நான்பு திசைகள் உள்ள திரவமின் மாற்றியின் வடிவமைப்பு: குறுகிய அணிகளுக்கான செல்லுடைய ஒருங்கிணைப்பு தீர்வு

தொழில்துறையில் மின்னணு சாதனங்களின் பயன்பாடு அதிகரித்து வருகிறது, பேட்டரி மற்றும் LED ஓட்டிகளுக்கான சார்ஜர்கள் போன்ற சிறிய அளவிலான பயன்பாடுகளிலிருந்து புகைபிடிக்காத (PV) அமைப்புகள் மற்றும் மின்சார வாகனங்கள் போன்ற பெரிய அளவிலான பயன்பாடுகள் வரை பரவலாக உள்ளது. பொதுவாக, ஒரு மின்சார அமைப்பு மூன்று பகுதிகளைக் கொண்டுள்ளது: மின்உற்பத்தி நிலையங்கள், மின்சார பரிமாற்ற அமைப்புகள் மற்றும் பரவளைய அமைப்புகள். பாரம்பரியமாக, குறைந்த அலைவெண் மின்மாற்றிகள் இரண்டு நோக்கங்களுக்காக பயன்படுத்தப்படுகின்றன: மின்னியல் பிரித்தல் மற்றும் மின்னழுத்த பொருத்தம். எனினும், 50-/60-ஹெர்ட்ஸ் மின்மாற்றிகள் பெரியதாகவும் கனமாகவும் இருக்கின்றன. புதிய மற்றும் பழைய மின்சார அமைப்புகளுக்கிடையே இணக்கத்தை உறுதி செய்வதற்காக மின்மாற்றி மாற்றிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, திட-நிலை மின்மாற்றி (SST) என்ற கருத்தை பயன்படுத்துகின்றன. அதிக அல்லது நடுத்தர அலைவெண் மின்மாற்றத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், SSTகள் மின்மாற்றியின் அளவைக் குறைத்து, பாரம்பரிய மின்மாற்றிகளை விட அதிக மின்சார அடர்த்தியை வழங்குகின்றன.

அதிக பாய அடர்த்தி, அதிக மின்சாரம் மற்றும் அலைவெண் திறன் மற்றும் குறைந்த மின்சார இழப்புகள் போன்ற பண்புகளைக் கொண்ட காந்த பொருட்களில் ஏற்பட்ட முன்னேற்றங்கள், அதிக மின்சார அடர்த்தி மற்றும் திறமையுடன் கூடிய SSTகளை உருவாக்க ஆராய்ச்சியாளர்களை ஊக்குவித்துள்ளன. பெரும்பாலும், ஆராய்ச்சி பாரம்பரிய இரட்டை-சுற்று மின்மாற்றிகளில் கவனம் செலுத்தியுள்ளது. எனினும், பரவலாக்கப்பட்ட உற்பத்தியின் அதிகரித்த ஒருங்கிணைப்பு, அதேபோல் ஸ்மார்ட் கிரிட் மற்றும் நுண்கிரிட் உருவாக்கத்துடன், பல-துறைத் திட-நிலை மின்மாற்றி (MPSST) என்ற கருத்தை உருவாக்கியுள்ளது.

மாற்றியின் ஒவ்வொரு துறையிலும், மின்மாற்றியின் கசிவு தூண்டலை மாற்றியின் தூண்டியாகப் பயன்படுத்தும் இரட்டை செயலில் பாலம் (DAB) மாற்றி பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது கூடுதல் தூண்டிகளுக்கான தேவையை நீக்குவதன் மூலம் அளவைக் குறைக்கிறது மற்றும் இழப்புகளையும் குறைக்கிறது. சுற்று இடம், முக்கிய வடிவமைப்பு மற்றும் இணைப்பு கெழு ஆகியவற்றைப் பொறுத்து கசிவு தூண்டல் சார்ந்திருக்கிறது, இது மின்மாற்றி வடிவமைப்பை மேலும் சிக்கலாக்குகிறது. DAB மாற்றிகளில் துறைகளுக்கிடையே மின்சார பாய்வை கட்டுப்படுத்த கட்ட நழுவல் கட்டுப்பாடு பயன்படுத்தப்படுகிறது. எனினும், MPSSTஇல், ஒரு துறையில் கட்ட நழுவல் மற்ற துறைகளில் மின்சார பாய்வைப் பாதிக்கிறது, துறைகளின் எண்ணிக்கையுடன் கட்டுப்பாட்டு சிக்கலானது அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, பெரும்பாலான MPSST ஆராய்ச்சி மூன்று-துறை அமைப்புகளில் கவனம் செலுத்துகிறது.

