Níor athraigh an bailiúchán éagsúil de chineálacha toilleora mórán le blianta beaga anuas, ach is cinnte go bhfuil iarratais. San Airteagal seo, féachaimid ar conas a úsáidtear toilleoirí i leictreonaic chumhachta agus déanaimid comparáid idir na teicneolaíochtaí atá ar fáil. Toilleoirí scannán ag taispeáint a gcuid buntáistí in iarratais atá le teacht ar nós feithiclí leictreacha , comhshó cumhachta fuinnimh malartach, agus inverters i thiomáineann . Mar sin féin, tá leictrealaíoch alúmanam (Al) fós tábhachtach nuair is é dlús stórála fuinnimh an príomhriachtanas.
Al Leictreatach nó Scannán Capacitor?
Tá sé éasca é a dhífhostú Al leictrealaíoch mar theicneolaíocht an lae inné, ach ní bhíonn an t-idirdhealú idir an fheidhmíocht agus an rogha scannánaíochta chomh soiléir i gcónaí. I dtéarmaí dlús fuinnimh stóráilte, i.e., giúil/ceintiméadar ciúbach, tá siad fós chun tosaigh ar ghnáth-toilleoirí scannáin, cé go bhfuil leaganacha coimhthíocha ar nós ardchriostalach deighilte polapróipiléine miotalaithe inchomparáide. Chomh maith leis sin, coinníonn Al leictrealaíoch a rátáil reatha ripple ag teochtaí níos airde níos fearr ná toilleoirí scannáin iomaíocha. Níl fiú na saincheisteanna saoil agus iontaofachta braite chomh suntasach nuair a dhéantar leictrealaíoch Al a dhíghrádú go cuí. Tá Al-leictrealaíoch fós an-tarraingteach áit a bhfuil gá le voltas bus dc a thiomána trí bhriseadh cumhachta gan cúltaca ceallraí. Mar shampla, nuair is fachtóir tiomána é costas, tá sé thar a bheith deacair a bheith ag súil go nglacfaidh toilleoirí scannáin anonn ó na mór-toilleoirí i soláthairtí cumhachta as líne tráchtearraí.
Bhuaigh an scannán ar go leor bealaí
Tá roinnt buntáistí suntasacha ag toilleoirí scannáin thar toilleoirí eile: is féidir rátálacha friotaíochta sraithe coibhéiseach (ESR) a bheith i bhfad níos ísle, rud a fhágann go mbíonn láimhseáil srutha ripple i bhfad níos fearr. Tá rátálacha borrtha voltais níos fearr freisin, agus, b'fhéidir an rud is suntasaí, is féidir le toilleoirí scannáin iad féin a leigheas
FIG 1 Saintréithe scannán toilleoir.
FIG 2 Athrú an DF leis an teocht don scannán polapróipiléine.
Tar éis strus, rud a fhágann go mbeidh iontaofacht agus saolré an chórais níos fearr. Mar sin féin, braitheann an cumas chun féin-leigheas ar an leibhéal strus, luachanna buaic, agus ráta athrá. Ina theannta sin, tá teip thubaisteach fós in ann de bharr sil-leagan carbóin agus damáiste comhthaobhach ón stua plasma a ghintear le linn imréitigh locht. Meaitseálann na tréithe seo feidhmchlár comhshó cumhachta nua-aimseartha i bhfeithiclí leictreacha agus córais fuinnimh mhalartacha nuair nach mbíonn aon chosc ag teastáil le bristeacha nó idir buaicphointí ripple ar mhinicíocht líne. Is é an príomhriachtanas ná an cumas sruthanna ripple ard-minicíochta a aimsiú agus a dhoirteadh a d'fhéadfadh na céadta nó na mílte amps a bhaint amach agus caillteanais inghlactha agus ard-iontaofacht á gcoinneáil ag an am céanna. Tá gluaiseacht ann freisin chuig voltais bus níos airde chun caillteanais ómacha ag leibhéil chumhachta ar leith a laghdú. Chiallódh sé seo nasc sraith de leictrealaíoch Al lena n-uasghrádú voltais bhunúsach de thart ar 550 V. Chun éagothroime voltais a sheachaint, b'fhéidir go mbeadh sé riachtanach na toilleoirí daor a roghnú le luachanna meaitseála agus friotóirí cothromaithe voltais a úsáid lena gcaillteanas agus costas gaolmhar.
