SST වෝල්ටීය අරඹුම්: උපකෘමිනීති සහ SiC තාක්ෂණය

ස්ථිර-තත්ත්ව ට්‍රාන්ස්ෆෝමර (SST) හි ප්‍රධාන අභියෝගයක් නම්, එක් බල සැන්දු උපාංගයක වෝල්ටීයතා අනුමත අගය මධ්‍යම-වෝල්ටීයතා බෙදාහැරීමේ ජාල (උදා: 10 kV) කෙලින්ම හසුරුවා ගැනීමට ප්‍රමාණවත් නොවීමයි. මෙම වෝල්ටීයතා සීමාව දැඩි කිරීම තනි තාක්ෂණයක් මත රඳා නොපවතින අතර, එක් ප්‍රවේශයක් මත නොව "සංයෝජන ප්‍රවේශය" මත රඳා පවතී. ප්‍රධාන උපායන් දෙවර්ගයකට කොටස් කළ හැකිය: "අභ්‍යන්තර" (උපාංග-මට්ටමේ තාක්ෂණික සහ ද්‍රව්‍ය නවෝත්පාදනය හරහා) සහ "බාහිර සහයෝගීතාව" (පරිපථ ව්‍යුහය හරහා).

1.බාහිර සහයෝගීතාව: පරිපථ ව්‍යුහය හරහා විසඳුම (වර්තමානයේ වඩාත් ප්‍රධාන සහ පරිණත ප්‍රවේශය)
මධ්‍යම-වෝල්ටීයතා, ඉහළ-බලය යෙදීම් වලදී වර්තමානයේ වඩාත් විශ්වාසදායක සහ පුළුල්ව භාවිතා වන ප්‍රවේශය මෙයයි. එහි මූලික අදහස "එක්වීමෙන් ශක්තිය" වන අතර, ඉහළ වෝල්ටීයතාවක් බෙදා ගැනීම සඳහා උපාංග කිහිපයක් සමාන්තරව හෝ මොඩියුල ආකාරයෙන් සම්බන්ධ කිරීම ඇතුළත් වේ.

1.1 උපාංග සමාන්තර සම්බන්ධතාව

 තර්කය: කෙටි උපාංග (උදා: IGBTs හෝ SiC MOSFETs) කිහිපයක් සෘජුවම සමාන්තරව සම්බන්ධ කර ඉහළ වෝල්ටීයතාවක් දැරීම සඳහා එකට භාවිතා කරයි. ඉහළ වෝල්ටීයතාවක් ලබා ගැනීම සඳහා බැටරි කිහිපයක් සමාන්තරව සම්බන්ධ කිරීමට මෙය සමාන වේ.

 ප්‍රධාන අභියෝග:

• ගතික වෝල්ටීයතා සමතුලිතතාව: උපාංග අතර කුඩා වෙනස්කම් (උදා: කෙටි කාලය, සන්ධි ධාරිතාව) හේතුවෙන්, ඉහළ වේගයෙන් කෙටි කිරීමේදී වෝල්ටීයතාව උපාංග අතර සමානව බෙදී නොයයි, එයින් එක් උපාංගයක් අධි-වෝල්ටීයතාවක් සහ අසාර්ථකත්වයක් සිදුවිය හැකිය.

• විසඳුම්: වෝල්ටීයතා බෙදීම ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා සංකීර්ණ ක්‍රියාකාරී හෝ නිෂ්ක්‍රිය වෝල්ටීයතා සමතුලිත පරිපථ (උදා: snubber පරිපථ, gate control) අවශ්‍ය වේ, මෙය පද්ධතියේ සංකීර්ණතාවය සහ පිරිවැය වැඩි කරයි.

