Солид-статық трансформатор деген не? 2025Tech, құрылымы және принциптері түсіндірілген

1. Солид-трансформер (SST) дегеніміз не?

1.1 Конвенционалдық трансформерлердің негіздері мен шектеулері

Мақалада алғаш рет конвенционалдық трансформерлердің тарихын (мисалы, Стенлиның 1886 жылы берілген патенті) және негізгі принциптерін қайталап шығылады. Электромагниттік индукцияға негізделген, традициондық трансформерлер кремний бөлшектерден, мүмінді немесе алюминий жіптерден, сондай-ақ изоляция/жылу айлақтыру системасынан (минералдық мағыз же сүйектік типті) тұратын. Олар тұрақты частоталарда (50/60 Гц немесе 16⅔ Гц), тұрақты напрямді түрлендіру қатынасымен, энергия айналымының мүмкіндігімен және частоталық қасиеттерімен әсер етеді.

Конвенционалдық трансформерлердің артықшылықтары:

• Аз құны

• Жоғары надеждылық (эффективтілік >99%)

• Қысқа заманындағы токты шектеу мүмкіндігі

Ескертулары:

• Үлкен өлшем және ауыр салмақ

• Гармоникаларға және DC биастыққа тәуелділік

• Жарық және экологиялық ризиктер

1.2 Солид-трансформерлердің анықтамасы және пайда болуы

Солид-трансформер (SST) - бұл құрылғы электроникалық технологияға негізделген, 1968 жылы МакМюррейдің "электронды трансформер" концепциясына байланысты. SST-тер орта дауыс (MF) изоляциялық стадия арқылы напрямді түрлендіру және гальваникалық изоляция қамтамасыз етеді, сондай-ақ бірнеше ақылды бақылау функцияларын ұсынады.

SST-тің негізгі құрылымы:

• Орта напрям (MV) интерфейсі

• Орта дауыс (MF) изоляциялық стадия

• Байланыс және бақылау сызықтары

2. SST-тердің құрылымының кestepei

2.1 Кесте: Орта напрям (MV) жөндеу

Орта напрям деңгейлері (мисалы, 10 кВ) қазіргі полупроводникові құрылғылардың (Si IGBT-тер 6,5 кВ-ға, SiC MOSFET-тер ~10–15 кВ) напрямдық рейтингінен өте артық. Сондықтан, модульды (модульды) немесе бір модульды (жоғары напрямды қабылдай алатын құрылғы) ықтималдылықтары қолданылуы керек.

Модульды шешімдердің артықшылықтары:

• Модульді және қайта қолданылатын дизайн

• Төрт деңгейдік шығыс сигналдары, фильтрлерге талаптарды азайту

• Жарық-қосу және қату жөндеу қолданылатын

Бір модульды шешімдердің артықшылықтары:

• Жоғары құрылым

• Үш фазалы системаларға қолайлы

2.2 Кесте: Топологиялық таңдау

SST топологиялары мысалы:

• Изолированный передний фронт (IFE): Изоляция ректификации алдында

• Изолированный задний фронт (IBE): Ректификация изоляция алдында

• Матрица конверторы: Туынды AC-AC конверсия

• Модульды көптеген деңгейдік конвертор (M2LC)

2.3 Кесте: Надеждылық

Конвенционалдық трансформерлер өте надеждылы, ал SST-тер бірнеше полупроводников, бақылау схемалары және жылу айлақтыру системаларын қамтамасыз етеді, сондықтан надеждылық маңызды асу қажет. Мақала надеждылық блок диаграммалары (RBD) және жоғалу қуаты (λ в FIT) моделдерін енгізеді, бұл қайта қолдану системаның надеждылығын өте қанағатты жетілдіреді.