Níl an tsaincheist iontaofachta simplí, cé go bhfuil leictrealaíoch, faoi choinníollacha rialaithe, inchomparáide le scannán cumhachta, rud a chiallaíonn nach mbeidh siad in ann ach 20% den róvoltas a sheasamh sula ndéantar damáiste. I gcodarsnacht leis sin, is féidir le toilleoirí scannáin b'fhéidir 100% den róvoltas a sheasamh ar feadh tréimhsí teoranta. Nuair a theipeann orthu, féadann an leictrealaíoch gearrchiorcad agus pléascadh, ag baint anuas banc iomlán de shraith/comhpháirteanna comhthreomhara le sceitheadh contúirteach leictrilít. Is féidir le toilleoirí scannáin féin-chneasaithe freisin, ach is féidir iontaofacht an chórais faoi choinníollacha barántúla a bhaineann le strus ó am go chéile a bheith an-difriúil idir an dá chineál. Mar is amhlaidh le gach comhpháirt, is féidir le leibhéil arda taise feidhmíocht toilleora scannáin a dhíghrádú, agus, le haghaidh iontaofachta is fearr, ba cheart é seo a rialú go maith. Difreáil phraiticiúil eile is ea an éascaíocht a bhaineann le toilleoirí scannáin a ghléasadh—tá siad ar fáil i imfháluithe bosca dronuilleogacha inslithe, éifeachtúla toirtmhéadracha le héagsúlacht roghanna nasctha leictrigh, ó chríochfoirt scriú go lugs, fastons, agus barraí bus, i gcomparáid leis na cannaí miotail bhabhta tipiciúil de. leictrealaíoch. Tugann an scannán tréleictreach neamhpholach gléasadh droim ar ais agus ceadaítear é a úsáid in iarratais ina gcuirtear AC i bhfeidhm, mar shampla i scagadh inverter-aschuir.
Ar ndóigh, tá go leor cineálacha tréleictreach toilleora scannáin ar fáil, agus tugann Fíor 1 achoimre ar a gcuid feidhmíochtaí comparáideacha [1]. Is é scannán polapróipiléine an buaiteoir foriomlán nuair is iad caillteanais agus iontaofacht faoi strus na príomhbhreithnithe mar gheall ar a DF íseal agus miondealú tréleictreach ard in aghaidh an aonaid tiús. Is féidir leis na scannáin eile a bheith níos fearr le haghaidh rátáil teochta agus toilleas / toirt, le tairisigh tréleictreach níos airde agus infhaighteacht scannán níos tanaí, agus, ag voltas íseal, tá poileistear fós in úsáid go coitianta. Tá tábhacht ar leith ag baint leis an DF agus sainmhínítear é mar ESR/imoibríocht toilleas, agus de ghnáth sonraítear é ag 1 kHz agus 25 °C. Ciallaíonn DF íseal i gcomparáid le tréleictreach eile téamh níos ísle agus is bealach é chun caillteanais in aghaidh an mhicreafarad a chur i gcomparáid. Athraíonn DF beagán le minicíocht agus teocht, ach is fearr a fheidhmíonn polapróipiléine. Léiríonn Fíoracha 2 agus 3 na ceapacha tipiciúla.
Tá dhá phríomhchineál tógálacha toilleora scannáin ann a úsáideann scragall agus miotalú taiscthe, mar a thaispeántar i bhFíor 4. De ghnáth úsáidtear scragall miotail atá thart ar 5-nm tiubh idir sraitheanna tréleictreach as a chumas ard buaic-reatha, ach níl sé féin. - leigheas tar éis strus marthanach. Déantar scannán miotalaithe a fhoirmiú trí fholús agus trí Al a thaisceadh go hiondúil ag 1,200 °C ar an scannán go tiús thart ar 20–50 nm agus teocht an scannáin idir −25 agus −35 °C,
FIG 3 Athrú an DF le minicíocht scannán polapróipiléine.
