რით არის სოლიდური ტრანსფორმატორი? რით განსხვავდება ტრადიციული ტრანსფორმატორისგან?

მყარი სხეულის ტრანსფორმატორი (SST)

მყარი სხეულის ტრანსფორმატორი (SST) არის ძალისხმევის გარდაქმნის მოწყობილობა, რომელიც თანამედროვე ძალისხმევის ელექტრონიკის ტექნოლოგიასა და ნახევარგამტარ მოწყობილობებზე ეფუძნება ძაბვის გარდაქმნასა და ენერგიის გადაცემას.

ძირეული განსხვავებები ტრადიციული ტრანსფორმატორებისგან

• განსხვავებული მუშაობის პრინციპები

• ტრადიციული ტრანსფორმატორი: ეფუძნება ელექტრომაგნიტურ ინდუქციას. ის იცვლის ძაბვას პირველად და მეორად ქვედა დახვეული სპირალების შორის რკინის გულის შესაბამისად მაგნიტური კავშირით. ეს ძირეულად წარმოადგენს დაბალი სიხშირის (50/60 ჰც) გარდაქმნას "მაგნიტური → მაგნიტურ" ფორმით.

• მყარი სხეულის ტრანსფორმატორი: ეფუძნება ძალისხმევის ელექტრონიკურ გარდაქმნას. ჯერ გადაჰყავთ შემავალი დენი AC-დან DC-ში (AC-DC), შემდეგ ხდება მაღალი სიხშირის იზოლაცია (ჩვეულებრივ გამოიყენება მაღალი სიხშირის ტრანსფორმატორი ან კონდენსატორული იზოლაცია) ძაბვის გარდაქმნისთვის (DC-AC-DC ან DC-DC ეტაპების გამოყენებით), და ბოლოს გამომავალი ძაბვა გადაჰყავთ საჭირო AC ან DC ძაბვაში. ეს პროცესი შეიცავს ენერგიის გარდაქმნას ელექტრული → მაღალი სიხშირის ელექტრული → ელექტრული ფორმით.

• განსხვავებული გულის მასალები

• ტრადიციული ტრანსფორმატორი: ძირეული კომპონენტებია ფოლადის ფორებისგან შედგენილი გული და სპილენძის/ალუმინის ქვედა დახვეული სპირალები.

• მყარი სხეულის ტრანსფორმატორი: ძირეული კომპონენტები შეიცავს ნახევარგამტარ ძალისხმევის გადართვებს (მაგ., IGBT-ები, SiC MOSFET-ები, GaN HEMT-ები), მაღალი სიხშირის მაგნიტურ ელემენტებს (მაღალი სიხშირის იზოლაციის ტრანსფორმატორებს ან ინდუქტორებს), კონდენსატორებს და თანამედროვე კონტროლის სქემებს.

SST-ის ძირეული სტრუქტურა (მარტივი ვერსია)

ტიპიური SST ჩვეულებრივ შედგება სამი ძირეული ძალისხმევის გარდაქმნის ეტაპისგან:

• შემავალი რექტიფიკაციის ეტაპი: გადაჰყავთ შემავალი ხაზოვანი სიხშირის ძაბვა (მაგ., 50 ჰც ან 60 ჰც) შუალედურ DC ავტობუსის ძაბვაში.

• იზოლაციის / DC-DC გარდაქმნის ეტაპი: ეს არის ძირეული ეტაპი. შუალედური DC ძაბვა გადაჰყავთ მაღალი სიხშირის AC-ში (რომელიც იცვლება რამდენიმე კჰც-დან ასობით კჰც-მდე), რაც მართავს მაღალი სიხშირის იზოლაციის ტრანსფორმატორს (მნიშვნელოვნად ნაკლები და მსუბუქი, ვიდრე ხაზოვანი სიხშირის ტრანსფორმატორი). მეორად მხარეს მაღალი სიხშირის AC ისევ გადაჰყავთ DC-ში. ეს ეტაპი უზრუნველყოფს როგორც ძაბვის გარდაქმნას, ასევე გალვანურ იზოლაციას. ზოგიერთი ტოპოლოგია ამ მიზნით იყენებს მაღალი სიხშირის იზოლირებულ DC-DC გარდამქმნელებს.

