Միջնակարգ լացումով DC պայմանական շղթայի դեմքերի դիզայնը և ապագան

Ինչպես աշխատում է միջին լարման պինդ վիճակի էլեկտրական հաղորդակցության դեպիչը:
Պինդ վիճակի DC դեպիչը օգտագործում է էլեկտրական սեմիկոնդուկտորներ փոխհաղորդման հուսաձեռ հոսանքը դադարեցնելու համար։ Պինդ վիճակի DC դեպիչի պարզ տոպոլոգիան ներկայացված է նկարում 1-ում։ Չորս դիոդներ և IGCT-ն ներկայացնում են հիմնական հաղորդակցության ճանապարհը, իսկ սուրճային սահմանափակիչը օգտագործվում է գծի ինդուկտիվությունը ներկայացնելու համար սխալի դեպքում։ Երբ դեպիչը փոխանցվում է, IGCT-ն կանգ է առնում։ Արդյունքում ինդուկտիվորեն պահպանված էներգիայի պատճառով սեմիկոնդուկտորների վրա արագ բարձրանում է լարումը և սուրճային սահմանափակիչը սկսում է հոսանք հաղորդել։ Գծի ինդուկտիվության ներկայացման համար սուրճային սահմանափակիչի պաշտպանության լարումը պետք է լինի բարձր քան ցանկացած գրիդի նոմինալ լարումը։ Այßerdem, պետք է համոզվել, որ սեմիկոնդուկտորները կարող են տանել սուրճային սահմանափակիչի պաշտպանության լարումը։ Պինդ վիճակի DC դեպիչի գլխավոր առավելությունն է արագ դադարեցումը և շարժվող մասերի բացակայությունը։ Քանի որ սեմիկոնդուկտորները դիմաց են դրված հիմնական հաղորդակցության ճանապարհում, ապա առաջանում են հիմնական կայուն կոնդիցիաներ։

Նկար 1: Պինդ վիճակի դեպիչի պարզ նախագիծ

Պինդ վիճակի դեպիչները ներկայացնում են միայն պինդ վիճակի սահմանափակիչը նոմինալ բեռը փոխանցելու և հոսանքը դադարեցնելու համար։ Որպեսզի էլեկտրական աղեղը դադարեցվի, անհրաժեշտ է այլ մեխանիզմ համար պահպանված էներգիան ներկայացնել գծի ինդուկտիվության մեջ։ Սա հաճախ հասնում է զուգահեռ միացված մետալ-օքսիդ սահմանափակիչ (MOV) միջոցով։ MOV-ն ունի ոչ գծային լարում/հոսանք բնութագիր։
Այն կարող է մնալ բարձր դիմադրությունով (արդյունավետորեն աշխատելով որպես բաց շղթա), մինչև դրա վրա լարումը հասնի որոշակի արժեքի, որտեղ դրա դիմադրությունը սկսում է նվազել թույլ տալով հոսանքը հաղորդվել սարքի միջոցով։ Երբ հոսանքը հաղորդվում է, MOV-ն նաև սահմանափակում է սարքի վրա լարումը հաստատուն արժեքով։
Այս տեսակի սարքը հաճախ օգտագործվում է բարձր լարման համակարգերում որպես սուրճային սահմանափակիչ և նաև որպես լարման ạyական կոմպոնենտների պաշտպանության սարք։
Նկար 2-ում ներկայացված են երկու երկուական պինդ վիճակի դեպիչի տոպոլոգիաներ։ Երբ դեպիչը փակված է, երկու սեմիկոնդուկտորային սարքերն էլ միացվում են, թույլ տալով հոսանքը հաղորդվել երկու ուղղություններով։ Հոսանքի դադարեցման ժամանակ երկու սարքերն էլ կանգ են առնում, որովհետև սարքերի վրա լարումը բարձրանում է մինչև MOV-ն սկսի հոսանք հաղորդել և սահմանափակել սարքերի վրա լարումը։ Հոսանք հաղորդող MOV-ն նաև ներկայացնում է պահպանված էներգիան գծի ինդուկտիվության մեջ։
Մինչև նկար 2-ում ներկայացված IGCT-ները, GTO-ները նաև օգտագործվել են նույն շղթայի տոպոլոգիայով նախկին նախագծերում։

 
Նկար 2 ա) IGCT-ի հիմնավորված պարզ երկուական պինդ վիճակի դեպիչ, (բ) IGBT-ի հիմնավորված պարզ երկուական պինդ վիճակի դեպիչ

Նկար 3-ում ներկայացված են մի քանի այլընտրանքային նախագծեր, որոնք կիրառում են այս գաղափարը միջին լարման համակարգերում։ Այս համակարգերում շատ սարքեր միացված են շարքով մեծացնելու պինդ վիճակի դեպիչի ընդհանուր լարման կարողությունը։ Դիոդները նաև հաճախ միացված են հիմնական դեպիչային սարքերի հետ ընդհանրացնելու համակարգի հակառակ սահմանափակման լարումը, քանի որ գոյություն ունեցող սարքերի, ինչպիսիք են IGCT և GTO-ները, հակառակ սահմանափակման կարողությունը սահմանափակ է։ Նկար 3 (c)-ում ներկայացված շղթան ներառում է զուգահեռ միացված RC սնուբերներ, որոնք անհրաժեշտ են GTO-ի հիմնավորված համակարգերի համար սարքերի կանգ դնելու համար, և նաև ներառում են երկու հետաքրքիր բնութագրեր, որոնք կարող են կիրառվել այլ պինդ վիճակի դեպիչներին։ Առաջինը, նա ներառում է զուգահեռ միացված դիմադրություն, որը օգտագործվում է հոսանքի դադարեցման ժամանակ սխալ հոսանքը սահմանափակելու համար։ Նորմալ աշխատանքի ընթացքում այս դիմադրությունը կրճատվում է հիմնական սեմիկոնդուկտորային սարքերի կողմից և այդ պատճառով չի ավելացնում դեպիչի հիմնական կոնդիցիաները։ Երկրորդը, մեխանիկական սարքը միացված է շարքով ֆիզիկական անջատման համար։
Չնայած այս բաժնում ներկայացված նախագծերը նախնական նպատակով նախատեսված են հոսանքի համակարգերի համար, սակայն դրանց կիրառումը DC կիրառումներում կարող է կատարվել նվազագույն փոփոխություններով։