FIG 4 Tógáil toilleoir scannán
cé gur féidir cóimhiotail since (Zn) agus Al-Zn a úsáid freisin. Cumasaíonn an próiseas seo féin-leighis, nuair is cúis le teas mór logánta, b'fhéidir suas le 6,000 °C, de bharr cliseadh tréleictreach ag pointe ar bith, agus cruthaíonn sé plasma. Tá an mhiotalú timpeall an chainéil miondealaithe galaithe, le leathnú tapa an plasma múchadh an urscaoilte, a leithlisíonn an locht agus a fhágann an toilleoir ag feidhmiú go hiomlán. Tá an laghdú toilleas íosta ach breisithe le himeacht ama, rud a fhágann go bhfuil sé ina tháscaire úsáideach ar aosú an chomhpháirte.
Modh coiteann chun feabhas breise a chur ar iontaofacht is ea an mhiotalú ar an scannán a dheighilt ina réimsí, b'fhéidir na milliúin, le geataí cúnga ag cothú an tsrutha isteach sna deighleoga agus ag feidhmiú mar fiúsanna le haghaidh ró-ualaí comhlán. Laghdaíonn caolú an chosáin iomlán reatha go dtí an mhiotalú buaic-láimhseáil reatha an chomhpháirte, ach ceadaíonn an corrlach sábháilteachta breise a tugadh isteach an toilleoir a rátáil go húsáideach ag voltais níos airde.
Tá neart tréleictreach de thart ar 650 V/µm ag polapróipiléine nua-aimseartha agus tá sé ar fáil i dtiús de thart ar 1.9 µm agus os a chionn, agus mar sin is féidir rátálacha voltais toilleora suas go dtí roinnt cileavata a bhaint amach go rialta, agus tá roinnt codanna fiú rátáilte ag 100 kV. Mar sin féin, ag voltais níos airde, déantar feiniméan an urscaoilte pháirtigh (PD), ar a dtugtar urscaoileadh corónach freisin. Is é PD an miondealú ardvoltais de mhicrovoid sa chuid is mó den ábhar nó sna bearnaí aeir idir sraitheanna ábhar, rud is cúis le ciorcad gearr páirteach den chosán inslithe iomlán. Fágann PD (urscaoileadh corónach) rian beag carbóin; ní féidir an éifeacht tosaigh a thabhairt faoi deara ach féadann sé carnadh le himeacht ama go dtí go dtarlaíonn miondealú tobann ar an insliú lag-rianaithe carbóin. Déantar cur síos ar an éifeacht ag cuar Paschen, a thaispeántar i bhFíor 5, agus tá voltas tosaithe agus díothaithe tréith aige. Léiríonn an figiúr dhá shampla láidreachtaí réimse. Is dócha go gcruthóidh pointí os cionn chuar Paschen, A, miondealú PD.
FIG 5 Cuar Paschen agus mar shampla láidreachtaí an réimse leictrigh.
Chun an éifeacht a chomhrac, líontar toilleoirí an-ardvoltais le hola chun aer a eisiamh ó chomhéadain chiseal. Is gnách go mbíonn cineálacha ísealvoltais líonta roisín, rud a chabhraíonn le stóinseacht mheicniúil freisin. Réiteach eile is ea toilleoirí sraithe a fhoirmiú i gcuscaí singil, rud a laghdóidh go héifeachtach an titim voltais trasna gach ceann acu go dtí go leor faoi bhun an voltais tosaithe. Is éifeacht é PD mar gheall ar dhéine réimse leictrigh, agus mar sin is féidir i gcónaí tiús tréleictreach a mhéadú chun an grádán voltais a laghdú ach go méadóidh sé méid iomlán an toilleora. Tá dearaí toilleora ann a chomhcheanglaíonn scragall agus miotalóireacht chun comhréiteach a sholáthar idir cumas buaic reatha agus féin-leighis. Is féidir an mhiotalú a ghrádú freisin ó imeall an toilleora ionas go dtugann ábhar níos tiús ag na himill láimhseáil reatha níos fearr agus foirceannadh níos daingne trí shádráil nó táthú, agus is féidir leis an ngrádú a bheith leanúnach nó céimnithe.
B’fhéidir go mbeadh sé úsáideach céim siar a ghlacadh agus breathnú ar an gcaoi a bhfuil sé buntáisteach toilleoirí Al-leictrealaíoch a úsáid. Sampla amháin is ea tiontaire as líne 90%-éifeachtach, 1-kW le foirceann tosaigh ceartaithe le cumhacht-fhachtóir, a dteastaíonn turas 20-ms tríd, mar a thaispeántar i bhFíor 6. De ghnáth beidh bus dc inmheánach aige le voltas ainmniúil, Vn, de 400 V agus voltas titim amach, Vd, de 300 V, a gcailltear rialachán aschuir faoina bhun.
