Útkomulag fyrir fimmtaflötta fastastaða umframlara: Hæg efni samþættingarlágu fyrir smærri veita nets

Notkun raforkuefnis í viðskiptum er aukast, frá smásamgöngum eins og akuslysur fyrir battar og LED stýringar, upp í stórsamgöngur eins og ljóssóttu (PV) kerfi og rafræn ökur. Venjulega samanstendur raforkukerfi úr þremur hlutum: orkuröstar, afleiðingarkerfi og dreifikerfi. Í sögunlegu skyni eru lágfrekans ummylana notuð til tveggja áfangana: raforkugreiningar og spennaþrópunar. En 50-/60-Hz ummylana eru stór og tunga. Raforkubreytir eru notuð til að gera mögulegt samhengi milli nýrra og sögunlegra raforkukerfa, með notkun hugmynds um fastastaða ummylana (SST). Með notkun hár- eða miðfrekans raforkubreytingar, lækkar SST stærð ummylna og býða upp á hærri orkuþéttleika heldur en venjulegar ummylana.

Framvindan í magnstofnmálum—með hár flæðistigi, hár orku- og frekansmöguleika, og lága orkuloss—hefur gert það mögulegt fyrir rannsóknaraðila að búa til SST með hár orkuþéttleika og hágildi. Í flestum tilvikum hefur rannsókn verið ákvörðuð að venjulegum tvívindingum ummylnum. En vaxandi samþætting dreifigeneratsins, samband við þróun snjallra netanna og mikronetanna, hefur leitt til hugmynds um margföldaportar fastastaða ummylana (MPSST).

Á hverju porti breytunar er tvívindingur virkr brottningsbreytir (DAB) notaður, sem notar lekspenna ummylnunnar sem brottningsbreytis inductorn. Þetta minnkar stærð með því að sleppa við auknum inductorum og lækkar einnig loss. Lekspennan fer eftir víddarmynd bandar, kjarnageometríu og tengslakröfu, sem gerir ummylnudesign meira dýpri. Fasaskeikningastýring er notuð í DAB breytir til að regla orkuflæði á milli porta. En í MPSST, athuga fasaskeikning á einum porti orkuflæði á öðrum portum, sem eykur stýringsdýpt með fjölda porta. Þess vegna er mesta MPSST rannsókn fokussuð á þremur-portakerfum.

Þetta grein fokuserar á design fastastaða ummylnu fyrir mikronetaforrit. Ummylan slær saman fjóra port á einni magnstofnkjarni. Hún virkar á skiptingartíma 50 kHz, með hverju porti merkt fyrir 25 kW. Portasetningar lýsa raunverulegu mikronetamódeli sem inniheldur viðskiptanet, orkuspennuvæki, ljóssóttu (PV) kerfi og staðbundið hending. Netportinn virkar á 4,160 VAC, en hinir þrír portar virka á 400 V.

Fjóraportar SST

Ummylan Design

Tafla 1 sýnir ýmis algengt notuð efni fyrir framleiðslu ummylnukjarna, síðan við förm og óförm. Markmiðið er að velja efni sem getur stuðlað 25 kW á hverjum porti við 50 kHz virkunartíma. Í boði eru ummylnukjarnaefni eins og silícíjárn, amorf skammal, ferrit, og nanokristallínt. Fyrir markaðsforritið—fjóraportar ummylna sem virka á 50 kHz með 25 kW á hverjum porti—þarf að finna það einkemæli sem passar best. Eftir að greina tafluna, eru nanokristallínt og ferrit valin sem mögulegar kandidatar. En nanokristallínt sýnir hærri orkuloss á skiptingartíma yfir 20 kHz. Því er ferrit valið sem kjarnaefni fyrir ummylnuna.

Efnimikil á ummylnukjörnum og eiginleikar þeirra

Design ummylnukjarna er líka mikilvægt, þar sem hann hefur áhrif á þéttleika, orkuþéttleika, og heildarstærð—en fyrst og fremst, hann hefur áhrif á lekspennan ummylnunnar. Fyrir 330-kW, 50-Hz tvíportar ummylna, hafa core-type og shell-type kjarnar verið sameinuð, sem sýna að shell-type skipulag býður upp á lægri lekspenna og leiðrétta orkuflæði. Því er shell-type skipulag notað, með allar fjórar vindingu samhæfðar í samhengi á miðlimi ummylnunnar, sem bætir við tengslakröfu.

Shell-type kjarninn mælir 186×152×30 mm, og ferrite efnið sem notað er er 3C94 í 4xU93×76×30 mm skipulagi. Litz tröð er notað fyrir vindingu bæði miðvoltage (MV) og hágildi portanna, merkt fyrir 3.42 A og 62.5 A, tiltekkt. Fyrir lágvoltage (LV) portina eru notað 16 AWG og 4 AWG tröð. Samhæft LV vindingu bætir við magnstofnstengslu.

Eftir að hafa fullnægt MV MPSST hönnun, eru Maxwell-3D/Simplorer hermunar gerðar. Portaspennur fyrir miðvoltage net, orkuspennuvæki, hending, og ljóssóttu (PV) kerfi eru stilltar á 7.2 kVDC og 400 VDC, tiltekkt. Hermunar eru gerðar undir fulla hending, með hendingarportinu sem býður upp á 25 kW við skiptingartíma 50 kHz og 50% pligtíma. Orkustýring er náð með að breyta fasaskeikningi á milli breytir cella. Niðurstöður eru sýndar í töflunni. Þýðir modelir sýna mismunandi eiginleika eins og kjarnaskapa, skurðþvermál, loss, og rúmmál. Svo sem sýnt er í töflunni, sýnir Model 7 lægri lekspenna og hærri hágildi.

Model og hermunar niðurstöður

Prófunaruppsetning

Kjarninn er búinn til með fjórum U-forma kjörnum samstilltuð í eina lag. Fullnægður kjarni samanstendur af þremur lagum með vindingu settu á miðlim. Þrír lágvoltage (LV) portar vindingu eru vinduð saman til að bæta stengslu. Tvívindingur virkr brottningsbreytir (DAB) er búinn til til að prófa hönnunina. SiC MOSFET eru notaðir í breytir hönnun. Fyrir miðvoltage (MV) port, er rektifiserabrygja framkvæmd með SiC diódum, sem er einnig tengdur við motstandsbanki merkt fyrir að halda 7.2 kV.

Samendurkomst

Þetta grein fokuserar á design fyrir fjóraportar miðvoltage margföldaportar fastastaða ummylnu (MV MPSST) sem gerir mögulegt að samþætta fjóra mismunandi upprunaaðila eða hendingar í mikronetaforritum. Ein port af ummylnunni er miðvoltage (MV) port merkt fyrir 4.16 kV AC. Þýðir ummylnumodlar og kjarnaefni voru skoðaðir. Auk ummylnuhönnunar, voru prufuuppsetningar búin til bæði fyrir MV og LV porta. 99% hágildi var náð í prufuferlinu.