Solid state transformer nima? U traditsionel transformerdan qanday farqlanadi?
Katklashtirilgan holatda bo'lgan transformator (SST)
Katklashtirilgan holatda bo'lgan transformator (SST) - bu sovrinli elektronika texnologiyasi va poluprovodnik qurilmalaridan foydalanib, shinalar o'zgarishini va energiya uzatishini amalga oshiradigan quvvat o'zgartiruvchi qurilma.
Aniqlikka erishish uchun aniq transformatorlardan farqlar
Farqli ishlash asoslari
Aniq transformator: Elektromagnit induksiya asosida. Asosiy va ikkinchi bosqichli spiral orqali demir yodda elektromagnit bog'liqlik orqali shina o'zgaradi. Bu asosan past tebratmali (50/60 Hz) AC energiyani to'g'ridan-to'g'ri "magnit-magnit" o'tkazishdir.
Katklashtirilgan holatda bo'lgan transformator: Quvvat elektronik o'zgarishi asosida. Avval kiritilgan AC DC (AC-DC) ga to'g'rilaydi, keyin yuqori tebratmali ajralish (ko'pincha yuqori tebratmali transformator yoki kapasitiv ajralish orqali) shina o'zgarishi (DC-AC-DC yoki DC-DC bosqichlari orqali) va nihoyat, talab etilgan AC yoki DC shina ga chiqishni inversiya qiladi. Bu jarayon energiyani elektrik → yuqori tebratmali elektrik → elektrik o'tkazadi.
Farqli yod materiallari
Aniq transformator: Yod komponentlari silitsium demir yodlar va mosh/alyuminiy spiralardan iborat.
Katklashtirilgan holatda bo'lgan transformator: Yod komponentlari poluprovodnik quvvat yoqoqchilari (masalan, IGBT, SiC MOSFET, GaN HEMT), yuqori tebratmali magnit elementlari (yuqori tebratmali ajralish uchun transformator yoki induktorlar), kondensatorlar va qattiq rivojlangan boshqaruv skemalari.
SST ning asosiy tuzilmasi (soddalashtirilgan)
Ko'pincha SST uchta asosiy quvvat o'zgartiruvchi bosqichlardan iborat:
Kirish to'g'rilash bosqichi: Kirish chiziqli tebratmali AC shina (masalan, 50 Hz yoki 60 Hz) ni o'rtacha DC bus shinasiga o'zgartiradi.
Ajrash / DC-DC o'zgarish bosqichi: Asosiy bosqich. O'rtacha DC shina yuqori tebratmali AC (bir necha kHz dan yuzlab kHz gacha) ga inversiya qilinadi, bu yuqori tebratmali ajratish transformatorini (chiziqli tebratmali transformatorlardan ko'ra juda kichik va ozroq) haydab turadi. Ikkinchi tomon yuqori tebratmali AC ni qayta DC ga to'g'rilaydi. Bu bosqich hem shina o'zgarishini, hem esa muhim galvanik ajralishni amalga oshiradi. Ba'zi topologiyalar uchun yuqori tebratmali ajratilgan DC-DC konverterlardan foydalanadi.
Chiqish inversiya bosqichi: Ajratilgan DC shina talab etilgan chiziqli tebratmali (yoki boshqa tebratmali) AC shina ga o'zgartiradi. DC chiqish uchun bu bosqich soddalashtirilishi yoki rad etilishi mumkin.
SST larning asosiy xususiyatlari va afzalliklari
Kichik hajm va og'irlik: Yuqori tebratmali transformatorlar kamroq yod materiali talab qiladi, bulukli demir yoddan aralashadi. Hajmi va og'irligi mos ravishda ekvivalent-quvvatli aniq transformatorlardan 30%–50% (yoki undan kam) bo'lib o'tadi.
Yuqori energiya o'lchovi: Miniaturizatsiya sababli erishiladi.
Yuqori quvvat o'lchovi: Boshqa birlik hajmda yuqori quvvatni boshqarishga imkoniyat beradi.
Keng kirish/chiqish shina diapazoni: Moslashuvchan boshqaruv strategiyalari kirish quvvat faktorini va chiqish shina/tekisligini o'zgartirishga imkoniyat beradi, bu SST ni salmis tortib ketadigan yangi energiya manbalari (masalan, FV, shamol) yoki DC taqsimot tarmog'larini integratsiya qilish uchun ideal qiladi. U yaxshi sifatli, past deformatsiyali AC chiqish yoki stagan DC chiqishni taqdim etishi mumkin.
Boshqariladigan elektrik ajralishi: Oddiy ajralishdan tashqari, SST lar xato akrlarni cheklash va yanada yaxshi tarmoq himoyasini ta'minlay oladi.