• გამომავალი ინვერსიის ეტაპი: გადაჰყავთ იზოლირებული DC ძაბვა საჭირო ხაზოვანი სიხშირის (ან სხვა სიხშირის) AC ძაბვაში მოწყობილობისთვის. DC გამოტანის შემთხვევაში ეს ეტაპი შეიძლება გამარტივდეს ან გამორჩენილი იყოს.

SST-ების ძირეული თვისებები და უპირატესობები

• კომპაქტური ზომა და მსუბუქობა: მაღალი სიხშირის ტრანსფორმატორებს საჭიროებენ გაცილებით ნაკლებ გულის მასალას, რაც ამცირებს მოცულობას და წონას. მოცულობა და წონა ჩვეულებრივ შეადგენს 30%–50% (ან ნაკლებს) ტრადიციული ტრანსფორმატორების შესაბამისი სიმძლავრის მაჩვენებლისა.

• მაღალი ენერგიის სიმკვრივე: მიღწეულია მინიატურიზაციის შედეგად.

• მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე: უზრუნველყოფს მეტი სიმძლავრის გადაცემას ერთეულოვან მოცულობაში.

• მოქნილი შემავალი/გამომავალი ძაბვის დიაპაზონი: მოქნილი კონტროლის სტრატეგიები საშუალებას იძლევა შეესაბამებინა შემავალი სიმძლავრის კოეფიციენტი და გამომავალი ძაბვა/დენი, რაც ხდის SST-ებს იდეალურ არჩევანად ცვალებადი აღდგენადი წყაროების (მაგ., PV, ქარი) ან DC განაწილების ქსელების ინტეგრაციისთვის. ისინი შეუძლიათ მიიღონ მაღალი ხარისხის, დახვეულობის გარეშე მიღებული AC გამოტანა ან სტაბილური DC გამოტანა.

• კონტროლირებადი ელექტრო იზოლაცია: ძირეული იზოლაციის გარეშე, SST-ები შეუძლიათ შეზღუდონ დაზიანების დროს გამომავალი დენი და უზრუნველყონ გაუმჯობესებული ქსელის დაცვა.

• ორმხრივი ძალისხმევის გადაცემა: ბუნებრივად აქვს ორმხრივი ენერგიის გადაცემის შესაძლებლობა, რაც ხდის მათ იდეალურად შესაფერისს EV V2G (მანქანიდან ქსელში) და ენერგიის შენახვის სისტემებისთვის.

• ინტელექტუალური და კონტროლირებადი: აღჭურვილია თანამედროვე კონტროლერებით, რომლებიც უზრუნველყოფს:

• სიმძლავრის კოეფიციენტის კორექციას

• აქტიური/რეაქტიული სიმძლავრის რეგულირებას

• ძაბვისა და სიხშირის სტაბილიზაციას

• ჰარმონიკების შემცირებას

• რეალურ დროში მონიტორინგს და დაცვას

• დაშორებულ კომუნიკაციას და შეთანხმებულ კონტროლს (იდეალურია ინტელექტუალური ქსელებისთვის)

• ზეთის გარეშე და გარემოს დამახმარე: არ შეიცავს იზოლაციურ ზეთს, რაც აღმოფხვრის ავტვირთვას და აალების საფრთხეს.

• შემცირებული სპილენძის და რკინის დანაკარგები: მაღალი ეფექტიანობის მაღალი სიხშირის მაგნიტური ელემენტების კომბინაცია მაღალი ეფექტიანობის ნახევარგამტარებთან (განსაკუთრებით SiC/GaN) სისტემის ეფექტიანობას უზრუნველყოფს, რომელიც შედარებით ან უკეთესია ვიდრე მაღალი კლასის ტრადიციული ტრანსფორმატორების ეფექტიანობა.