இந்த ஆய்வு நுண்கிரிட் பயன்பாடுகளுக்கான திட-நிலை மின்மாற்றியின் வடிவமைப்பை மையமாகக் கொண்டது. மின்மாற்றி ஒற்றை காந்த முக்கியத்தில் நான்கு துறைகளை ஒருங்கிணைக்கிறது. இது 50 kHz இல் செயல்படுகிறது, ஒவ்வொரு துறையும் 25 kW ஆக தரப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. துறை கட்டமைப்பு பயன்பாட்டு கிரிட், ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பு, புகைபிடிக்காத அமைப்பு மற்றும் உள்ளூர் சுமை ஆகியவற்றைக் கொண்ட நடைமுறை நுண்கிரிட் மாதிரியைக் குறிக்கிறது. கிரிட் துறை 4,160 VAC இல் செயல்படுகிறது, மற்ற மூன்று துறைகள் 400 V இல் செயல்படுகின்றன.

நான்கு-துறை SST

மின்மாற்றி வடிவமைப்பு

அட்டவணை 1 மின்மாற்றி முக்கியங்களை உற்பத்தி செய்வதற்கான பல்வேறு பொதுவாக பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களையும், அவற்றின் நன்மைகள் மற்றும் தீமைகளையும் காட்டுகிறது. இலக்கு 50 kHz செயல்பாட்டு அலைவெண்ணில் ஒவ்வொரு துறைக்கும் 25 kW ஐ ஆதரிக்கக்கூடிய ஒரு பொருளைத் தேர்ந்தெடுப்பதாகும். வணிக ரீதியாகக் கிடைக்கும் மின்மாற்றி முக்கிய பொருட்களில் சிலிக்கான் எஃகு, அமோர்பஸ் உலோகக்கலவை, ஃபெர்ரைட் மற்றும் நானோகிரிஸ்டலைன் ஆகியவை அடங்கும். இலக்கு பயன்பாட்டிற்காக—ஒவ்வொரு துறைக்கும் 25 kW உடன் 50 kHz இல் செயல்படும் நான்கு-துறை மின்மாற்றி—மிகவும் பொருத்தமான முக்கிய பொருளை அடையாளம் காண வேண்டும். அட்டவணையைப் பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம், நானோகிரிஸ்டலைன் மற்றும் ஃபெர்ரைட் ஆகிய இரண்டும் சாத்தியமான வேட்பாளர்களாக பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன. எனினும், 20 kHz ஐ விட அதிக சுவிட்சிங் அலைவெண்களில் நானோகிரிஸ்டலைன் அதிக மின்சார இழப்புகளைக் காட்டுகிறது. எனவே, மின்மாற்றிக்கான முக்கிய பொருளாக ஃபெர்ரைட் இறுதியாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது.

வெவ்வேறு முக்கிய பொருட்கள் மற்றும் அவற்றின் பண்புகள்

மின்மாற்றி முக்கிய வடிவமைப்பும் முக்கியமானது, ஏனெனில் இது சுருக்கமானது, மின்சார அடர்த்தி மற்றும் மொத்த அளவைப் பாதிக்கிறது—ஆனால் மிக முக்கியமாக, மின்மாற்றியின் கசிவு தூண்டலைப் பாதிக்கிறது. 330-kW, 50-Hz இரண்டு-துறை மின்மாற்றிக்கு, முக்கிய வகை மற்றும் ஷெல் வகை போன்ற முக்கிய வடிவங்கள் ஒப்பிடப்பட்டுள்ளன, ஷெல் வகை கட்டமைப்பு குறைந்த கசிவு தூண்டலையும் மென்மையான மின்சார பாய்வையும் வழங்குவதைக் காட்டுகிறது. எனவே, ஷெல் வகை கட்டமைப்பு பயன்படுத்தப்படும், மின்மாற்றியின் மைய காலில் நான்கு சுற்றுகளும் ஒன்றன்மேல் ஒன்றாக அடுக்கப்படும், இதன் மூலம் இணைப்பு கெழு மேம்படுகிறது.

