سنسورهای فلکسگیت در SST: دقت و حفاظت

SST چیست؟

SST مخفف Solid-State Transformer است که به عنوان Power Electronic Transformer (PET) نیز شناخته می‌شود. از دیدگاه انتقال توان، یک SST معمولی به شبکه AC 10 kV در سمت اولیه متصل می‌شود و در سمت ثانویه حدود 800 V DC خروجی می‌دهد. فرآیند تبدیل توان معمولاً شامل دو مرحله است: AC-to-DC و DC-to-DC (پایین‌بردن ولتاژ). وقتی خروجی برای تجهیزات انفرادی یا یکپارچه‌سازی در سرورها استفاده می‌شود، مرحله اضافی برای پایین‌بردن ولتاژ از 800 V به 48 V لازم است.

SST‌ها عملکرد‌های اساسی ترانسفورماتورهای سنتی را حفظ می‌کنند و قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند جبران بار واکنشی، کاهش هارمونیک و کنترل جریان توان دوطرفه را یکپارچه می‌کنند. آنها عمدتاً در کاربردهای با توان بالا مانند یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر در شبکه، ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی و مراکز محاسباتی (مانند AIDC) استفاده می‌شوند.

SST: راه‌حل بهینه برای دوره AIDC با توان بالا

SST نماینده راه‌حل توزیع توان DC با ولتاژ بالای نسل سوم است.

• راه‌حل HVDC نسل اول ساختار ترانسفورماتور با فرکانس توانی سنتی را حفظ می‌کند و فقط طرف سیستم تامین توان بدون وقفه (UPS) را بهبود می‌بخشد.

• راه‌حل‌های نسل دوم، مانند منبع تغذیه Panama، ترانسفورماتور با فرکانس توانی را با یک ترانسفورماتور فاز‌شیفت‌دهنده جایگزین می‌کنند و یکپارچگی را بهبود می‌بخشند.

• SST نسل سوم ترانسفورماتور با فرکانس توانی را با یک ترانسفورماتور با فرکانس بالا جایگزین می‌کند و بالاترین سطح یکپارچگی را به دست می‌آورد.

هسته SST در ترک ساختار هسته‌ای و پیچشی ترانسفورماتورهای سنتی و استفاده از دستگاه‌های نیمه‌رسانا مانند IGBT و SiC است. SST مزایای بیشتری در زمینه‌های زیر ارائه می‌دهد:

• کارایی تبدیل (کارایی از ابتدا تا انتها به بیش از ۳ درصد بهبود یافته)،

• زمان ساخت (فقط ۳۰٪ راه‌حل‌های UPS سنتی)،

• فضای مورد نیاز (کاهش بیش از ۵۰٪ نسبت به UPS سنتی)،

• یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر (تامین مستقیم انرژی سبز بدون ماژول‌های تبدیل اضافی).

در نظریه، با کاهش تعداد تبدیلات ولتاژ و جریان، SST ضررهای انتقال توان را به حداقل می‌رساند و دقیقاً به نقاط دردناک توزیع توان در مراکز داده با توان بالا پاسخ می‌دهد.

کاربرد سنسورهای جریان روی تخته با دقت بالا در SST

تشخیص دقیق جریان برای تبدیل و کنترل توان

مبدل‌های AC/DC و DC/DC SST به الگوریتم‌های مدولاسیون پیشرفته و کنترل حلقه بسته متکی هستند. حد بالای دقت کنترل توسط دقت سنسور تعیین می‌شود. سیگنال جریان نزدیک به "حقیقت مطلق" که توسط سنسورهای fluxgate ارائه می‌شود، پایه‌ای برای محاسبات دقیق کنترل‌کننده (مانند تولید سیگنال‌های جبرانی، محاسبه توان فعال و واکنشی) تشکیل می‌دهد. دrift کم دما اطمینان می‌دهد که این دقت نه تنها در شرایط آزمایشگاهی بلکه در محدوده دمای کامل عملکرد حفظ می‌شود. چون ماژول‌های توان SST در طول عملکرد حرارت زیادی تولید می‌کنند و دماهای محیطی به طور چشمگیری تغییر می‌کنند، ویژگی کم drift اطمینان می‌دهد که مراجع کنترلی از شروع تا بار کامل ثابت باقی بمانند و کاهش کارایی یا عدم پایداری کنترل به دلیل drift سنسور اتفاق نیفتد.

حفاظت دقیق از جریان بیش از حد و کوتاه شدن مدار

دستگاه‌های نیمه‌رسانا (مانند SiC MOSFETs) در داخل SST با فرکانس‌های تبديل بالا کار می‌کنند اما تحمل محدودی به جریان بیش از حد دارند. جریان‌های خطا باید در میکروثانیه‌ها قطع شوند. پاسخ سریع سنسورهای fluxgate مانند دوربین سریع عمل می‌کند، جریان‌های ناگهانی را به طور فوری ضبط می‌کند و زمان واکنش مهمی برای مدارهای محرک و محافظت فراهم می‌کند تا از خرابی‌های پی در پی دستگاه‌ها جلوگیری شود. این نه تنها امنیت را تضمین می‌کند بلکه عملکرد دینامیکی سیستم را نیز بهبود می‌بخشد. بازخورد جریان سریع اجازه می‌دهد که کنترل‌کننده به سرعت اختلالات ناشی از تغییرات بار را کاهش دهد و ولتاژ خط پایدار را حفظ کند.

مقاومت قوی در برابر نویز برای دقت و قابلیت اطمینان داده‌ها

SST خود یک منبع قدرتمند از تداخل الکترومغناطیسی با فرکانس بالا است. سنسورهای جریان سنتی (مانند سنسورهای Hall-effect) به این نویز حساس هستند و این می‌تواند منجر به ایجاد سیگنال‌های ناگهانی شود که می‌تواند باعث اختلال کنترل یا داده‌های نظارتی اشتباه شود. فناوری fluxgate بر اساس اصول اشباع هسته مغناطیسی، نویز خارج از باند را به طور ذاتی کاهش می‌دهد. این فناوری می‌تواند سیگنال‌های جریان اساسی یا باند مشخص را از محیط‌های الکترومغناطیسی پیچیده به طور واضح استخراج کند و داده‌های قابل اعتمادی برای سیستم‌های نظارت و مدیریت سلامتی ارائه دهد.

به علاوه، طراحی روی تخته سنسورهای fluxgate امکان یکپارچه‌سازی مستقیم آنها روی PCB‌های کنترلی را فراهم می‌کند، حجم سیستم را کاهش می‌دهد و طرح را بهینه می‌کند. این مورد برای دنباله‌روی SST در مسیر تراکم توان بالا و کوچک‌سازی ایده‌آل است.