Soláthraíonn an toilleoir mórchóir C1 fuinneamh chun cumhacht aschurtha seasta a choinneáil le linn na tréimhse sonraithe taistil de réir mar a thiteann voltas an bhus ó 400 go 300 V tar éis briseadh. Go matamaiticiúil, Po t/h = 1/2 C(Vn²-Vd²) nó C=2*1000*0.02/0.9*(400²-300²) =634nF ag rátáil 450 V.
Más rud é Toilleoirí al-leictrealaíoch a úsáidtear, ansin bíonn an toirt riachtanach tuairim is 52 cm3 (i.e., 3 in 3 ) mar thoradh ar an gcothromóid, m.sh., má tá an TDK-EPCOS Úsáidtear sraith B43508. I gcodarsnacht leis sin, bheadh toilleoirí scannáin beagnach mór, agus b’fhéidir go mbeadh 15 i gcomhthreo ag teastáil uathu ag toirt iomlán 1,500 cm3 (i.e., 91 in 3 ) má úsáidtear an tsraith TDK-EPCOS B32678. Is léir an difríocht, ach d’athródh an rogha dá mba ghá don toilleoir an voltas ripple a rialú ar líne dc. Tóg sampla den chineál céanna nuair a thagann an voltas bus 400-V ó cheallraí, mar sin ní gá an coinneáil suas. Mar sin féin, is gá an éifeacht ripple a laghdú go dtí, m.sh., meánmhéid fréimhe 4 V cearnógach (rms) ó bíoga srutha ard-minicíochta 80 A rms a thógann tiontaire le sruth ag 20 kHz. D’fhéadfadh gur feidhmchlár feithicil leictreach é seo, agus is féidir an toilleas a theastaíonn a neasú ó C=irms/Vrippe.2.Π.f=80/4*2*3.14*20*1000=160 uF ag rátáil 450 V.
FIG 6 An toilleoir le haghaidh turas tríd (coinnigh suas). HVDC: dc ardvoltais.
D’fhéadfadh go mbeadh rátáil srutha ripple ag leictrealaíoch ag 180 µF, 450 V de thart ar 3.5 A rms ag 60 °C, lena n-áirítear ceartú minicíochta (sraith EPCOS B43508). Mar sin, le haghaidh 80 A, bheadh 23 toilleoir ag teastáil ag an am céanna, rud a chruthódh 4,140 µF gan ghá le toirt iomlán 1,200 cm3 (i.e., 73 in 3 ). Comhlíonann sé seo an rátáil srutha ripple 20 mA/µF a luaitear uaireanta le haghaidh leictrealaíoch. Má mheastar toilleoirí scannáin, anois, níl ach ceithre cinn comhthreomhar ó na EPCOS B32678 tugann an tsraith rátáil srutha ripple 132-A rms i méid 402 cm3 (i.e., 24.5 in 3 ). Má tá an teocht teoranta do, m.sh., níos lú ná 70 °C comhthimpeallach, is féidir cásmhéid níos lú a roghnú fós. Fiú má roghnaímid leictrealaíoch ar fhorais eile, d'fhéadfadh fadhbanna eile a bheith mar thoradh ar an toilleas barrachais, mar shampla an fuinneamh i sruth inrush a rialú. Ar ndóigh, dá bhféadfadh róvoltais neamhbhuan tarlú, bheadh na toilleoirí scannáin i bhfad níos láidre san iarratas. Sampla de seo is ea an tarraingt solais, áit a mbíonn róvoltas ar an nasc dc-nasc mar gheall ar nasc eatramhach le catenary.
Tá an sampla seo tipiciúil i go leor timpeallachtaí sa lá atá inniu ann, mar shampla i gcórais soláthair cumhachta do-bhriste, cumhacht gaoithe agus gréine, táthú, agus inverters greille-nasctha. Is féidir achoimre a dhéanamh ar na difríochtaí costais idir leictrealaíoch scannáin agus Al i bhfigiúirí a foilsíodh in 2013 [2]. Tá na gnáthchostais do bhus dc ó 440 Vac coigeartaithe le fáil i dTábla 1.
