Níor athraigh an bailiúchán éagsúil de chineálacha toilleora i bhfad le blianta beaga anuas, ach is cinnte go bhfuil na hiarratais. San Airteagal seo, féachaimid ar an gcaoi a n-úsáidtear toilleoirí i Leictreonaic Cumhachta agus déanaimid comparáid idir na teicneolaíochtaí atá ar fáil. Toilleoirí scannáin ag taispeáint a gcuid buntáistí in iarratais atá le teacht mar Feithiclí Leictreacha , tiontú cumhachta fuinnimh dúchais a athrú, agus inverters i dtiomántáin . Mar sin féin, tá leictrilítí alúmanaim (AL) tábhachtach fós nuair is é dlús stórála fuinnimh an príomhriachtanas.
AL Electrolitic nó Toilleoir Scannán?
Is furasta é a dhíbhe Al leictrilítí Mar theicneolaíocht an lae inné, ach níl an difreáil i bhfeidhmíocht eatarthu agus an rogha scannáin chomh soiléir sin i gcónaí. Maidir le dlús fuinnimh stóráilte, i.e., joules/ceintiméadar ciúbach, tá siad fós chun tosaigh ar thoilleoirí caighdeánacha scannán, cé go bhfuil malairtí coimhthíocha mar ard-chriostal deighilte deighilte polapróipiléin mhiotalaithe inchomparáide. Chomh maith leis sin, coinníonn AL leictrilítí a rátáil reatha ag teochtaí níos airde ná toilleoirí scannán iomaíochta. Níl fiú na saincheisteanna a mheastar a bheith ann agus na saincheisteanna iontaofachta chomh suntasach sin nuair a dhéantar leictrilítí AL a dhíbirt go cuí. Tá leictrilítí Al an-tarraingteach fós nuair a bhíonn gá le turas voltais bus DC ar bhriseadh cumhachta gan cúltaca ceallraí. Mar shampla, nuair a bhíonn costas ina fhachtóir tiomána, tá sé thar a bheith deacair toilleoirí scannáin a réamh-mheas ag glacadh leis ó na toilleoirí mórchóir i soláthairtí cumhachta as líne tráchtearraí.
Bhuaigh scannán ar go leor bealaí
Tá roinnt buntáistí suntasacha ag toilleoirí scannáin thar toilleoirí eile: is féidir le rátálacha friotaíochta sraithe coibhéiseacha (ESR) a bheith níos ísle go mór, rud a fhágann go bhfuil láimhseáil ripplecurrent i bhfad níos fearr ann. Tá rátálacha borrtha-voltais níos fearr freisin, agus, b'fhéidir go suntasach, is féidir le toilleoirí scannáin féin-leigheas
Fíor 1 Saintréithe an scannáin toilleora.
Fíor 2 An t -athrú ar an DF leis an teocht le haghaidh scannán polapróipiléine.
Tar éis struis, as a leanann iontaofacht agus saolré córais níos fearr. Mar sin féin, braitheann an cumas chun féin-leigheas ar an leibhéal struis, ar bhuaicluachanna, agus ar an ráta athrá. Ina theannta sin, tá teip tubaisteach faoi dheireadh indéanta fós mar gheall ar sil -leagan carbóin agus damáiste comhthaobhachta ón bplasma a ghintear le linn imréitigh locht. Meaitseálann na saintréithe seo na feidhmchláir nua-aimseartha a bhaineann le comhshó cumhachta i bhfeithiclí leictreacha agus i gcórais fhuinnimh mhalartacha nach bhfuil aon ghá le bristeacha nó idir beanna ciumhais minicíochta líne. Is é an príomhriachtanas an cumas sruthanna ardmhinicíochta a aimsiú agus a dhoirteadh a d'fhéadfadh teacht ar na céadta murab ionann agus na mílte amp agus caillteanais inghlactha agus iontaofacht ard a choinneáil. Tá gluaiseacht ann freisin go voltais bus níos airde chun caillteanais ohmic a laghdú ag leibhéil chumhachta ar leith. Chiallódh sé seo go mbeadh nasc sraith de leictrilítí Al lena n -uasráta voltais de thart ar 550 V. Chun éagothroime voltais a sheachaint, d'fhéadfadh sé a bheith riachtanach na toilleoirí costasacha le luachanna comhoiriúnaithe a roghnú agus friotóirí cothromaithe voltais a úsáid lena gcaillteanais agus a gcostas gaolmhar.
