για την παρακολούθηση, τον έλεγχο και την προστασία των εγκαταστάσεων παραγωγής (π.χ., εγγραφή σφαλμάτων, ελεγκτικός έλεγχος ασφαλείας). Ωστόσο, η μεγάλη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μέσω φορέων πληροφοριών και η έλλειψη ψηφιακής εξόδου σήματος από ψηφιακά συστήματα περιπλέκουν τη δευτερεύουσα επικοινωνία. Περίπλοκα δευτερεύοντα καλώδια αντισταθμίζουν την υψηλή αξιοπιστία των μικροϋπολογιστών, απλοποιώντας την προστασία και τα δευτερεύοντα συστήματα. Αυτή η καινοτομία θα ενσωματώσει τη δευτερεύουσα εξοπλισμού σε συστήματα, επιταχύνοντας τη διαδικασία ψηφιακοποίησης/υπολογιστοποίησης των υποσταθμίων και μετατρέποντας την αυτοματοποίηση/προστασία των συστημάτων ενέργειας.

Οι ηλεκτρονικοί μετασχηματιστές αντιμετωπίζουν την απομόνωση της οπτικής μεταφοράς, αλλά οι γραμμές υψηλής τάσης για την εγγραφή/μεταφορά σημάτων χρειάζονται σταθερή, αξιόπιστη DC ενέργεια - ένα βασικό τεχνικό πρόβλημα με βάση τη φυσική. Μια μεταβλητή ηλεκτρομαγνητική περιοχή γύρω από τον μετρούμενο ηλεκτροδοχό, που μπορεί να παραχθεί μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαναφοράς, είναι ιδανική (η ενέργεια είναι "αυτοστιμουλούμενη", εξαχθεί από και χρησιμοποιείται για τον μετρούμενο αντικείμενο, με βάση την εναλλακτική ηλεκτρομαγνητική εγκέφαλος). Ωστόσο, τεχνικά εμπόδια αναγκάζουν στην αναζήτηση δαπανηρών μεθόδων (π.χ., λέιζερ, μικροκύματα). Αυτό το έγγραφο εξετάζει την αυτορύθμιση της παροχής ενέργειας μέσω τεχνολογικών ηλεκτρονικών τεχνολογιών, καλύπτοντας την οπτική επικοινωνία και τα μαγνητικά υλικά.

1 Σπείρα με αέριο πυρήνα

Σε αυτό το στάδιο, οι ηλεκτρονικοί μετασχηματιστές υψηλής τάσης (ETA) χρησιμοποιούν σπείρες με αέριο πυρήνα ως αισθητήρες. Χαμηλής τάσης ημιαγωγικά λέιζερ, ενεργοποιημένα από οπτικούς ίνες σε γραμμές υψηλής τάσης, μετατρέπουν σήματα τάσης. Τα μετρούμενα ηλεκτρικά στοιχεία (εισαγωγή ως ψηφιακά σήματα) ενεργοποιούν LEDs, με οπτικούς ίνες που μεταφέρουν τα σήματα στην πλευρά χαμηλής τάσης ως οπτικοί παλμοί.

Σε αντίθεση με την παραδοσιακή συστοιχία των μετασχηματιστών, οι σπείρες με αέριο πυρήνα ακολουθούν αυστηρούς κανόνες: Οι δευτερεύοντες συστοιχίες είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες σε μη μεταλλικά μαγνητικά σκελετά (ομοιόμορφη διατομή); οι σπείρες έχουν την ίδια μορφή; η οριζόντια επίπεδη επιφάνεια κάθε συστοιχίας πρέπει να είναι κάθετη στην εφαπτομένη της σκελετικής σπείρας (αλλιώς, αυξάνονται οι λάθη μέτρησης). Η μισο-χειροτεχνική συστοιχία συχνά αποτυγχάνει να συμμορφωθεί με αυτά τα κριτήρια στην πράξη, αυξάνοντας την κατανάλωση ενέργειας κατά τη μαζική παραγωγή. Συνήθως, η ακρίβεια της δομής των σπειρών με αέριο πυρήνα φτάνει στο 0,1% (μέσος όρος 2%).

Ενώ η λειτουργία σε σχέση με τη θερμοκρασία είναι απλή, οι πρότυπα IEC απαιτούν σαφείς ποσοτικές απαιτήσεις για τη δευτερεύουσα εξόδου υπό ρεύματος προς την ονομαστική τιμή - όλες οι αρχικές αποκλίσεις λογίζονται στα λάθη μέτρησης. Η λύση της ατομικοποίησης των μετασχηματιστών με αέριο πυρήνα στην παραγωγή είναι κρίσιμη. Οι μετασχηματιστές με ετικέτες αντίστασης χρειάζονται ειδική έγκριση (από την Υπηρεσία Ηλεκτρομηχανικών Υπηρεσιών) για τη δευτερεύουσα εξόδου, περιορίζοντας την βιομηχανική παραγωγή. Έτσι, απαιτούνται νέες δομές αισθητήρων με οπτική σπείρα με αέριο πυρήνα. Μέσω της τεχνολογίας PCB, οι ερευνητές ανέπτυξαν καινοτόμες σχεδιαστικές λύσεις, ενισχύοντας την ακρίβεια και την σταθερότητα της μέτρησης.