SST-ების გამოწვევები და უარყოფითი მხარეები

• მაღალი ღირებულება: ნახევარგამტარი მოწყობილობები, მაღალი სიხშირის მაგნიტური ელემენტები და კონტროლის სისტემები ამჟამად გაცილებით უფრო ძვირია ვიდრე ტრადიციული ტრანსფორმატორებში გამოყენებული რკინა და სპილენძი. ეს არის უდიდესი ბარიერი მასობრივი გამოყენებისთვის.

დამოუკიდებლობის პრობლემები: სემიკონდუქტორული მოწყობილობები არიან შესაძლო გაფუჭების წერტილები (შედარებით ტრანსფორმატორის სარდაფების ხელმისაწვდომობისთვის), რითაც მოითხოვება რთული რეზერვირება, თერმალური მენეჯმენტი და დაცვის სქემები. სამართლებრივი სიხშირის ჩართვა შეიძლება წარმოადგენდეს ელექტრომაგნიტურ ინტერფერენციას (EMI).

SST-ების გამოყენების სცენარი (დღევანდელი და მომავალი)

• მომავალი სმარტ ქსელები: დისტრიბუციის ქსელები (სვეტებზე დაყრდნობილი ტრანსფორმატორების ჩანაცვლება), მიკროქსელები (AC/DC ჰიბრიდული მიკროქსელის კავშირის დასაშვება), ენერგიის რუტერები.

• ელექტრონული ტრანსპორტი: ულტრასწრაფი EV შევსების სადგურები, ელექტრონული რკინიგზის ტრაქციის ენერგიის დარწმუნება (განსაკუთრებით საშუალო და დაბალი დარტყმების აპლიკაციებში).

• შენახვადების ენერგიის ინტეგრაცია: როგორც ეფექტური, ინტელექტუალური ინტერფეისი ქარის და მზის ენერგიის ქსელთან დაკავშირებისთვის (განსაკუთრებით საშუალო დარტყმის დირექტული დაკავშირებისთვის).

• დატა ცენტრები: როგორც კომპაქტური, ეფექტური და ინტელექტუალური ძალის კონვერტაციის კვადრატი, რომელიც ჩანაცვლებს ტრადიციულ UPS-ის ფრონტალურ ტრანსფორმატორებს.

• სპეციალური ინდუსტრიული აპლიკაციები: სცენარი, რომელიც მოითხოვს მაღალ კონტროლის, მაღალი ხარისხის ძალის, სივრცის შეზღუდვების ან ხშირი ძალის კონვერტაციის მოთხოვნებს.

შეჯამება

სოლიდური ტრანსფორმატორი (SST) წარმოადგენს რევოლუციურ მიმართულებას ტრანსფორმატორის ტექნოლოგიაში. ძალის ელექტრონიკის და სამართლებრივი სიხშირის იზოლაციის გამოყენებით, SST-ები გადაარჩენენ ტრადიციული ტრანსფორმატორების ფიზიკურ შეზღუდვებს, მიღწევენ მინიატურიზაციას, მსხვერპლის დამალვას, ინტელექტუალურობას და მრავალფუნქციონალობას. თუმცა მაღალი ღირებულება, დამოუკიდებლობის პრობლემები და ტექნიკური რთულება არის მიზეზები, რომლებიც არ შეუძლიათ მასშტაბური დასაშვება, სემიკონდუქტორული ტექნოლოგიების (განსაკუთრებით ფართო ზოლის მქონე მოწყობილობების, როგორიცაა SiC და GaN) მაგნიტური მასალების და კონტროლის ალგორითმების უწყვეტი პროგრესი აწარმოებს პროგრესს. SST-ები მზადაა, რომ შეიტანონ განახლებული, ეფექტური და ინტელექტუალური მომავალი ენერგეტიკული სისტემების შესაქმნელად, პირდაპირ ჩანაცვლებით ტრადიციული ტრანსფორმატორების მაღალმნიშვნელოვან და სპეციალიზებულ აპლიკაციებში.