Níl an tsaincheist iontaofachta simplí, cé, faoi choinníollacha rialaithe, go bhfuil leictrilítí inchomparáide le scannán cumhachta, rud a chiallaíonn nach seasfaidh siad ach 20% den róbhrú sula dtarlaíonn damáiste. I gcodarsnacht leis sin, is féidir le toilleoirí scannáin 100% den ró -fhógra a sheasamh b'fhéidir ar feadh tréimhsí teoranta. Nuair a theipeann air, is féidir le leictrilítí ciorcad agus pléascadh a dhéanamh, ag cur síos banc iomlán de chomhpháirteanna sraithe/comhthreomhara le hurscaoileadh leictrilít chontúirteach. Is féidir le toilleoirí scannáin féin-leigheas a dhéanamh freisin, ach is féidir le hiontaofacht an chórais faoi choinníollacha barántúla strus ó am go chéile a bheith an-difriúil idir an dá chineál. Mar aon leis na comhpháirteanna go léir, is féidir le leibhéil taise ard feidhmíocht toilleora scannáin a dhíghrádú, agus, don iontaofacht is fearr, ba cheart é seo a rialú go maith. Is é atá i ndifreálaí praiticiúil eile ná éascaíocht toilleoirí scannán gléasta - tá siad ar fáil i gclóis bhosca dronuilleogacha inslithe, atá éifeachtach ó thaobh toirtmhéadrach de le héagsúlacht roghanna nasctha leictreachais, ó chríochfoirt scriú go lugs, duaiseanna, agus barraí bus, i gcomparáid leis na tipiciúla tipiciúla miotail mhiotail de leictrilítí. Tugann an scannán tréleictreach neamhpholainneach gléasadh droim ar ais agus ceadaíonn sé úsáid in iarratais ina gcuirtear AC i bhfeidhm, mar shampla i scagadh aschuir inbhéartaithe.
Ar ndóigh, tá go leor cineálacha tréleictreach toilleora scannáin ar fáil, agus tugann Figiúr 1 achoimre ar a gcuid léirithe comparáideacha [1]. Is é scannán polypropylene an buaiteoir foriomlán nuair a bhíonn caillteanais agus iontaofacht faoi strus na príomhchúinsí mar gheall ar a DF íseal agus miondealú tréleictreach ard in aghaidh an tiús aonaid. Is féidir leis na scannáin eile a bheith níos fearr le haghaidh rátáil teochta agus toilleas/toirt, le tairisigh tréleictreacha níos airde agus infhaighteacht scannán níos tanaí, agus, ag voltais ísle, tá poileistir fós in úsáid go coitianta. Tá an DF thar a bheith tábhachtach agus sainmhínítear é mar imoibriú ESR/capacitive, agus is iondúil go sonraítear é ag 1 kHz agus 25 ° C. Tugann DF íseal i gcomparáid le tréleictreacha eile le tuiscint go bhfuil téamh níos ísle ann agus is bealach é chun caillteanais a chur i gcomparáid in aghaidh an mhicreafarad. Athraíonn DF beagán le minicíocht agus teocht, ach is fearr a fheidhmíonn polapróipiléin. Taispeánann Figiúirí 2 agus 3 na gnáthchlocha.
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 tréleictreacha dá chumas buaic-bhuaic-reatha, ach ní fhéin-fhéin a bhíonn sé tar éis strus buan. Cruthaítear scannán miotalaithe le folús agus trí AL a thaisceadh de ghnáth ag 1,200 ° C ar an scannán go tiús thart ar 20-50 nm le teocht an scannáin idir −25 agus −35 ° C,
Fíor 3 An t -athrú ar an DF leis an minicíocht do scannán polapróipiléine.