ஷெல் வகை முக்கியம் 186×152×30 mm அளவுடையது, பயன்படுத்தப்படும் ஃபெர்ரைட் பொருள் 3C94, 4xU93×76×30 mm கட்டமைப்பில் உள்ளது. நடுத்தர மின்னழுத்த (MV) மற்றும் அதிக மின்னோட்ட துறைகளுக்கும் சுற்றுவதற்கு Litz கம்பி பயன்படுத்தப்படுகிறது, முறையே 3.42 A மற்றும் 62.5 A ஆக தரப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. குறைந்த மின்னழுத்த (LV) துறைகளுக்கு, 16 AWG மற்றும் 4 AWG கம்பிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. LV சுற்றுகளை ஒன்றாக முறுக்குவது காந்த இணைப்பை மேலும் மேம்படுத்துகிறது.

முன்மொழியப்பட்ட MV MPSST வடிவமைப்பை முடித்த பிறகு, Maxwell-3D/Simplorer சிமுலேஷன்கள் செய்யப்படுகின்றன. நடுத்தர மின்னழுத்த கிரிட், ஆற்றல் சேமிப்பு, சுமை மற்றும் புகைபிடிக்காத அமைப்புகளுக்கான துறை மின்னழுத்தங்கள் முறையே 7.2 kVDC மற்றும் 400 VDC ஆக அமைக்கப்படுகின்றன. சுமை துறை 25 kW ஐ 50 kHz சுவிட்சிங் அலைவெண்ணில் மற்றும் 50% டியூட்டி சுழற்சியில் வழங்கும் நிரம்பிய சுமைக்கு கீழ் சிமுலேஷன்கள் நடத்தப்படுகின்றன. மாற்றி செல்களுக்கிடையே கட்ட நழுவலை சரிசெய்வதன் மூலம் மின்சார கட்டுப்பாடு அடையப்படுகிறது. முடிவுகள் அட்டவணையில் தரப்பட்டுள்ளன. வெவ்வேறு மாதிரிகள் முக்கிய வடிவம், குறுக்கு வெட்டு பரப்பு, இழப்பு மற்றும் கனஅளவு போன்ற வெவ்வேறு பண்புகளைக் காட்டுகின்றன. அட்டவணையில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மாதிரி 7 குறைந்த கசிவு தூண்டலையும் அதிக திறமையையும் காட்டுகிறது.

மாதிரி மற்றும் சிமுலேஷன் முடிவுகள்

சோதனை அமைப்பு

முக்கியம் நான்கு U-வடிவ முக்கியங்களை ஒரு அடுக்காக ஒன்றிணைத்து உருவாக்கப்படுகிறது. முழு முக்கியம் மைய காலில் சுற்றுகள் உள்ள மூன்று அடுக்குகளைக் கொண்டுள்ளது. மூன்று குறைந்த மின்னழுத்த (LV)

இந்த ஆய்வுக் கட்டுரை நான்கு இரவு மின்சாரத்தை அல்லது தேவைகளை மைக்ரோகிரிட் பயன்பாடுகளில் ஒன்றிணைக்க உதவும் நான்கு-வாயில மதிய மின்சார தொடர்பற்ற மாற்றியின் (MV MPSST) வடிவமைப்பை முன்னெடுத்து விவாதிக்கிறது. மாற்றியின் ஒரு வாயில் 4.16 kV AC மதிய மின்சாரத்துக்கு மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது. பல வகையான மாற்றி மாதிரிகளும் மைய பொருள்களும் பரிசோதிக்கப்பட்டன. மாற்றியின் வடிவமைப்பின் கூடுதலாக, MV மற்றும் LV வாயில்களுக்கும் சோதனை அமைப்புகள் வளர்க்கப்பட்டன. சோதனை உறுதிப்படுத்தலில் 99% திறன்மீதியை அடைந்தது.