Тарроҳии APF-ҳои баландбасомад бо SiC ва GaN

Нерӯи барқ ​​ҷаҳони муосири моро таъмин мекунад. Аммо, сифати ин нерӯи барқ ​​на ҳамеша комил аст. Ҳамчун донишҷӯёни муҳандисӣ, шумо ба зудӣ бо мушкилоти ҷиддӣ дар ин соҳа рӯ ба рӯ хоҳед шуд. Ин мушкилот номида мешавад Таҳрифи гармоникӣИн вақте рух медиҳад, ки дастгоҳҳо барқро бо таркишҳои нобаробар истеъмол мекунанд. Ин ҷараёни нобаробари барқ ​​ба таҷҳизот зарар мерасонад ва энергияро беҳуда сарф мекунад.

Барои ислоҳи ин мушкилот, муҳандисон аз филтри фаъоли барқ ​​(APF) истифода мебаранд. APF мисли гӯшмонаки бекоркунандаи садо барои шабакаи барқ ​​амал мекунад. Он ба сигналҳои барқи ноқис гӯш медиҳад ва сигналҳои комилан муқобилро барои бекор кардани инҳо мефиристад. Сифати барқ масъалаҳо.

Имрӯз мо ин филтрҳоро хеле беҳтар мекунем. Мо аз маводҳои нав бо номи Силикон Карбид (SiC) ва Галлий Нитрид (GaN) истифода мебарем. Ин маводҳо ояндаи электроникаи барқиро дар системаи барқ ​​тағйир медиҳанд.

Дарки мушкилоти сифати барқ

Аввалан, мо бояд фаҳмем, ки чаро сифати барқ ​​муҳим аст. Дар гузашта, аксари борҳои барқӣ оддӣ буданд. Чизҳое ба монанди лампаҳо ва гармкунакҳо барқро ҳамвор мекашиданд. Мо инҳоро борҳои хаттӣ меномем. Имрӯз чизҳо дигар хеланд. Мо аз компютерҳо, чароғҳои LED ва муҳаррикҳои гардонанда истифода мебарем. Инҳо борҳои ғайрихаттӣ мебошанд. Онҳо барқро бо нӯгтезҳои тез мегиранд.

Ин қуллаҳои тез ҷараёнҳои гармоникӣ эҷод мекунанд. Вақте ки ин ҷараёнҳо аз шабакаи барқ ​​​​мегузаранд, онҳо боиси таҳрифи шиддат мешаванд. Ин як масъалаи ҷиддӣ аст. Таҳрифи баланди гармоникӣ (THD) метавонад боиси аз ҳад зиёд гарм шудани трансформаторҳо гардад. Он метавонад бесабаб корношоям шудани автоматҳои занҷирӣ гардад. Он инчунин омили қувваро коҳиш медиҳад. Коэффисиенти пасти қувва маънои онро дорад, ки системаи барқӣ энергияро беҳуда сарф мекунад.

Стандартҳои соҳавӣ, ба монанди IEEE 519, маҳдудиятҳои қатъиро барои миқдори таҳрифи иҷозатдодашуда муқаррар мекунанд. Барои риояи ин стандартҳо, мо барои беҳтар кардани қувват ба коҳиши самараноки гармоник ниёз дорем. Филтрҳои пассивии анъанавӣ аз катушкаҳо ва конденсаторҳои калон истифода мебаранд. Онҳо вазнинанд ва наметавонанд ба борҳои тағйирёбанда мутобиқ шаванд. Аз ин рӯ, Филтри қувваи фаъол ин қадар муҳим аст. Он ҷуброни динамикиро дар вақти воқеӣ таъмин мекунад.

Нақши нимноқилҳои дорои банди васеъ

Солҳои зиёд табдилдиҳандаҳои барқӣ аз калидҳои кремний истифода мекарданд. Транзистори биполярии изолятсионӣ дар дарвоза (IGBT) интихоби стандартӣ буд. Аммо, кремний маҳдудиятҳои физикӣ дорад. Он наметавонад хеле зуд фурӯзон ва хомӯш шавад, бе он ки энергияи зиёдро аз даст диҳад. Ин талафоти энергия ба гармӣ табдил меёбад.

Ин ҷоест, ки нимноқилҳои дорои фосилаи васеъ (WBG) ба кор меоянд. Карбиди кремний (SiC) ва нитриди галлий (GaN) ду маводи асосии WBG мебошанд. Онҳо фосилаи васеътари энергия байни электронҳои худ доранд. Ин хосияти физикӣ ба онҳо нисбат ба кремнийи стандартӣ бартариҳои калон медиҳад.

Гузариши зудтар ва назорати беҳтар

Бартарии бузургтарини SiC ва GaN басомади гузариши онҳост. IGBT-и стандартии силикон метавонад бо басомади 10 килогертс (кГц) гузариш кунад. Транзистори GaN метавонад ба осонӣ бо басомади 100 кГц ё ҳатто баландтар гузариш кунад.

Чаро ин муҳим аст? Тасаввур кунед, ки кӯшиш мекунед, ки танҳо бо истифода аз хатҳои рост доираи ҳамвор кашед. Агар шумо чанд хатҳои дарозро истифода баред, доира ноҳамвор ба назар мерасад. Агар шумо бисёр хатҳои хурдро истифода баред, доира комилан ҳамвор ба назар мерасад. Басомади баланди гузариш низ ҳамин тавр кор мекунад. Он ба APF имкон медиҳад, ки ҷараёни ҷуброни хеле ҳамвортарро эҷод кунад. Ин маънои онро дорад, ки он метавонад гармоникаҳои хеле зуд ва дараҷаи баландро бекор кунад. Он ба система паҳнои банди идоракунии хеле васеътар медиҳад.