2.4 Кесте: Орта дауыс изоляциялық энергия конверторлары

Кеңістік топологиялары:

• Двойной активный мост (DAB): Энергия ағысы фаза шығысы арқылы басқарылады, жумыс істеу режимін қолданады

• Половина циклдік дискреттік режим сериялық резонанс конверторы (HC-DCM SRC): ZCS/ZVS жасайды, "DC трансформеры" қасиеттерін көрсетеді

2.5 Кесте: Орта дауыс трансформерлердің құрылымы

Орта дауыс трансформерлер кГц деңгейіндегі дауыстарда жұмыс істейді, мысалы:

• Кішірек магниттік ядро көлемі

• Изоляция мен жылу айлақтыру арасындағы қарама-қаршылық

• Litz жіптеріндегі теңсіз ток таралуы

2.6 Кесте: Изоляциялық координация

Орта напрям блоктары жерге қатысты жоғары изоляция қажет, сондықтан қарау керек:

• Комбинированный 50 Гц мощностный и среднечастотный электрический полевой стресс

• Диэлектрические потери и риск локального перегрева

2.7 Кесте: Электромагниттік интерференция (EMI)

MV коммутация уақытында пайда болған общие режимные токтар паразиттердің параллельдік қасиеттері арқылы жерге қатысады, сондықтан общие режимные тормоза қолданылуы қажет.

2.8 Кесте: Защита

SST-тер өсу напрям, өсу ток, жарық және қысқа заманындағы қысымдарды жөндей алады. Традициондық предохранители және перенапряжение арқылы қолданылатын, бірақ электронды ток шектеу және энергия абсорбция стратегияларымен бірге қолданылуы қажет.

2.9 Кесте: Басқару

SST басқару системалары құралы және иерархиялық құрылымы қажет:

• Сыртқы басқару: Сеть әрекеті, энергия распределение

• Ішкі басқару: Напрям/ток регуляция, қайта қолдану басқару

• Блоктық басқару: Модуляция және қорғау

2.10 Кесте: Модульды конверторлардың құрылымы

Нақты MV модульды системаларды құру қажет:

• Изоляциялық құрылым

• Жылу айлақтыру системасы

• Байланыс және көмекші энергия

• Механикалық құрылым және жарық-қосу қолдау

2.11 Кесте: MV конверторларды тестілеу

MV тестілеу объекттері құралы және қажет:

• Жоғары напрям, жоғары энергия булактары/жүктемелер

• Жоғары дәлдікті өлшеу құрылғылары (мисалы, жоғары напрям дифференциалды зондтар)

• Бекап тестілеу стратегиялары (мисалы, arқы-алдын тестілеу)

3. SST-тердің қолданылуы және қолданылу жағдайлары

3.1 Жарық желілеріндегі қолданылуы

SST-тер жарық желілерінде қолданылады:

• Напрям регуляция және реактивті энергия компенсация

• Гармоникалық фильтрлеу және энергия сапасының жақсарту

• DC интерфейс интеграция (мисалы, энергия сақтау, фотоэлектрика)

Бірақ, конвенционалдық Линиялық дауыс трансформерлері (LFT) деп аталатын SST-тердің "эффективтілік кестесі" бар:

• LFT эффективтілігі 98,7% жеткізеді

• SST-тер әдетте көптеген деңгейдік конверсияның себепті ғана ~96,3% жеткізеді

• Өлшем және салмақтың шектеулі азайту (~2,6 м³ vs. 3,4 м³)

• Шексіз артық құны (>52,7k USD vs. 11,3k USD)

3.2 Тракциялық қолданылуы

Тракциялық системалар (мисалы, электрпоезд) өлшем, салмақ және эффективтілікке қатаң талаптар қойылады, SST-тер бұл өзінде артықшылықтары бар:

• Жоғары өту дауыстары (мисалы, 20 кГц) арқылы трансформерлердің өлшемі кеңінен азайту

• Эффективтілік пен өлшем азайтуының екінші оптимизациясы

3.3 DC-DC қолданылуы

DC системаларында (мисалы, деңіз жағалау энергиясын қорыту, деректер орталықтары), SST-тер ғана қолданылатын изоляциялық шешім, себебі олардың өту дауысының сеттік дауыстан бас тартуы мүмкін.

4. Аурудың концепциялары және аяқталуы

4.1 Аурудың қолданылу сценарилары

• Деңіз астындағы нефть және газ өңдеу системалары

• Аба жарық турбины

• Толығымен электрлік аэроплан

• Деніз жүзіндегі орта напрям DC (MVDC) системалары