Vinnureglur eininga undireininga fyrir solid-state Transformer

Fastástandsspennir (SST), einnig þekktur sem rafeindaspennir, er frábrugðinn hefðbundnum línutíðnispennum sem starfa á 50 Hz segulsviðum. Það er stjórnanlegt aflbreytingartæki sem samanstendur af rafeindabreytum og hátíðnispennum. Hefðbundnir línutíðnispennar umbreyta aðeins óvirka spennu í samræmi við snúningshlutfall. Auk galvanískrar einangrunar og spennubreytingar, veita SST-stýrðar stafrænar getu, þar á meðal tvíátta aflflæði, spennustjórnun, harmóníska bælingu og viðbragðsafljöfnun, sem þjóna sem aflbeini í snjallnetum.

Uppsetning borðs

https://training-dev.ti.com/tool/TIDA-011012#tech-docs

Undireining heildararkitektúr

Hver undireining samanstendur af tveimur helstu vélbúnaðarhlutum: AC-DC háspennu umbreytingareiningu og DAB hátíðni einangruð DC-DC eining. Fyrir miðspennukerfisnotkun eins og 10 kV kerfi eru margar undireiningar tengdar í röð viðÚtstöðvar AC hliðarað deila heildarspennu netsins. Hver undireining á sjálfstætt millistig DC-tengils, sem er galvanískt einangrað frá öðrum án DC-spennu stöflun. Allir lágspennu DC úttak DAB breyta eru tengdir samhliða til að mynda sameinaða lágspennu DC strætó.

Blokkarmynd

https://training-dev.ti.com/tool/TIDA-011012#tech-docs

Stig 1: Tvíátta H-brú AC-DC umbreyting

Einfasa H-brúin á inntakshlið samanstendur af fjórum SiC aflrofum, boost inductors og DC-link þéttum, sem útfæra tvíátta Boost-PFC svæðisfræði sem starfar á kílóhertz stigs rofitíðni. Það styður bæði leiðréttingu og öfuga nettengda snúning.

Í leiðréttingarham fær undireiningin skipta nettíðni AC spennu. Háhraða PWM-rofa á H-brúarrofum vinnur með örvunarspólum til að geyma og losa segulsviðsorku, umbreyta nettíðni AC í stöðuga millispennu DC-tengils. Þetta stig gerir sér einnig grein fyrir leiðréttingu á aflþáttum, sem tryggir sinusoidal rist-hlið straums og harmonic bælingu. Það skal tekið fram að DC-tengispennan verður að fara yfir hámarksgildi riðstraumspennuinntaks til að fullnægja skilyrði fyrir örvunarvirkni.

Við öfugvirka notkun virkar H-brúin sem inverter. Það breytir orku sem er geymd á millijöfnunartenginu aftur í nettíðni AC sem sprautað er inn í veitukerfið. Einnig er hægt að ná hvarfkrafti fyrir gæðastjórnun á raforkukerfi.

AC-DC umbreyting

Stig 2: DAB Dual-Active-Bridge Hátíðni einangruð DC-DC umbreyting

Sem einangrunarkjarni undireiningarinnar samanstendur DAB af fullri brú á aðalhlið, hátíðnispenni og fullri brú á aukahlið. Það starfar á hundruðum kílóhertz með innfæddri tvíátta aflgetu.

Aðalhliðar snúningur á fullri brú: SiC dregur orku frá H-brú millijöfnunartenginu á undan og skiptir chop DC spennu yfir í hátíðni AC ferningabylgjur þar sem amplitude er jafn DC-tengilinu og nærir frumvinduna á hátíðnispenni. Transformers geta ekki leitt DC straum; aðeins ferhyrningsbylgjuspenna til skiptis kemur á víxlsegulsviðum inni í kjarna til orkuflutnings. Hátíðniaðgerð gerir smærri spennikjarna kleift og leyfir núllspennuskiptingu (ZVS) til að draga úr skiptatapi.

Hátíðnispennir fyrir spennubreytingar og galvaníska einangrun: Með hátíðni ferhyrningsbylgjum breytir spennirinn spennusviðinu í samræmi við snúningshlutfallið og veitir algjöra galvaníska einangrun milli háspennu aðal- og lágspennu aukasviða.Spennubreytingarhlutfall ræðst af snúningshlutfalli spenni frekar en fasaskiptistýringu. Innri lekaspóla spennisins er notað sem röð aflflutningsspóla fyrir DAB.