Ikkita yo'nalishdagi quvvat oqimi: Inheret orqali ikki yo'nalishdagi energiya uzatishga imkoniyat beradi, EV V2G (avtomobil-tarmoq) va energiya saqlash tizimlari kabi maqsadlar uchun idealdir.
Aqlli va boshqariladigan: Qattiq rivojlangan boshqaruvchilar bilan jihozlangan, quyidagilarga imkoniyat beradi:
Quvvat faktorini to'g'rilash
Faol/reaktiv quvvatni boshqarish
Shina va tebratmani barqarorlashtirish
Garmonikni kamaytirish
Haqiqiy vaqt rejalashtirish va himoya
Masofaviy aloqa va moslashuvchan boshqarish (aqliy tarmoqlar uchun ideal)
Yog'izsiz va atrof-muhitga do'st: Izolyatsiya yog'i yo'q, shuning uchun zirzamin va oyog'ing o'pish ehtimollari yo'q.
Moslashuvchan mosh va demir zararlar: Yuqori effektivlikka ega yuqori tebratmali magnitlar va yuqori effektivlikka ega poluprovodniklar (aloqadar SiC/GaN) sistemaga aniq transformatorlardan yaxshi yoki unga teng effektivlikni beradi.
SST lar uchun muammolar va kamchiliklar
Yuqori narx: Poluprovodnik qurilmalar, yuqori tebratmali magnitlar va boshqaruv tizimlari hozirda aniq transformatorlarda ishlatiladigan demir va moshdan ko'ra juda qimmat. Bu umumiy qo'llanishning eng katta barqarorligi.
Barqarorlik e'tiborlar: Poluprovodnik qurilmalar potentsial xato nuqtalari (transformator spiralining mustahkamligiga nisbatan), bu murakkab takrorlanish, issiqlanishni boshqarish va himoya skemalarini talab qiladi. Yuqori tebratmali o'zgarishi ham elektromagnit interferensiya (EMI) kiritishi mumkin.
Issiqlanishni boshqarish muammolari: Yuqori quvvat o'lchovi katta issiqlanish talablarini yaratadi, bu esa samarali sovuqlovchilar talab qiladi.
Yuqori texnik murakkatlilik: Dizayn va ishlab chiqarish bir necha fanlar - quvvat elektronikasi, elektron magnitizm, materiallar fanlari, boshqaruv nazariyasi va issiqlanishni boshqarish - bu orqali yuqori kirish barqarorligini beradi.
Past standartlash: Texnologiya hali rivojlanmoqda va shu bo'lganda munosabatli standartlar va spetsifikatsiyalar hali to'liq rivojlanmagan yoki birlashtirilmagan.
SST larning qo'llanish scenariylari (hazirda va kelajakda)
Kelajakdagi aqliy tarmoqlar: Taqsimot tarmog'lari (ustun ustida joylashtirilgan transformatorlarni almashtirish), mikrotarmoqlar (AC/DC g'arbli mikrotarmoqlar interfeysini ta'minlash), energiya routerlari.
Elektrifikatsiya transporti: Tez TEZ zaryadlash stansiyalari, elektrifikatsiya temir yo'llarini traksiya quvvati ta'minoti (aloqadar o'rtacha va past quvvatli qo'llanmalarda).
Yangi energiya manbalari integritatsiyasi: Shamol va kvarg'ish energiyasini tarmoqga (aloqadar o'rtacha quvvatli to'g'ridan-to'g'ri ulash uchun mos) bog'lash uchun samarali, aqlli interfeys sifatida.
Ma'lumot markazlari: Aniq UPS oldindagi transformatorlarni almashtirish uchun kompakt, samarali va aqlli quvvat o'zgartirish nodi sifatida.
Maxsus sanoat qo'llanmalar: Katta boshqaruv, yaxshi sifatli quvvat, joy cheklovlari yoki tez-tez quvvat o'zgarishi talab qilinadigan scenariyalar.
Xulosa
Katklashtirilgan holatda bo'lgan transformator (SST) transformator texnologiyasidagi revolyutsion yo'nalishni ifodalaydi. Quvvat elektronikasi va yuqori tebratmali ajralishdan foydalanib, SST lar aniq transformatorlarning fizik jihatdan cheklashlarini yengilash, miniaturizatsiya, og'irliksiz dizayn, aqllilik va multifunksionalizmni erishadi. Hozirda yuqori narx, barqarorlik e'tiborlari va texnik murakkatlilik katta o'lchamli qo'llanishga cheklov beradi, ammo poluprovodnik texnologiyalar (aloqadar SiC va GaN kabi keng bandgap qurilmalar), magnit materiallari va boshqaruv algoritmlaridagi davom etuvchi rivojlanish progressni harakatga keltiradi. SST lar yengillik, samarali va aqlli kelajak energiya tizimlarini qurishda muhim rol o'ynaydi, va aniq transformatorlarni qiymatli, maxsus qo'llanmalarda qadam qadam almashtirishga tayyor.