Fíor 4 An Tógáil Capacitor Scannán
Cé gur féidir cóimhiotail since (Zn) agus al-Zn a úsáid freisin. Cumasaíonn an próiseas seo féin-leigheas, áit a gcuireann miondealuithe ag pointe ar bith ar fud an tréleictreach téamh dian logánta, b'fhéidir suas le 6,000 ° C, rud a fhágann go mbeidh plasma mar fhoirmiú. Déantar an mhiotalú timpeall an chainéil miondealú a ghalú, agus leathnú tapa an phlasma ag múchadh an urscaoilte, a dhéanann an fabht a leithlisiú agus a fhágann an toilleoir go hiomlán feidhmiúil. Tá an laghdú ar an toilleas íosta ach breiseán le himeacht ama, rud a fhágann gur táscaire úsáideach é ar aosú na comhpháirte.
Is modh coiteann é chun tuilleadh feabhsú iontaofachta a dhéanamh ná an mhiotalú ar an scannán a dheighilt i gceantair, b'fhéidir na milliúin, le geataí cúnga ag cur an sruth isteach sna codanna agus ag gníomhú mar fhiúsanna le haghaidh ró -ualaí comhlán. Laghdaíonn caolú an chosáin reatha reatha go dtí an mhiotalú an buaic -láimhseáil reatha ar an gcomhpháirt, 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 polapróipiléin nua -aimseartha agus tá sé ar fáil i dtiúsanna thart ar 1.9 µm agus aníos, mar sin tá rátálacha voltais toilleora suas go dtí roinnt cileagram in -insroichte go rialta, le roinnt codanna fiú ag rátáil fiú ag 100 kV. Mar sin féin, ag voltais níos airde, is fachtóir é feiniméan urscaoilte páirteach (PD), ar a dtugtar urscaoileadh corónach freisin. Is é PD an miondealú ardvoltais ar mhicrovoids i bhformhór an ábhair nó sna bearnaí aeir idir sraitheanna ábhair, rud a chruthaíonn ciorcad gearr páirteach den chosán inslithe iomlán. Fágann PD (urscaoileadh corónach) rian beag carbóin; Tá an éifeacht tosaigh neamhdhóchúil ach is féidir leis a charnadh le himeacht ama go dtí go dtarlaíonn miondealú tobann agus tobann ar an insliú lagaithe, rianaithe carbóin. Déantar cur síos ar an éifeacht ag an gcuar Paschen, a thaispeántar i bhFíor 5, agus tá tréith agus voltas díothaithe aige. Taispeánann an figiúr dhá láidreacht allamuigh. Is dócha go gcruthóidh pointí os cionn an chuar Paschen, A, miondealú PD.
Fíor 5 An cuar Paschen agus láidreachtaí réimse leictreach mar shampla.
Chun dul i ngleic leis an éifeacht, tá toilleoirí an-ard-voltais-rátáilte ola líonta chun aer a eisiamh ó chomhéadain ciseal. Is iondúil go mbíonn roisín líonta níos ísle ag cineálacha voltais, rud a chabhraíonn le stóinseacht mheicniúil freisin. Réiteach eile is ea toilleoirí sraithe a fhoirmiú i gcluichí aonair, ag laghdú go héifeachtach an titim voltais trasna gach ceann acu go maith faoi bhun an voltais tionscnaimh. Is éifeacht é PD mar gheall ar dhéine na réimse leictreach, agus mar sin is féidir tiús tréleictreach a mhéadú chun an grádán voltais a laghdú i gcónaí ach méadaíonn sé méid foriomlán an toilleora. Tá dearaí toilleora ann a chomhcheanglaíonn scragaill agus miotalú chun comhréiteach a sholáthar idir buaicchumas reatha agus féin-leigheas. Is féidir an mhiotalú a ghrádú ó imeall an toilleora freisin ionas go dtugann ábhar níos tibhe ag na himill láimhseáil reatha níos fearr agus foirceannadh níos láidre trí shádráil nó táthú, agus is féidir an grádú a bheith leanúnach nó céimnithe.