 
Նկար 3: ա) IGCT-ի հիմնավորված միջին լարման երկուական պինդ վիճակի դեպիչ, (բ) IGCT-ի հիմնավորված միջին լարման երկուական պինդ վիճակի դեպիչ, (գ) GTO-ի հիմնավորված երկուական պինդ վիճակի դեպիչ

Պինդ վիճակի դեպիչի պարզացված բլոկ դիագրամը ներկայացված է նկար 4-ում։ Պինդ վիճակի հոսանքի դադարեցնող սարքը կազմված է պինդ վիճակի սարքերի շարքից, որպեսզի անվտանգորեն կարողանա հաղորդել DC բուսի լարումը։ Արագ կոորդինացված հակադարձ ժամանակային կոնտրոլեր տալիս են սարքերի համար գաթի հաղորդակցության սահմանափակումը, որոնք համարժեքորեն բացում և փակում են սարքերը։ Արագ հակադարձ ժամանակային կոնտրոլերը ստանում են հրահանգներ կամ ձեռնավոր մուտքից, կամ այլ դեպիչներից ցանցում, կամ արագ սենսորներից, որոնք հայտնաբերում են տեղական սխալ հոսանքները։ Հակադարձ ժամանակային կոնտրոլերը նաև առաջացնում են հակադարձ ժամանակային կառավարում հոսանքի գերազանցումների համար և արագ անմիջապես դադարեցում են հոսանքի գերազանցման սահմանը հասնելու դեպքում։ Այս աշխատանքային պարամետրերը կարող են կարգավորվել յուրաքանչյուր դեպիչի համար կախված դրա տեղակայումից ցանցում, առաջնորդելով կարգավորված հաջորդական պատասխան սխալի պայմաններին։

 
Նկար 4: típical MVDC պինդ վիճակի դեպիչի պարզացված համակարգի դիագրամ

Պինդ վիճակի դադարեցնող սարքը ներկայացնում է լրիվ դեպիչի համակարգի հիմնական ֆունկցիան՝ արագ սխալ պաշտպանություն և անջատում։ Լրիվ դեպիչի համակարգը նաև պետք է առաջարկի միջոց անվտանգորեն անջատել դադարեցնող սարքը էլեկտրոտեխնիկական ցանցից, երբ անհրաժեշտ է սպասարկում կամ սպասարկում։
8 MW բեռային մակարդակի հոսանքի դադարեցնող սարքի նախնական նախագիծ ներկայացված է նկարում 1-ում։ Այս դադարեցնող սարքը
կազմված է վեց 4,500 V IGBT-ներից (CM900HB-66H) միացված շարքով։ 8 MW դադարեցնող սարքը մոտավորապես 23 դյույմ լայն x 9 դյույմ բարձր է և 11 դյույմ խոր և կշռում է մոտավորապես 60 լբ։ IGBT-ները ներկայացված են ջրային հովացման ալյումինի ցուցիչների վրա, որոնք, իր հերթին, ներկայացված են էլեկտրական իզոլացված մեխանիկական շրջանակում։ Նոն-մետալային ջրային գծերը բավարարապես դիմադրություն են ունենում, որպեսզի սահմանափակեն գծերով հոսանքի հոսումը։
Այս համար պետք է փոքր փակ շղթայի ջրային հովացման համակարգ և երկարատև իոնային փոխանակման կարգավորում ջրի հովացման դիմադրությունը պահպանելու համար։
Այս համար պետք է փոքր փակ շղթայի ջրային հովացման համակարգ և երկարատև իոնային փոխանակման կարգավորում ջրի հովացման դիմադրությունը պահպանելու համար։
Նկար 1-ում ներկայացված է 10 kV, 8 MW (800 A) IGBT դադարեցնող սարքի նախնական մեխանիկական նախագիծը։ IGBT-ները ներկայացված են ջրային հովացման ցուցիչների վրա։ Նոն-մետալային ջրային գծերը հարակից ցուցիչների միջև նախատեսված են ստանդարտ սարքի լարումը ստանդարտ սարքի բաց լինելու դեպքում կարգավորելու համար։
Այս համակարգերի զուգահեռ զանգվածները օգտագործվում են համակարգի ընդհանուր հոսանքի պահանջները բավարարելու համար։

 
Նկար 1: 10 kV, 8 MW (800 A) IGBT դադարեցնող սարքի նախնական մեխանիկական նախագիծ։ IGBT-ները ներկայացված են ջրային հովացման ցուցիչների վրա

Համեմատեք պինդ վիճակի դեպիչների առավելությունները և թերությունները այլ դեպիչների հետ կարճորեն.
Չնայած պինդ վիճակի դեպիչները կարող են հասնել արագ դադարեցման ա