O'rta boslangdagi DC solid-state circuit breakerlarning dizayni va kelajak

O'rtacha voltajdagi qat’i moliya hisob-kitoblarining ishlash prinsipi:
Qat’i moliya hisob-kitobi elektr maydoni orqali xato oqimini buzish uchun ishlatiladi. Qat’i moliya hisob-kitobining oddiy topologiyasi Rasm 1-da ko'rsatilgan. To'rt diod va IGCT asosiy o'tkazish yo'lini tashkil etadi, aks holda xavf-xatar paydo bo'lganda liniy induktivlikni tushirish uchun surj zorlaydi. Qat’i moliya hisob-kitobi o'chirilganda, IGCT o'chiriladi. Induktiv ravishda saqlangan energiya sababli, poluprovodchiklarning ustidagi voltaj tez o'rtaqa boradi va surj zorlaydi oqimni o'tkazishni boshlaydi. Liniy induktivlikni tushirish uchun, surj zorlaydigan himoya voltaji nominal tarmoq voltajidan yuqori bo'lishi kerak. Shuningdek, poluprovodchiklarning surj zorlaydigan himoya voltajiga tahdid qilish imkoniyatiga ega ekanligini ta'minlash zarur. Qat’i moliya hisob-kitobining asosiy afzalligi tez buzish tezligi va harakatlanmaydigan qismlar yo'qligi hisoblanadi. Poluprovodchiklar asosiy o'tkazish yo'lini egallayotganligi sababli, o'tkazish jarayonida yuzaga keladigan yo'qolishlar mavjud.

Rasm 1: Qat’i moliya hisob-kitobining oddiy dizayni

Qat’i moliya hisob-kitoblari faqat qat’i o'tkazgich orqali nominal yukni o'tkazish va oqimni buzishga intizom beradi. Elektr maydoni bekor qilindi, shuning uchun liniy induktivlik ichidagi saqlangan energiyani dispersiya qilish uchun boshqa mekanizm talab qilinadi. Bu, parallel ulangan metall-oksiddagi varistor (MOV) orqali amalga oshirilishi adetki. MOV-nin voltaj/oqim xarakteristikasi noqoldir.
Uniqtiringi qadar uniqtiringi katta (effektiv ravishda ochiq tarmoq sifatida ishlaydi) qadar uning ustidagi voltaj belgilangan qiymatga yetguncha, bu yerda uning uniqtiringi pasayib, oqimning qurilma orqali o'tishiga imkoniyat beradi. Oqim o'tkazayotganda, MOV uning ustidagi voltajni doimiy qiymatga cheklab qoyadi.
Bu turdagi qurilma ko'pincha yuqori voltajli tizimlarda surj zorlaydigan sifatida ishlatiladi va shuningdek, voltajga sezgir bo'lgan komponentlarni himoya qilish uchun ham ishlatiladi.
Ikki biyo'nal qat’i moliya hisob-kitob topologiyasi Rasm 2-da ko'rsatilgan. Hisob-kitob yopilganda, ikkita poluprovodchik qurilmalar yoqiladi, oqimning ikkita yo'nalishda o'tishiga imkoniyat beradi. Oqimni buzish davrida, ikkita qurilma o'chiriladi, qurilmalarning ustidagi voltaj MOV oqimni o'tkazish va qurilmalarning ustidagi voltajni cheklashga yetguncha o'sadi. Oqim o'tkazayotgan MOV liniy induktivlik ichidagi saqlangan energiyani dispersiya qilishga intizom beradi.
Rasm 2 (a) da IGCT lar ko'rsatilgan, ammo GTO lar esa eski dizaynlarda, shu topologiya asosida ishlatilgan.

 
Rasm 2   a) IGCT asosidagi oddiy biyo'nal qat’i moliya hisob-kitob, (b) IGBT asosidagi oddiy biyo'nal qat’i moliya hisob-kitob