Tá sé úsáideach, b'fhéidir, céim siar a ghlacadh agus breathnú ar an dóigh a bhfuil buntáiste ag baint le toilleoirí al-leictrileacha a úsáid. Tá sampla amháin i dtiontaire as-líne 90%-éifeachtach, 1-kW le ceann tosaigh atá ceartaithe ag cumhacht-fhachtóir, a bhfuil turas 20-ms ag teastáil uaidh, mar a thaispeántar i bhFigiúr 6. Is iondúil go mbeidh bus DC inmheánach aige le voltas ainmniúil, VN, de 400 V agus voltas fágála, VD, de 300 V, a bhfuil rialachán aschur thíos thíos.
Soláthraíonn an mórchóir toilleoir C1 fuinneamh chun cumhacht aschuir leanúnach a choinneáil le linn an ama turais shonraithe de réir mar a thiteann an voltas bus 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.
Dá mba rud é go Toilleoirí al-leictrileacha a úsáidtear, ansin is é an toradh a bhíonn ar an gcothromóid ná méid riachtanach de thart ar 52 cm3 (i.e., 3 i 3), e.e. TDK-Epcos Úsáidtear sraith B43508. I gcodarsnacht leis sin, bheadh toilleoirí scannáin mór go praiticiúil, rud a cheanglódh b'fhéidir 15 i gcomhthreo ag toirt iomlán de 1,500 cm3 (i.e., 91 in 3) má úsáidtear an tsraith TDK-EPCOS B32678. Tá an difríocht soiléir, ach athródh an rogha dá mbeadh an toilleoir ag teastáil chun an voltas círéibe a rialú ar líne DC. Tóg sampla comhchosúil ina bhfuil an voltas bus 400-V ó cheallra, mar sin ní theastaíonn an coinneáil suas. Mar sin féin, tá gá leis an éifeacht chasta a laghdú, e.e. D'fhéadfadh sé seo a bheith ina fheidhmchlár feithicle leictreach, 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.
Fíor 6 An toilleoir le haghaidh turas tríd (Coinnigh suas). HVDC: DC ardvoltais.
D'fhéadfadh go mbeadh rátáil ripplecurrent de thart ar 3.5 A RMS ag 60 ° C ag leictrilíteach ag 180 µF, 450 V, lena n -áirítear ceartú minicíochta (sraith EPCOS B43508). Dá bhrí sin, i gcás 80 A, bheadh 23 toilleoir ag teastáil go comhthreomhar, ag táirgeadh 4,140 µF neamhriachtanach le toirt iomlán de 1,200 cm3 (i.e., 73 i 3). Comhlíonann sé seo an rátáil reatha 20 mA/µF a luaitear uaireanta le haghaidh leictrilítí. Má mheastar toilleoirí scannáin, anois, ach ceithre cinn i gcomhthreo leis an EPCOS B32678 Sraith a thabhairt rátáil reatha RMS RMS i dtoirt de 402 cm3 (i.e., 24.5 i 3). Má tá an teocht teoranta do, e.e., níos lú ná 70 ° C comhthimpeallach, ansin is féidir méid cáis níos lú a roghnú fós. Fiú má roghnaímid leictrilítí ar fhorais eile, d'fhéadfadh an iomarca toilleas a bheith ina chúis le fadhbanna eile, mar shampla an fuinneamh i sruth inrush a rialú. Ar ndóigh, dá dtarlódh róbhrú neamhbhuan, ansin bheadh na toilleoirí scannáin i bhfad níos láidre san iarratas. Bheadh sampla de seo i tarraingt éadrom, áit a gcuireann nasc uaineach le catenary overvoltage ar an nasc DC-Link.