Tá iarratais eile ar dhíchúpláil agus ciorcaid snubber i dtiontairí nó inverters. Anseo, ba cheart tógáil scannáin/scagall a úsáid má cheadaíonn an méid, mar go dteastaíonn céimeanna speisialta dearaidh agus déantúsaíochta de bharr cineálacha miotalaithe. Mar dhíchúpláil, cuirtear an toilleoir trasna an bhus sd chun cosán íseal ionduchtaithe a sholáthar chun sruthanna ardmhinicíochta a chur i gcúrsaíocht, de ghnáth 1 µF in aghaidh 100 A lasctha. Gan an toilleoir, scaipeann an sruth trí lúba ionduchtais níos airde, agus is cúis le voltais dhíomuan (Vtr) de réir an méid seo a leanas: Vtr =-Ldi/dt.
Agus athruithe reatha de 1,000 A/µs indéanta, ní féidir ach le cúpla nana-shraith ionduchtúcháin voltais shuntasacha a tháirgeadh. Is féidir le hionduchtú thart ar 1 nH/mm a bheith ag rianta clár ciorcad priontáilte, ag soláthar, mar sin, thart ar 1 Vtr/mm sa chás seo. Mar sin, tá sé tábhachtach go mbeadh naisc chomh gearr agus is féidir. Chun dV/dt trasna lasca a rialú, cuirtear an toilleoir agus líonra friotóra/ dé-óid i gcomhthreo le IGBT nó MOSFET (Fíor 7).
Moillíonn sé seo an fáinne, rialaíonn sé trasnaíocht leictreamaighnéadach (EMI), agus cuireann sé cosc ar athrú sporúil de bharr ard
FIG 7 An lasc snubbing. FIG 8 Tá an scannán toilleoirí mar EMI faoi chois. FIG 9 Na toilleoirí scannán i mótar-tiomáint EMC scagadh.
dV/dt, go háirithe i IGBTanna. Is minic a bhíonn túsphointe ag déanamh an toilleas snubber thart ar dhá oiread suim an toilleas aschuir lasc agus toilleas gléasta, agus ansin roghnaítear an friotóir chun aon fháinne a mhaolú go criticiúil. Tá cur chuige deartha níos fearr curtha le chéile.
Is minic a úsáidtear toilleoirí polapróipiléine rátáilte sábháilteachta trasna línte cumhachta chun modh difreálach EMI a laghdú (Fíor 8). Tá sé ríthábhachtach go mbeidh siad in ann róvoltais neamhbhuan agus féinchleachtadh a sheasamh. Tá toilleoirí sna poist seo rátáilte mar X1 nó X2, ar féidir leo a sheasamh 4- agus 2.5-kV neamhbhuan, faoi seach. Is minic a bhíonn na luachanna a úsáidtear sna microfarads chun comhlíonadh na gcaighdeán tipiciúil um chomhoiriúnacht leictreamaighnéadach (EMC) ag leibhéil arda cumhachta a bhaint amach. Is féidir toilleoirí scannáin Y-cineál a úsáid freisin i suíomhanna líne go talamh chun torann mód coiteann a mhaolú nuair a bhíonn luach an toilleas teoranta mar gheall ar chúrsaí reatha sceite (Fíor 8). Tá leaganacha Y1 agus Y2 ar fáil do rátálacha neamhbhuan 8- agus 5-kV, faoi seach. Ionduchtúcháin nasc íseal toilleoirí scannáin cabhrú freisin le féin-athshondas a choinneáil ard.
Feidhm mhéadaitheach ar thoilleoirí neamhpolaraithe is ea scagairí pas íseal a fhoirmiú le ionduchtóirí sraithe chun armónaic ardmhinicíochta a mhaolú in aschur AC tiomántáin agus inverters (Fíor 9). Is minic a úsáidtear toilleoirí polapróipiléine as a n-iontaofacht, rátáil ard ripple-reatha, agus éifeachtúlacht toirtmhéadrach maith san iarratas, agus is minic a phacáiltear na hionduchtóirí agus na toilleoirí le chéile i modúl amháin. Is minic a bhíonn ualaí cosúil le mótair i bhfad ón aonad tiomána, agus úsáidtear scagairí chun córais a chumasú chun ceanglais EMC a chomhlíonadh agus chun an strus ar cháblaí agus ar mhótair ó leibhéil iomarcacha dV/dt a laghdú.