2. බහු-මට්ටම් පරිවර්තක ව්‍යුහයන් (අද SST සඳහා ප්‍රධාන තේරීම)

2.1 තර්කය: මෙය වඩාත් උසස් සහ ඉහළ කාර්ය සාධනයක් දක්වන "මොඩියුල සමාන්තර" සංකල්පයකි. බහු-වෝල්ටීයතා මට්ටම් භාවිතා කරමින් සයින් ආකෘතියක පියාසර ආසන්න වළඳා ගැනීමෙන්, සෑම කෙටි උපාංගයක්ම සම්පූර්ණ DC බස් වෝල්ටීයතාවෙන් කොටසක් පමණක් දැරීමට සිදුවේ.

2.2 පොදු ව්‍යුහයන්:

• මොඩියුල බහු-මට්ටම් පරිවර්තක (MMC): මධ්‍යම-වෝල්ටීයතා සහ ඉහළ-වෝල්ටීයතා SST සඳහා ඉතා ප්‍රසිද්ධ ව්‍යුහයන් අතර එකකි. එය සමාන්තරව සම්බන්ධ කරන ලද අංශ ප්‍රමාණවත් සමාන උප ඒකක (SMs) වලින් සමන්විත වේ. සෑම උප ඒකකයක්ම සාමාන්‍යයෙන් ධාරිත්‍රකයක් සහ කෙටි උපාංග කිහිපයක් ඇතුළත් වේ. උපාංග උප ඒකකයේ ධාරිත්‍රකයේ වෝල්ටීයතාව පමණක් දැරීමෙන්, වෝල්ටීයතා ආතති ගැටළුව ඵලදායීව විසඳයි. ප්‍රතිලාභ අතරට මොඩියුලාරිත්වය, පරිමාණය වැඩි කිරීමේ හැකියාව සහ හොඳ ප්‍රතිදාන තරංග ගුණාත්මකභාවය ඇතුළත් වේ.

• ඉහළ ධාරිත්‍රක බහු-මට්ටම් පරිවර්තක (FCMC) සහ ඩයෝඩ්-Clamped බහු-මට්ටම් පරිවර්තක (DNPC): බහු-මට්ටම් ව්‍යුහයන් ද පොදුවේ භාවිතා වේ, නමුත් මට්ටම් සංඛ්‍යාව වැඩි වන විට ව්‍යුහයෙන් සහ පාලනයෙන් සංකීර්ණ වේ.

• ප්‍රතිලාභ: තනි උපාංගවල වෝල්ටීයතා අනුමත අගය සීමාව මූලිකවම විසඳයි, ප්‍රතිදාන වෝල්ටීයතා තරංග ගුණාත්මකභාවය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි දියුණු කරයි, සහ පෙරහරු ප්‍රමාණය අඩු කරයි.

3. ආදාන-සමාන්තර ප්‍රතිදාන-සමාන්තර (ISOP) ස්කන්ධිත ව්‍යුහය

• තර්කය: සම්පූර්ණ, ස්වාධීන බල පරිවර්තන ඒකක (උදා: DAB, Dual Active Bridge) කිහිපයක් ආදාන සමාන්තරව සම්බන්ධ කර ඉහළ වෝල්ටීයතාවක් දැරීමට සහ ප්‍රතිදාන සමාන්තරව සම්බන්ධ කර ඉහළ ධාරාවක් ලබා දීමට භාවිතා කරයි. මෙය පද්ධති-මට්ටමේ මොඩියුල විසඳුමකි.

• ප්‍රතිලාභ: සෑම ඒකකයක්ම අඩු-වෝල්ටීයතා සම්මත මොඩියුලයක් වන අතර, නිර්මාණය, නිෂ්පාදනය සහ නඩත්තුව සරල කරයි. ඉහළ විශ්වාසනීයභාවය (ඒකකයක අසාර්ථකත්වය සමස්ත පද්ධති ක්‍රියාකාරිත්වය බාධා නොකරයි). SST සඳහා මොඩියුල නිර්මාණ දර්ශනයට ඉතා සුදුසුය.

