თერმინალური ხედის სოლიდ-სტეიტ ტრანსფორმატორის დიზაინი: ეფექტური ინტეგრაციის გადაწყვეტილება მიკროქსებისთვის

სამრეწვლო ელექტრონიკის გამოყენება მრეწველობაში ზრდის, რომელიც მოიცავს პატარა მასშტაბის გამოყენებებს, როგორიცაა აკუმულატორების დამტენები და LED დრაივერები, დიდი მასშტაბის გამოყენებამდე ჩათვლით, როგორიცაა ფოტოვოლტაიკური (PV) სისტემები და ელექტრომობილები. ტიპიურად, ელექტროენერგეტიკული სისტემა შედგება სამი ნაწილისგან: ელექტროსადგურები, გადაცემის სისტემები და განაწილების სისტემები. ტრადიციულად, დაბალი სიხშირის ტრანსფორმატორები გამოიყენება ორი მიზნით: ელექტრო იზოლაცია და ძაბვის შესაბამისობა. თუმცა, 50-/60-ჰც ტრანსფორმატორები მოცულობით დიდი და მძიმეა. ელექტრო გარდაქმნის მოწყობილობები გამოიყენება ახალი და ძველი ელექტრო სისტემების შესათავსებლად, რომლებიც იყენებენ ნახევარგამტარი ტრანსფორმატორების (SST) კონცეფციას. მაღალი ან საშუალო სიხშირის ელექტრო გარდაქმნის გამოყენებით, SST-ები ამცირებენ ტრანსფორმატორის ზომას და უფრო მაღალ სიმჭიდროვეს უზრუნველყოფენ შედარებით კონვენციურ ტრანსფორმატორებთან.

მაგნიტური მასალების განვითარება—რომლებიც გამოირჩევიან მაღალი მაგნიტური ინდუქციით, მაღალი სიმძლავრითა და სიხშირის შესაძლებლობით და დაბალი სიმძლავრის დანაკარგებით—შესაძლებლობას აძლევს მკვლევარებს შემუშავონ მაღალი სიმჭიდროვის და ეფექტიანობის მქონე SST-ები. უმეტეს შემთხვევაში, კვლევა დაფუძნებული იყო ტრადიციულ მარტივ გარშემოტვირთვად ტრანსფორმატორებზე. თუმცა, დანაწილებული გენერაციის ზრდადი ინტეგრაცია, ასევე განჭვრილი ქსელებისა და მიკროქსელების განვითარება მივყავართ მრავალპორტიანი ნახევარგამტარი ტრანსფორმატორების (MPSST) კონცეფციამდე.

გარდაქმნის მოწყობილობის თითოეულ პორტზე გამოიყენება ორმაგი აქტიური კიდურის (DAB) გარდაქმნის მოწყობილობა, რომელიც ტრანსფორმატორის გაბრუჯვის ინდუქტივობას იყენებს როგორც გარდაქმნის მოწყობილობის ინდუქტორს. ეს ამცირებს ზომას, რადგან აღმოფხვრის დამატებითი ინდუქტორების საჭიროებას და ასევე ამცირებს დანაკარგებს. გაბრუჯვის ინდუქტივობა დამოკიდებულია გარშემოტვირთვის განლაგებაზე, ბირთვის გეომეტრიაზე და კავშირის კოეფიციენტზე, რაც ტრანსფორმატორის დიზაინს უფრო რთულს ხდის. DAB გარდაქმნის მოწყობილობებში გამოიყენება ფაზის წევის კონტროლი პორტებს შორის სიმძლავრის დინების რეგულირებისთვის. თუმცა, MPSST-ში ერთ-ერთი პორტის ფაზის წევა ზეგავლენას ახდენს სხვა პორტების სიმძლავრის დინებაზე, რაც ზრდის კონტროლის რთულებას პორტების რაოდენობის შესაბამისად. შედეგად, უმეტესი MPSST კვლევა არის ორიენტირებული სამპორტიან სისტემებზე.

ეს ნაშრომი ეძღვნება მიკროქსელის გამოყენებისთვის განკუთვნილი ნახევარგამტარი ტრანსფორმატორის დიზაინს. ტრანსფორმატორში ერთი მაგნიტური ბირთვის გარშემო გაერთიანებულია ოთხი პორტი. ის მუშაობს 50 კჰც გადართვის სიხშირით, ხოლო თითოეული პორტის სიმძლავრე შეადგენს 25 კვტ-ს. პორტების კონფიგურაცია წარმოადგენს რეალურ მიკროქსელის მოდელს, რომელიც შედგება საზოგადოებრივი ქსელისგან, ენერგიის შენახვის სისტემისგან, ფოტოვოლტაიკური სისტემისგან და ადგილობრივი ტვირთისგან. ქსელის პორტი მუშაობს 4,160 VAC-ზე, ხოლო დანარჩენი სამი პორტი 400 V-ზე.