2 Μεταβατικές Ιδιότητες

Σε υψηλής τάσης δίκτυα, η μεγάλη συμβατική ικανότητα οδηγεί σε σταθερό, σχετικά μακρά πρωτεύον κύκλο. Το σύστημα προστασίας ενεργοποιείται κατά τη διάρκεια των μεταβάσεων, με μακρά διάρκεια σύντομων κύκλων. Για να εξασφαλιστεί η λειτουργία των συστημάτων προστασίας, οι μετασχηματιστές πρέπει να παραμένουν ελαφρώς διαταραγμένοι; το δευτερεύον σήμα εξόδου αντικαθιστά το πρώτο σήμα διακοπής, και οι μεταβατικές ατελείες εντός του ορισμένου χρόνου δεν πρέπει να ξεπεράσουν τα όρια. Η μεταβατική απόδοση των ηλεκτρονικών μετασχηματιστών με σπείρα με αέριο πυρήνα είναι ένα κλειδί οφέλος.

Ένας ολοκληρωτής, με περιορισμένη σταθερά χρόνου, ανακτά τα μετρούμενα ηλεκτρικά σήματα. Εάν οι κύκλοι έχουν ιωδικές περιοδικές συνιστώσες, οι χαρακτηριστικά λάθων εξαρτώνται περισσότερο από τις χαμηλές συχνότητες. Χαμηλότερες συχνότητες βελτιώνουν την παρακολούθηση και μειώνουν τα λάθη (π.χ., η αδύναμη συστατική στοιχεία ενός συστήματος σε 0,5s απαιτεί την χαμηλή συχνότητα του μετατροπέα ενέργειας να παραμείνει κάτω από 2Hz για καλύτερη δαμπίνηση του κύκλου). Αργότερη μεταβατική φθίνουσα και ασθένεια του εξόδου σήματος συμβαίνει όταν οι σπείρες ρεύματος με αέριο πυρήνα και οι ολοκληρωτές απενεργοποιούνται σε μηδενικό πρωτεύον ρεύμα. Η ασυμβίβαστη με συστήματα απενεργοποίησης στη θέση μηδενικού προκαλεί λάθη μέτρησης. Επομένως, η σχεδίαση και βελτιστοποίηση του ολοκληρωτή είναι κρίσιμη για την απόδοση των μετασχηματιστών με αέριο πυρήνα.

3 Διανομή Ενέργειας στην Πλευρά Υψηλής Τάσης

Οι μετασχηματιστές με αέριο πυρήνα χρησιμοποιούν "ενεργειακές πηγές" για να αντλούν ενέργεια από τον πρωτεύον διαχωριστή σε υψηλή τάση. Ηλεκτρονικοί κύκλοι παρέχουν ενέργεια, αλλά πολύ χαμηλά πρωτεύοντα ρεύματα (π.χ., ≤5% του ρεύματος προς την ονομαστική τιμή) εμποδίζουν τους μετατροπείς ρεύματος να διατηρούν την κανονική ενθάρρυνση ή να μεταφέρουν ενέργεια, δημιουργώντας έναν πεθαμένο χώρο ενέργειας. Η σχεδίαση διανομής ενέργειας με οπτικά ίνες για τους χαμηλής τάσης ημιαγωγικούς λέιζερ σε υψηλής τάσης μοντουλοποιημένες γραμμές αντιμετωπίζει υψηλή κατανάλωση ενέργειας (≈60mW).

Η ισορροπία μεταξύ χρήσης ενέργειας και απόδοσης είναι κρίσιμη: με 30% απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής, οι ημιαγωγικοί λέιζερ χρειάζονται τουλάχιστον 180mW εξόδου - μειώνοντας τη διάρκεια ζωής και αυξάνοντας το κόστος. Υβριδικοί φορείς ενέργειας λύνουν αυτό: η KT παρέχει ενέργεια για υψηλά πρωτεύοντα ρεύματα; οι λύσεις με λέιζερ επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής για χαμηλά ρεύματα. Η εξάρτηση από τα λέιζερ ενδέχεται να προκαλέσει αποτυχία του μετασχηματιστή αν σταματήσουν, οπότε χρειάζονται δύο οπτικοί μοντουλοποιητές και έξυπνες στρατηγικές έλεγχου (για να προβλέψουν την αλλαγή κατάστασης και να αντιμετωπίσουν τους σύντομους κύκλους), αυξάνοντας το κόστος αλλά εξασφαλίζοντας αξιόπιστη διανομή ενέργειας.

4 Σχεδίαση Αξιοπιστίας

Οι ηλεκτρονικοί αποσυμπαγωγιστές υπερβαίνουν τους παραδοσιακούς, αλλά εξαρτώνται από περίπλοκες τεχνολογίες (π.χ., μεταφορά τεχνογνωσίας, εμπειρία υψηλής τάσης), αντικαθιστώντας τελικά τους παραδοσιακούς. Η πολυτέλεια αυξάνει την αξιοπιστία: οι κανάλιοι προστασίας χρησιμοποιούν διπλά εξαρτήματα με σπείρες με αέριο πυρήνα και μετατροπείς. Κλειδιά εργαλεία (π.χ., μετατροπείς μονάδων ενέργειας) χρειάζονται απλοϊκή αυτοματοποίηση. Μέτρα προστασίας αντιμετωπίζουν την επίδραση των σύντομων κύκλων στους κύκλους δείγματος και τους υψηλής απόδοσης λέιζερ στους κανάλιους προστασίας ATM. Οι υψηλής απόδοσης λέιζερ παρουσιάζουν κίνδυνο για τους τεχνικούς, αλλά απενεργοποιούνται με τις μονάδες ενέργειας για να προληφθούν τα κίνδυνα.