Rasm 3 bir nechta alternativ dizaynlarni ko'rsatadi, bu konseptsiya o'rtacha voltajli tizimlarga qo'llaniladi. Bu tizimlarda, umumiy voltajni tasir qilish imkoniyatini oshirish uchun bir nechta qurilmalar seriyada ulanadi. Asosiy buzish klyuchlar bilan birga diodlar ham seriyada ulanadi, shuning uchun mavjud qurilmalar, masalan, IGCT va GTO ning cheklangan teskarisiga bloklovchi imkoniyati sababli tizimning teskarisiga bloklovchi voltajini yaxshilash uchun. Rasm 3 (c) da paralel ulangan RC snubberlar, GTO asosidagi tizimlarda qurilmalarni o'chirishga yordam berish uchun talab qilinadi, shuningdek, boshqa qat’i moliya hisob-kitoblari uchun qo'llanilishi mumkin bo'lgan ikkita qiziqarli xususiyatni o'z ichiga oladi. Birinchi, paralel ulangan ommon qurilmalarning o'chirilish paytida xato oqimini cheklash uchun ishlatiladi. Oddiy ish rejimida, bu ommon asosiy poluprovodchik klyuchlar tomonidan qisilib, shuning uchun hisob-kitobning o'tkazish jarayondagi yo'qolishiga hissa qo'shmaydi. Ikkinchi, fizik jihatdan ajratish uchun seriyada ulangan mexanik klyuch qo'shilgan.
Bu bo'limda ko'rsatilgan dizaynlar asosan AC elektr tizimlari uchun mo'ljallangan, ammo bu dizaynlarni minimal o'zgarishlar bilan DC qo'llanmalarga qo'llash mumkin.

 
Rasm 3: a) IGCT asosidagi o'rtacha voltajli biyo'nal qat’i moliya hisob-kitob, (b) IGCT asosidagi o'rtacha voltajli biyo'nal qat’i moliya hisob-kitob, (c) GTO asosidagi biyo'nal qat’i moliya hisob-kitob

Qat’i moliya hisob-kitobining soddalashtirilgan blok diagrammasi Rasm 4-da ko'rsatilgan. Qat’i moliya hisob-kitobi DC bus voltajini xavfsiz tasir qilish uchun poluprovodchik qurilmalar seriyasidan iborat. Tezkor koordinatsiya qilingan teskari vaqt nazorati klyuchlarni o'chirish va yoqish uchun gat signalini taqdim etadi. Teskari vaqt nazorati klyuchi manval kiritilgan buyruqlar, tarmoqdagi boshqa hisob-kitoblardan yoki tezkor sensorlardan xato oqimlarni aniqlash uchun buyruqlarni qabul qiladi. Teskari vaqt nazorati klyuchi overcurrent holatlari uchun teskari vaqt nazorati va overcurrent chegarasiga erishganda tezkor vaqt nazorati taqdim etadi. Har bir hisob-kitob uchun operatsion parametrlarni tizimda joylashuvi asosida o'zgartirish mumkin, bu xavf-xatar holatlariga tartibli javob berishga imkoniyat beradi.

 
Rasm 4: Oddiy MVDC qat’i moliya hisob-kitob tizimining sistem diagrammasi

Qat’i moliya hisob-kitobi tamomlaydigan hisob-kitob kompleksi uchun tezkor xavf-xatar himoyasi va ajratishni ta'minlaydi. Tamomlaydigan hisob-kitob kompleksi hizmat ko'rsatish va texnik xizmat ko'rsatish talab qilinayotganda, qat’i moliya hisob-kitobini xavfsiz ajratish usuli ham taqdim etishi kerak.
8 MW yuk darajali qat’i moliya hisob-kitobining avvalgi chizmachiliq rasm 1-da ko'rsatilgan. Bu qat’i moliya hisob-kitobi
uchta 4,500 V IGBT (CM900HB-66H) qurilmalar seriyada ulangan. 8 MW qat’i moliya hisob-kitobi
ko'pincha 23 duym eni x 9 duym balandligi x 11 duym chuqurligi va 60 funt vazngacha teng. IGBT-lar suv sovuqli aliminium sovuq plitalar ustiga o'rnatilgan, shu plitalar elektr jihatdan izolyatsiya qilingan mexanik ramka ustiga o'rnatilgan. Metall emas suv liniyalari juda takrorlashuvchan bo'lib, liniyalardan oqimni cheklashga imkoniyat beradi.
Bu uchun kichik, yopiq tsikldagi sovuq tizimi va suvning rezistivitetini saqlash uchun uzun muddatli ion almashish quti kerak bo'ladi.
Bu uchun kichik, yopiq tsikldagi sovuq tizimi va suvning rezistivitetini saqlash uchun uzun muddatli ion almashish quti kerak bo'ladi.
Rasm 1-da 10 kV, 8 MW (800 A) IGBT qat’i moliya hisob-kitobining avvalgi mexanik chizmachiliqi ko'rsatilgan. IGBT-lar suv sovuqli sovuq plitalar ustiga o'rnatilgan. Ko'rsatkich orqali ixtiyoriy qurilmalarni o'chirish va yoqish uchun buyruqlarni berish mumkin.
Yukning umumiy oqim talablari uchun ushbu montajlar paralleldan ulanadi.