Virk leiðrétting á efri hlið á fullri brú: Aukahliðin á fullri brú vinnur úr hátíðni ferhyrningsbylgjuspennu sem spennirinn gefur frá sér. Ólíkt óvirkri díóðaleiðréttingu stjórnar virka fullbrúin nákvæmlega SiC skiptitímasetningu. Hvort sem ferhyrningsbylgjan er í jákvæðri eða neikvæðri hálfhring, er riðstraumsorka til skiptis breytt í hleðslustraum fyrir úttaksþétta. Úttaksþéttar sía hátíðni gára og framleiða slétt lágspennu DC úttak.

Fyrir öfugt aflflæði virkar aukahlið fullbrúin sem inverter, sem klippir lágspennu DC aftur í hátíðni ferhyrndar bylgjur sem sendar eru til spenni aukahluta. Orka er aukið af spenni, síðan endurgerð í millijafnspennu með aðalhlið fullbrúarinnar.

DAB notar einfasa vaktstýringu (SPS). Bæði aðal- og aukahliðar heilbrýr mynda 50% ferhyrningsbylgjubylgjuform með skylduhlutfalli. Stýringin stillir fasahornsmuninn á milli bylgjuformanna tveggja. Stærð fasafærslu stjórnar stærð sendingarafls og pólun fasaskiptis ákvarðar stefnu aflflæðis.Fasabreyting stjórnar aðeins afli, hún getur ekki náð víðtækri stöðugri úttaksspennustillingu. Ef úttaksspenna er þvinguð langt í burtu frá snúningshlutfalli sem samsvarar nafnvinnslupunkti tapar ZVS-skilyrðum, kemur fyrir miklum hringrásarstraumi og veldur alvarlegri ofhitnun tækisins. Til að breyta nafnúttaksspennunni verður að endurhanna snúningshlutfall hátíðnispennisins.

DAB

Kerfisstærð og verkfræðilegar takmarkanir

Í háspennuforritum fyrir meðalspennu er spennu- og aflskvarðinn framleiddur með mörgum undireiningum með raðtengdum AC-inntakum og samhliða DC-útgangum. Algeng lágspenna strætóspenna samhliða undireininga er læst með DAB snúningshlutfalli spenni. Þegar markúttaksspenna víkur frá innri DAB úttaksspennu eru tvær hagnýtar lausnir til:

Haltu upprunalegum vélbúnaði og bættu við auka óeinangruðum DC-DC breyti til að lækka eftir stjórnun;

Endurhannað hátíðnispennirinn, endurstaðfestu streitu íhluta og endurstilltu stjórnalgrím fyrir djúpar DAB-breytingar.

Af hverju SST nær þéttri stærð

Hefðbundnir dreifispennar vinna við 50 Hz línutíðni og þurfa stórt þversniðsflatarmál með segulkjarna til að skila nafnafli. Samkvæmt rafsegulreglum:fyrir tiltekið aflmagn dregur hærri notkunartíðni úr nauðsynlegu kjarnarúmmáli og þyngd.

Í stað þess að knýja einangrunarspennuna beint með 50 Hz netspennu, umbreytir SST rafeindatækni raftíðni rafkerfisins í hundruð kHz hátíðni ferhyrndarbylgjuspennu sem nærir hátíðnieinangrunarspennuna. Samanborið við línutíðni eykst notkunartíðnin þúsund sinnum, þannig að rúmmál og þyngd hátíðni segulmagnaðir íhluta getur minnkað meira en tífalt.

N=k * 10^5 * U / (f * Ae * Bmax )

k - Hlutfall hámarks á-tíma til skiptitímabils, venjulega k=0.4;

U - Inntaksspenna aðalvinda (V), um það bil jöfn DC-inntaksspennu;

f - Rekstrartíðni spenni (kHz);

Ae - Virkt þversniðsflatarmál- segulkjarna (cm²);

Bmax - Hámarks leyfileg sveifla segulflæðisþéttleika (G).

Innbyggðir gallar

Hálfleiðaratæki í miklu magni hafa mikla flókna vélbúnað og hærri kostnað samanborið við hefðbundna spennubreyta. Hátíðnisrofi framleiðir rafsegultruflanir (EMI), sem setur strangar kröfur um PCB skipulag, hönnun segulhluta og varmastjórnun. Þess vegna mun SST ekki koma að fullu í stað línutíðnispenna og er aðallega beitt í nýrra raforkukerfisaðstæðum sem krefjast lítils fótspors, tvíátta aflflæðis, DC tengi og virks aflgæðastýringar.