Soqol tillavandatchi nima? 2025Tech, Tuzilishi va printsipi tushuntirilgan

Noah

Maydon: Dizayn & Eqtibar

Australia

1. Solid-State Transformer (SST) nima?

1.1 An'anaviy transformatorlarining asoslari va cheklanishlari

Maqola birinchi navbatda an'anaviy transformatorlar tarixini (masalan, Stanleyning 1886-yilda berilgan patenti) va ularning asosiy printsiplarini qayta ko'rib chiqadi. Elektromagnit induksiya asosida ishlaydigan an'anaviy transformatorlar silitsiya peltili poyaslar, moliy yoki aliminiy spiral va izolyatsiya/sovrin tizimlaridan (mineral yog yoki sux tip) iborat. Ular belgilangan chastotalarda (50/60 Hz yoki 16⅔ Hz), belgilangan voltaj transformatsiya nisbatlari, energiya uzatish imkoniyatlari va chastota xususiyatlari bilan ishlaydi.

An'anaviy transformatorlarining afzalliklari:

Past narx
Yuqori ishonchli (effektivlik >99%)
Qisqa sharoitli tok cheklovlari

Kamchiliklari o'z ichiga oladi:

Katta hajm va og'ir vazn
Garmonikka va DC biasga o'nginchilik
Yuklanish himoyalari yo'q
Yangiqtash va ekologik xavflar

1.2 Solid-State Transformer (SST) ning ta'rif va asal shakli

Solid-State Transformer (SST) - bu 1968-yilda McMurrayning "elektron transformator" konsepsiyasiga asoslangan, kuch elektronikasi texnikasiga asoslangan an'anaviy transformatorlarga alternativ. SST orqali o'rta chastotadagi (MF) izolyatsiya bosqichi orqali voltaj transformatsiyasi va galvanik izolyatsiya amalga oshiriladi, hamda bir nechta aqliy boshqaruv funktsiyalarini ta'minlaydi.

SSTning asosiy strukturasini quyidagilar tashkil etadi:

O'rta voltaj (MV) interfeysi
O'rta chastotadagi (MF) izolyatsiya bosqichi
Aloqa va boshqaruv havolalari

2. SSTlarni dizayn qilishni qiyinliklari

2.1 Qiyinlik: O'rta voltaj (MV) bilan ishlash

O'rta voltaj darajalari (masalan, 10 kV) mavjud poluprovodnik qurilmalar (Si IGBTs 6.5 kV gacha, SiC MOSFETs ~10–15 kV) voltaj reytingidan juda yuqorida. Shuning uchun yaqin modulli yoki yagona modulli (yuqori voltajli qurilmalar) yondashuvlardan birini tanlash zarur.

Modulli yechimlarning afzalliklari:

Modulli va takrorlanadigan dizayn
Ko'pgacha darajali chiqish to'g'ri signal, filtrlash talablarini kamaytiradi
Issiq almashtirish va xato toleransiyaning qo'llanilishi

Yagona modulli yechimlarning afzalliklari:

Soddaroq struktura
Uch fazali sistemlarga mos keladi

2.2 Qiyinlik: Topologiya tanlovi

SST topologiyalari quyidagicha bo'linadi:

Izolet qilinadigan old tomon (IFE): Izolyatsiya to'g'rilashdan oldin
Izolet qilinadigan orqa tomon (IBE): To'g'rilash izolyatsiyadan oldin
Matrix konvertor turi: To'g'ridan-to'g'ri AC-AC konvertatsiya
Modulli ko'pgacha darajali konvertor (M2LC)

2.3 Qiyinlik: Ishonch

An'anaviy transformatorlar juda ishonchli, lekin SSTlar bir nechta poluprovodniklar, boshqaruv sxemalari va sovrin tizimlarini o'z ichiga oladi, bu esa ishonchni muhim savolga aylantiradi. Maqola ishonch blok diagrammalari (RBD) va xato tezligi (λ FIT) modelini kirita, bu esa takrorlanish ishonchni nihoyatda yaxshilaydi.