 
Rasm 1: 10 kV, 8 MW (800 A) IGBT qat’i moliya hisob-kitobining avvalgi mexanik chizmachiliqi. IGBT-lar suv sovuqli sovuq plitalar ustiga o'rnatilgan

Qat’i moliya hisob-kitoblarni boshqa hisob-kitoblarni qisqacha solishtirish:
Qat’i moliya hisob-kitoblari aniqroq elektromexanik asosdagi hisob-kitoblarga nisbatan juda tezkor buzish tezligini ta'minlaydi, ammo qat’i moliya hisob-kitoblari asosiy kamchiliklari o'chirilish paytida katta yo'qolishlarini ta'minlaydi. Elektromexanik kontaktlar aniqroq hisob-kitoblarda muhim emas mikro-ohmlar miqdorida kontakt dirensiyasi bilan oqimni o'tkazish jarayonida kichik yo'qolishlarni ta'minlaydi. Shuning uchun, eng kichik poluprovodchik qurilmalar oqimning buzilish paytida kamida ikki volt dirensiyasi bilan oqimni o'tkazish jarayonida katta yo'qolishlarni ta'minlaydi. Yo'qolishlar orqali energetik yo'qolishlar ham oshadi. Aniqroq hisob-kitoblarda katta metall sovuq radiatorlar passiv ravishda sovuq poluprovodchik qurilmalarni sovuqlash uchun ishlatiladi, lekin ular tizimning umumiy hajmi va og'irligiga katta hissa qo'shishadi. Aktiv sovuq tizimlar, masalan, sharq (fan) yoki suv sovuq tizimlari, tizimning umumiy hajmi va og'irligini kamaytirishga yordam berishi mumkin, lekin ular ovozli xususiyat, energetik yo'qolishlar va texnik xizmat talablari kabi qo'shimcha murakkabliklarni ta'minlaydi.
Rasm 5 bo'lganda, qiymatlar guruhning eng yuqori qiymatiga nisbatan beriladi.
Har bir kriteriy uchun kichik qiymatlar tanilanganda yaxshi bo'ladi. Kichik maydon, shuning uchun, o'zgarish konsepsiyasining umumiy yaxshi ishlashini ko'rsatadi.
Natijalar asosida, qat’i moliya hisob-kitobi umumiy yaxshi ishlashni ko'rsatadi. Tezkor o'chirish imkoniyati sababli, o'chirish vaqtini kichik va kam oqim amplitudlari paydo bo'ladi. Shuning uchun, o'chirish jarayonining ishonchli va murakkabligi yaxshi deb hisoblanishi mumkin. Ammo, qat’i moliya hisob-kitobi mekanik yoki g'arb makoni hisob-kitoblari bilan solishtirganda katta yo'qolishlarni ta'minlaydi.
Kichik yo'qolishlar, o'rtacha nisbiy narxlari va yaxshi ishonchli boshqa konsepsiya - snubber mexanik hisob-kitob. Shuningdek, aniqroq g'arb makoni hisob-kitobi umumiy o'rtacha ishlashni ko'rsatadi. U mekanik klyuch orqali katta oqim amplitudlari bilan muvaffaqiyatli ishlashi mumkin. HVDC tizimlaridan olingan konsepsiyalar, tekshirilayotgan voltaj va quvvat darajalarida yaxshi ishlashni ko'rsatmaydi. Ammo, yuqori voltaj va quvvat darajalarida bu o'zgarishi mumkin. Nihoyat, faqat mekanik hisob-kitobi konsepsiya past va past-o'rtacha voltajli qo'llanmalarda hali ham qiziqarli, chunki bu faqat tezkor isbotlangan.

Rasm 5: DC hisob-kitoblari uchun barcha o'zgarish konsepsiyalarining umumiy ko'rsatmachi

Jadval 1 to'rt hisob-kitob texnologiyalarining xususiyatlarini umumlashtiradi:
Bu jadval 2012 yilda tayyorlanganligi e'tiborga olinishi kerak.

 
Jadval 1: Past quvvatli DC qo'llanmalari uchun hisob-kitob texnologiyalarining umumlashtirilishi