4. අභ්‍යන්තර ශක්තිමත් කිරීම: උපාංග-මට්ටමේ තාක්ෂණික නවෝත්පාදනය (ඉදිරි සංවර්ධන දිශාව)

මෙම ප්‍රවේශය ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව සහ සැන්දු භෞතික විද්‍යාව යන දෘෂ්ටිකෝණ වලින් මූලිකවම ගැටළුව විසඳයි.

4.1 පළල්-බෑන්ඩ්ගැප් සැන්දු උපාංග භාවිතය

තර්කය: සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) සහ ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් (GaN) වැනි නව පරම්පරාවේ සැන්දු ද්‍රව්‍ය සාමාන්‍ය සිලිකන් (Si) ට වඩා ඉහළ බිඳී යාමේ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් දරයි. මෙයින් අදහස් කරන්නේ එකම ඝනකමේදී SiC උපාංග සිලිකන් උපාංග වලට වඩා ඉහළ වෝල්ටීයතා අනුමත අගයන් ලබා ගත හැකි බවයි.
ප්‍රතිලාභ:යෙදීම: ප්‍රධානත්වයෙන් 600 V සහ 900 V අතර විදුලි තාත්ත්වික මට්ටමක සැපයුම් භාවිතා කරන දේවස් සඳහා භාවිතා කරයි. SST හි අඩු විදුලි පාර්ශව හෝ අඩු බලයේ භූමිකාවලදී භාවිතා කරන අතර පොදු ලෙස මධ්‍යම විදුලි භාවිතා කිරීම සඳහා නැත.

5. සමාන්තරණය

කෙසේ බලයේ උපරිම ප්‍රමාණ සීමාවන් IEE-Business SST වලදී සංචාරණය කරන්නේ?

• දැනට දියත් නොහැකි හා බෙහෙවින් ප්‍රමාණය ලබා ගත හැකි ප්‍රත්‍යක්ෂ පිළිතුර යනු මුල් ලෙවල් පරිවර්තක රූප (විශේෂයෙන් මුල් ලෙවල් බෙහෙවින් පරිවර්තක, MMC) හෝ ISOP (අඩි-සේරිය අවිනිශ්චිත ආපුරා) රචනා භාවිතා කිරීමයි. මෙම මූලද්‍රව්‍ය ප්‍රකාරයන් පිළිබඳව සාධාරණ සිලිකන් උපकරණ භාවිතා කිරීම මගින්, එක් එක් උපකරණයේ බලයේ උපරිම ප්‍රමාණ සීමාවන් පරිදි පහසුවෙන් පිළිවෙලින් ප්‍රතික්‍රියා කිරීමට සාධාරණ පද්ධති ප්‍රමාණය භාවිතා කෙරේ.

• මීළඟයේ පිළිතුර යනු විශාල බාන්ඩ් විස්තාරයේ සහ විශාල බලයේ සෘජන උපකරණ (විශේෂයෙන් සිලිකන් කාර්බයිඩ් - SiC) විස්තාරයේ පරිපූර්ණත්වය සහ උපුටා ගැනීමේ අඩු කිරීමයි. මෙය පුළුල් කිරීමට පසුව, SST රචනා බහුල පරිදි සුලු කළ හැකි වේ, මෙය කාර්යක්ෂමතාව සහ බල ප්‍රමාණය තුළ පිළිවෙලින් සාර්ථක පිළිගැනීමට ඉඩ ලබා දෙයි.

තැත්තා සැලකිය යුතුයි, මෙවැනි SST විශේෂාංග සහ විකාශන කාර්යයේදී, කිහිපයක් ප්‍රකාර ප්‍රතික්‍රියා එකතු කිරීමට භාවිතා කළ හැකිය - උදාහරණයක් ලෙස, SiC උපකරණ භාවිතා කිරීමේදී MMC රචනා භාවිතා කිරීම - බහුල කාර්යක්ෂමතාවය සහ නියතතාවය ලබා ගැනීමට.