مستشعرات البوابة المغناطيسية في SST: الدقة والحماية

ما هو SST؟

SST هي اختصار لـ Solid-State Transformer، والمعروف أيضًا باسم Power Electronic Transformer (PET). من منظور نقل الطاقة، يتم توصيل SST النموذجي بشبكة كهربائية ذات جهد 10 كيلو فولت على الجانب الأولي ويقوم بإخراج حوالي 800 فولت مستمر على الجانب الثانوي. عمومًا، تتضمن عملية تحويل الطاقة مرحلتين: التحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر والتقليل من الجهد (DC-to-DC). عند استخدام الإخراج للأجهزة الفردية أو دمجه في الخوادم، تكون هناك حاجة لمرحلة إضافية لتقليل الجهد من 800 فولت إلى 48 فولت.

تحافظ SSTs على الوظائف الأساسية للمحولات التقليدية مع دمج قدرات متقدمة مثل تعويض القوة غير النشطة وتقليل التشوهات وتحكم تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه. تستخدم بشكل أساسي في التطبيقات عالية الطاقة مثل تكامل الشبكات الطاقية المتجددة ومحطات شحن السيارات الكهربائية ومراكز الحوسبة (مثل AIDC).

SST: الحل الأمثل لعصر AIDC عالي الطاقة

تمثل SST الحل الثالث لتوزيع الطاقة ذات الجهد العالي بالتيار المستمر.

• الجيل الأول من HVDC يحافظ على بنية المحول التقليدي ذو التردد الكهربائي، مع تحديث جانب مصدر الطاقة غير المنقطع (UPS) فقط.

• الحلول من الجيل الثاني، مثل مصدر الطاقة باناما، تقوم بتعويض المحول ذو التردد الكهربائي بمحول مغير للطور، مما يحسن من التكامل.

• الجيل الثالث من SST يقوم بتعويض المحول ذو التردد الكهربائي بمحول ذو تردد عالي، مما يحقق أعلى مستوى من التكامل.

يقع جوهر SST في التخلي عن بنية اللب والحزم في المحولات التقليدية، واستخدام أجهزة نصف موصلات مثل IGBTs و SiC بدلاً منها. توفر SST مزايا إضافية في:

• كفاءة التحويل (تم تحسين الكفاءة من النهاية إلى النهاية بأكثر من 3 نقاط مئوية)،

• وقت البناء (فقط 30% من حلول UPS التقليدية)،

• المساحة (تقلص بنسبة أكثر من 50% مقارنة بـ UPS التقليدية)،

• تكامل الطاقة المتجددة (إمداد طاقة خضراء مباشر دون الحاجة إلى وحدات تحويل إضافية).

نظريًا، من خلال تقليل عدد تحويلات الجهد والتيار، تقوم SST بتقليل خسائر نقل الطاقة، مما يحل مشاكل توزيع الطاقة في مراكز البيانات عالية الطاقة بدقة.

تطبيق مستشعرات التيار الدقيقة Fluxgate على لوحة SST

استشعار التيار الدقيق لتحويل الطاقة والتحكم بها

يعتمد محول التيار المتردد والمستمر ومحول التيار المستمر في SST على خوارزميات تعديل متقدمة وتحكم بحلقة مغلقة. يتم تحديد حدود دقة التحكم بواسطة دقة المستشعر. يشكل الإشارة الحالية التي تقدمها مستشعرات Fluxgate والتي تقترب من "الحقيقة المطلقة" أساسًا لحسابات المتحكم الدقيقة (مثل إنتاج إشارات التعويض، حساب الطاقة النشطة وغير النشطة). ضمان انخفاض الانحراف الحراري يضمن أن هذه الدقة تظل مستمرة ليس فقط تحت ظروف المختبر، ولكن عبر نطاق درجات الحرارة التشغيلية الكامل. حيث تولد وحدات الطاقة في SST حرارة كبيرة أثناء التشغيل، وبالتالي تتقلب درجات الحرارة البيئية بشكل كبير. تضمن خاصية الانحراف المنخفض الاستمرارية في المراجع التحكمية من بداية التشغيل حتى الحمل الكامل، مما يمنع تدهور الكفاءة أو عدم استقرار التحكم بسبب انحراف المستشعر.

حماية دقيقة من التيار الزائد والقصور الكهربائي

تعمل الأجهزة شبه الموصلة (مثل SiC MOSFETs) داخل SST على ترددات تبديل عالية ولكنها لديها تحمل محدود للتعرض للتيار الزائد. يجب قطع التيار المعيب في غضون ميكروثانية. يعمل استجابة سريعة لمستشعرات Fluxgate ككاميرا عالية السرعة، حيث تقوم بالتقاط ذروات التيار فورًا، مما يوفر وقت رد فعل حاسم لدوائر القيادة والحماية لمنع فشل الأجهزة المتسلسل. هذا لا يضمن السلامة فحسب، بل يعزز أيضًا الأداء الديناميكي للنظام. يسمح التغذية الراجعة السريعة للتيار للمتحكم بالتغلب بسرعة على الاضطرابات الناجمة عن التغيرات العابرة للحمل، مما يحافظ على ثبات الجهد العام.

مقاومة قوية للضوضاء لضمان دقة البيانات وموثوقيتها

SST نفسها تعتبر مصدرًا قويًا للتشويش الكهرومغناطيسي عالي التردد. مستشعرات التيار التقليدية (مثل مستشعرات Hall-effect) عرضة لهذا النوع من الضوضاء، مما يؤدي إلى حدوث ارتفاعات في الإشارة قد تسبب أعطالًا في التحكم أو تشويه بيانات الرصد. تعمل تقنية Fluxgate، التي تعتمد على مبدأ تشبع اللب المغناطيسي، على قمع الضوضاء خارج النطاق بشكل طبيعي. يمكنها استخراج الإشارات الحالية الأساسية أو الإشارات الخاصة بالنطاق بشكل واضح من بيئات كهرومغناطيسية معقدة، مما يوفر بيانات موثوقة لأنظمة الرصد وال健康管理系统的可靠数据。此外，磁通门传感器的板载设计允许直接集成到控制PCB上，减小系统体积并优化布局。这非常适合SST追求高功率密度和小型化的目标。 请注意，最后一句中“健康管理系统的可靠数据”翻译为阿拉伯语时应为“أنظمة المراقبة وإدارة الصحة”。以下是完整的翻译：

بالإضافة إلى ذلك، يسمح تصميم مستشعرات Fluxgate على اللوحة بدمجها مباشرة على لوحات الدوائر المطبوعة للتحكم، مما يقلل من حجم النظام ويحسن التخطيط. هذا أمر مثالي لتحقيق هدف SST في تحقيق كثافة طاقة عالية وتقليل الحجم.