Андозаи хурдтар ва самаранокии баландтар

Амалиёт бо басомади баланд инчунин тарҳи сахтафзорро тағйир медиҳад. Вақте ки басомади гузариш зиёд мешавад, андозаи ҷузъҳои ғайрифаъол кам мешавад. Индукторҳои филтр ва конденсаторҳои пайвасти DC хеле хурдтар мешаванд. Ин ба тарҳи зичии баланди қувва оварда мерасонад. Тамоми блоки APF паймон ва сабук мешавад.

Ғайр аз ин, дастгоҳҳои SiC ва GaN талафоти хеле ками гузариш доранд. Онҳо ҳангоми фурӯзон ва хомӯш шудан энергияи зиёдро сарф намекунанд. Ин самаранокии баланди энергия маънои онро дорад, ки онҳо гармии камтар истеҳсол мекунанд. Муҳандисон метавонанд аз гармкунакҳои хурдтар истифода баранд. Онҳо метавонанд системаи идоракунии гармиро содда кунанд. Ин таҷҳизотро боэътимодтар ва истифодаи арзонтар мегардонад.

Консепсияҳои асосӣ дар тарроҳии муосири APF

Тарроҳии APF-и муосир якчанд консепсияҳои пешрафтаи муҳандисиро дар бар мегирад. Шумо бо ин мавзӯъҳо дар таҳсил ва касбҳои ояндаи худ зуд-зуд дучор хоҳед шуд.

1. Топологияҳои пешрафта: Муҳандисон барои идора кардани шиддатҳои баланд тарҳҳои гуногуни схемаро истифода мебаранд. Инвертери нуқтаи бетараф бо фишурдашуда (NPC) ва табдилдиҳандаи навъи T интихоби маъмул мебошанд. Ин топологияҳои бисёрсатҳа фишорро ба коммутаторҳои алоҳида коҳиш медиҳанд.

2. Системаҳои идоракунии рақамӣ: Барои коркарди зуди иттилоот ба APF мағз лозим аст. Мо аз протсессорҳои сигнали рақамӣ (DSP) ё массивҳои дарвозаи барномарезишавандаи майдонӣ (FPGA) истифода мебарем. Ин микросхемаҳо алгоритмҳои мураккабро иҷро мекунанд. Онҳо ҷараёнҳои дақиқи гармоникиро дар микросонияҳо ҳисоб мекунанд.

3. Усулҳои модулятсия: Барои идоракунии коммутаторҳо, мо Модуляцияи паҳнои импулси фазоӣ векторӣ (SVPWM)-ро истифода мебарем. Ин усул шиддати ҷараёни доимиро хеле самаранок истифода мебарад. Он инчунин ба кам кардани дахолати электромагнитӣ (EMI), ки дар натиҷаи гузариши зуд ба вуҷуд меояд, мусоидат мекунад.

4. Ҳамоҳангсозии шабака: APF бояд бо шабакаи асосии барқ ​​комилан ҳамоҳанг бошад. Мо барои пайгирии кунҷи шиддати шабака аз алгоритми ҳалқаи қулфи фаза (PLL) истифода мебарем. Ин кафолат медиҳад, ки ҷараёни ҷуброн дар лаҳзаи дақиқ ворид карда мешавад.

Барномаҳо дар ҷаҳони воқеӣ

Талабот ба нерӯи барқи тоза босуръат меафзояд. Ин аз якчанд тамоюлҳои ҷаҳонӣ бармеояд.

Аввалан, афзоиши манбаъҳои барқароршавандаи энергия ба монанди нерӯи офтобӣ ва бодӣ. Ин манбаъҳо аз инверторҳои пайвастшуда ба шабака истифода мебаранд, ки метавонанд гармоникаҳоро ҷорӣ кунанд. APF-ҳо ба устувории шабакаи хурд ва таъмини интиқоли бефосилаи нерӯи барқ ​​мусоидат мекунанд.

Дуюм, гузариш ба мошинҳои барқӣ (EV). Истгоҳҳои пуркунии барқи зуди EV миқдори зиёди нерӯи барқро истеъмол мекунанд. Онҳо борҳои бузурги ғайрихаттӣ мебошанд. Насб кардани APF дар истгоҳи пуркунӣ шабакаи маҳаллиро аз паст шудани шиддат ва таҳрифи шадид муҳофизат мекунад.

Ниҳоят, талош барои Интернети саноатии ашё (IIoT) ва истеҳсоли интеллектуалӣ. Корхонаҳои муосир аз системаҳои роботии ҳассос ва гардонандаҳои басомади тағйирёбанда (VFD) истифода мебаранд. Ин системаҳо барои кори дуруст ба сифати комили қувва ниёз доранд. Коҳиши ногаҳонии шиддат ё болоравии гармонӣ метавонад тамоми хатти истеҳсолиро боздорад.

Хулоса

Гузариш аз кремний ба SiC ва GaN як марҳилаи муҳим дар муҳандисии электротехника мебошад. Ин маводҳои дорои фосилаи васеъ Филтрҳои қувваи фаъолро тезтар, хурдтар ва самараноктар мегардонанд.

Ҳамчун муҳандисони оянда, дарки ин технологияҳо хеле муҳим аст. Шумо онҳое хоҳед буд, ки насли ояндаи шабакаҳои интеллектуалӣ ва системаҳои устувори энергетикиро тарҳрезӣ мекунед. Бо азхуд кардани электроникаи барқии басомади баланд, шумо барои таъмини ояндаи устувор ва тозаи энергетикӣ барои ҳама мусоидат хоҳед кард.