ოთხპორტიანი SST

ტრანსფორმატორის დიზაინი

ცხრილი 1 აჩვენებს ტრანსფორმატორის ბირთვების დასამზადებლად ხშირად გამოყენებად სხვადასხვა მასალებს, მათი უპირატესობებით და ნაკლოვანებებით. მიზანია ავირჩიოთ ისეთი მასალა, რომელიც შეძლებს მხარდაჭერას 25 კვტ სიმძლავრის თითოეულ პორტზე 50 კჰც მუშაობის სიხშირით. კომერციულად ხელმისაწვდომი ტრანსფორმატორის ბირთვის მასალები შედის სილიციუმის ფოლადი, ამორფული შენადნობი, ფერიტი და ნანოკრისტალური. სამიზნე გამოყენებისთვის—ოთხპორტიანი ტრანსფორმატორი, რომელიც მუშაობს 50 კჰც სიხშირით და 25 კვტ სიმძლავრით თითოეულ პორტზე—უნდა განისაზღვროს ყველაზე შესაბამისი ბირთვის მასალა. ცხრილის ანალიზით, ნანოკრისტალური და ფერიტი არის შეზღუდული როგორც პოტენციური კანდიდატები. თუმცა, ნანოკრისტალური აღნიშნავს უფრო მაღალ სიმძლავრის დანაკარგებს 20 კჰც-ზე მაღალი გადართვის სიხშირის დროს. შესაბამისად, ტრანსფორმატორის ბირთვის მასალად საბოლოოდ არჩეულია ფერიტი.

სხვადასხვა ბირთვის მასალები და მათი მახასიათებლები

ტრანსფორმატორის ბირთვის დიზაინი ასევე საკმაოდ მნიშვნელოვანია, რადგან ის ზეგავლენას ახდენს კომპაქტურობაზე, სიმძლავრის სიმჭიდროვეზე და სრულ ზომაზე—მაგრამ ყველაზე მეტი ზეგავლენა ახდენს ტრანსფორმატორის გაბრუჯვის ინდუქტივობაზე. 330 კვტ, 50 ჰც მარტივპორტიანი ტრანსფორმატორისთვის შედარებული იქნა ბირთვის ფორმები, როგორიცაა ბირთვის ტიპი და ნაგუნის ტიპი, რაც აჩვენა, რომ ნაგუნის კონფიგურაცია ახასიათებს დაბალი გაბრუჯვის ინდუქტივობა და უფრო გლუვი სიმძლავრის დინება. შესაბამისად, გამოყენებული იქნება ნაგუნის კონფიგურაცია, სადაც ყველა ოთხი გარშემოტვირთვა კონცენტრულად არის დაგროვებული ტრანსფორმატორის ცენტრალურ ბარძაყზე, რაც გაუმჯობესებს კავშირის კოეფიციენტს.

ნაგუნის ტიპის ბირთვი ზომით არის 186×152×30 მმ, ხოლო გამოყენებული ფერიტის მასალაა 3C94 4xU93×76×30 მმ კონფიგურაციით. გამოყენებულია Litz სადენი შუალედური და მაღალი დენის მქონე პორტების გარშემოტვირთვისთვის, რომლებიც შეფასებულია 3.42 A და 62.5 A, შესაბამისად. დაბალი ძაბვის (LV) პორტებისთვის გამოყენებულია 16 AWG და 4 AWG სადენები. დაბალ

ეს დოკუმენტი შეუძლია ხელით განვითაროს ოთხპორტული საშუალო დაბლოკის მრავალპორტული სოლიდური ტრანსფორმატორი (MV MPSST), რომელიც შესაძლებელია ჩართოს სამიგრიდის აპლიკაციებში ხელით შერწყმა ხელით სხვადასხვა სართულების ან ტვირთების. ტრანსფორმატორის ერთი პორტი არის საშუალო დაბლოკის (MV) პორტი, რომელიც შესაძლებელია 4,16 kV AC-ით. შესაძლებელია განხილოთ სხვადასხვა ტრანსფორმატორის მოდელები და ბუნების მასალები. ტრანსფორმატორის დიზაინის გარდა, შექმნილი იყო ტესტის დასაწყისები და საშუალო დაბლოკის და დაბალი დაბლოკის პორტებისთვის. ექსპერიმენტული ვალიდაციის შედეგად მიღწია 99%-იანი ეფექტურობა.