2.4 Qiyinlik: O'rta chastotadagi izolyatsiya qilingan kuch konvertorlari

Umumiy topologiyalar o'z ichiga oladi:

Ikki aktiv brigada (DAB): Kuch oqimi fazaviy siljish orqali boshqariladi, yumshoq o'tishni ta'minlaydi
Yarmi tsikl davom etmaydigan rejimli seriyaga paralel konvertor (HC-DCM SRC): ZCS/ZVS ni amalga oshiradi, "DC transformator" xususiyatlarini namoyon qiladi

2.5 Qiyinlik: O'rta chastotadagi transformator dizayni

O'rta chastotadagi transformatorlar kHz darajadagi chastotalarda ishlaydi, quyidagi qiyinliklarga duch keladi:

Kichik magnitli poyas hajmi
Izolyatsiya va issiq boshqarish orasidagi ziddiyat
Litz kabilardagi to'g'ri taqsimlanmagan tok

2.6 Qiyinlik: Izolyatsiya moslashishi

O'rta voltajli birliklarga yerkamoga qarab yuqori izolyatsiya talab qilinadi, shuning uchun quyidagilarni hisobga olish kerak:

Birlashtirilgan 50 Hz kuch chastotasining elektr maydon stressi va o'rta chastotadagi elektr maydon stressi
Dielektrik yo'qotmalar va joylashtirilgan issiqroq holat riski

2.7 Qiyinlik: Elektromagnit interferentsiya (EMI)

MV o'zgartirishda yaratiladigan umumiy usul toklari parasit kapasitans orqali yerkamoga o'tishi mumkin, shuning uchun ularni umumiy usul bo'lg'ichlari orqali cheklash kerak.

2.8 Qiyinlik: Himoya

SSTlar yuqori voltaj, yuqori tok, yarmolov va qisqa sharoitlarni qoida bilan boshqarish kerak. An'anaviy lampa va yarmolov arresterlari hali ham qo'llanilishi mumkin, ammo ular elektronik tok cheklov va energiya qobiliyat strategiyalari bilan birga ishlatilishi kerak.

2.9 Qiyinlik: Boshqaruv

SST boshqaruv tizimlari murakkab va ierarxik struktura talab qiladi:

Tashqi boshqaruv: Tarmoq munosabati, kuch parchalashi
Ichki boshqaruv: Voltaj/toqreg'ion boshqaruv, takrorlanish boshqaruv
Birlik darajasidagi boshqaruv: Modulyatsiya va himoya

2.10 Qiyinlik: Modulli konvertorlar tuzilishi

Praktik MV modulli tizimlar tuzilishi quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Izolyatsiya dizayni
Sovrin tizimlari
Aloqa va yordamchi kuch
Mexanik struktura va issiq almashtirish qo'llab-quvvatlashi

2.11 Qiyinlik: MV konvertorlarini sinovdan o'tkazish

MV sinov komplekslari murakkab va quyidagilarni talab qiladi:

Yuqori voltaj, yuqori kuch manbalari/yuklar
Yuqori aniqlik o'lchov qurilmalari (masalan, yuqori voltajli differensial probalar)
Yedek sinov strategiyalari (masalan, qarama-qarshi sinov)

3. SSTlarning qo'llanish sahifalari va kasuslari

3.1 Tarmoq qo'llanishlari

SSTlar quyidagi tarmoq maqsadlari uchun qo'llanilishi mumkin:

Voltaj boshqaruv va reaktiv kuch kompensatsiyasi
Garmonik filtratsiya va kuch sifati yaxshilanishi
DC interfeys integratsiyasi (masalan, energiya saqlanishi, fotovoltaika)

Bu erda, an'anaviy Chastota Transformatorlari (LFT) bilan solishtirganda, SSTlar "effektivlik qiyinligi" bilan kurashishadi:

LFT effektivligi 98.7% ga yetishi mumkin
SSTlar bir nechta bosqichli konvertatsiya sababli faqat ~96.3% ni amalga oshirishi mumkin
Hajm va vazn kamayishi cheklangan (~2.6 m³ vs. 3.4 m³)
Nihoyatda yuqori narx (>52.7k USD vs. 11.3k USD)

3.2 Traksiya qo'llanishlari

Traksiya tizimlari (masalan, elektr lokomotivlari) hajm, vazn va effektivlikka qat'i talablar qiladi, bu yerda SSTlar haqiqiy afzalliklarni taklif qiladi:

Yuqori ishlash chastotalari (masalan, 20 kHz) orqali transformator hajmini nihoyatda kamaytirish
Effektivlik va hajm kamayishi ikkalasini ham optimallashtirish

3.3 DC-DC qo'llanishlari

DC tizimlarda (masalan, dehqonchilik shamollari jamlanishi, ma'lumot markazlari) SSTlar tarmoq chastotasiga bog'liq emas, ularning ishlash chastotasi bepul tanlanishi mumkin, shuning uchun ular yeg'indan izolyatsiya yechimini taklif qiladi.