Tá an sampla seo tipiciúil de go leor timpeallachtaí sa lá atá inniu ann, mar shampla i gcórais soláthair cumhachta nach féidir a bhriseadh, cumhacht gaoithe agus gréine, táthú, agus inverters ceangailte greille. Is féidir achoimre a dhéanamh ar na difríochtaí costais idir scannáin agus leictrilítí AL i bhfigiúirí a foilsíodh in 2013 [2]. Is féidir na costais tipiciúla do DC-Bus ó 440 VAC a cheartú i dTábla 1.
Baineann iarratais eile le díchúpláil agus ciorcaid snubber i tiontairí nó in inverters. Anseo, ba chóir tógáil scannán/scragall a úsáid má cheadaíonn méid méide, mar go dteastaíonn céimeanna speisialta dearaidh agus déantúsaíochta ó chineálacha miotalaithe. De réir mar a dhíchúpláil é, cuirtear an toilleoir trasna an bhus DC chun cosán íseal-ionduchtais a sholáthar chun sruthanna ardmhinicíochta a scaipeadh, de ghnáth 1 µF in aghaidh an 100 a aistríodh. Gan an toilleoir, scaipeann an sruth trí lúba ard-ionduchtaithe, ag cruthú voltais neamhbhuan (VTR) de réir na n-seo a leanas: vtr = -ldi/dt.
Agus athruithe reatha de 1,000 A/µs indéanta, ní féidir ach le cúpla nanohenries ionduchtais voltais shuntasacha a tháirgeadh. Is féidir le rianta ciorcaid-chiorcaid phriontáilte ionduchtais de thart ar 1 NH/mm a bheith ionduchtaithe, ag soláthar, dá bhrí sin, thart ar 1 VTR/mm sa chás seo. Dá bhrí sin, tá sé tábhachtach go mbeadh naisc chomh gearr agus is féidir. Chun dv/ dt a rialú trasna lasca, cuirtear an toilleoir agus an líonra friotóra/ dé -óid go comhthreomhar le IGBT nó MOSFET (Fíor 7).
Cuireann sé seo moill ar fháinne, rialaíonn sé cur isteach leictreamaighnéadach (EMI), agus cuireann sé cosc ar athrú spleodrach mar gheall ar ard
Fíor 7 An lasc ag smearadh. Fíor 8 Na toilleoirí scannáin mar chosc ar IMI. Fíor 9 Na toilleoirí scannáin i scagadh EMC tiomána mótair.
DV/DT, go háirithe i IGBTS. Is minic a bhíonn pointe tosaigh ag déanamh an toilleas snubber thart ar dhá oiread shuim an toilleas aschuir agus toilleas gléasta, agus roghnaítear an friotóir ansin chun aon fháinne a thaisceadh go criticiúil. Tá cur chuige dearaidh níos fearr curtha le chéile.
Is minic a úsáidtear toilleoirí polapróipiléine atá rátaithe le sábháilteacht ar fud línte cumhachta chun an modh difreálach a laghdú (Figiúr 8). Tá a gcumas chun róbhrú neamhbhuan agus féin-leigheas a sheasamh ríthábhachtach. Déantar toilleoirí sna poist seo a rátáil mar X1 nó X2, ar féidir leo trasdula 4- agus 2.5-kV a sheasamh, faoi seach. Is minic a bhíonn na luachanna a úsáidtear sna microfarads chun comhlíonadh a bhaint amach le gnáthchaighdeáin chomhoiriúnaithe leictreamaighnéadacha (EMC) ag leibhéil ardchumhachta. Is féidir toilleoirí scannán Y-cineál a úsáid freisin i suíomhanna líne go talamh chun torann mód coiteann a mhaolú nuair a bhíonn luach an chan-pacitance teoranta mar gheall ar chúinsí reatha sceite (Figiúr 8). Tá leaganacha Y1 agus Y2 ar fáil do rátálacha neamhbhuan 8- agus 5-kV, faoi seach. Ionduchtais nasc íseal de thoilleoirí scannáin Cuidigh freisin le féin-athshondas a choinneáil ard.
Is é atá i gceist le hiarratas méadaitheach ar thoilleoirí neamhpholaraithe scagairí pas íseal a chruthú le hionduchtóirí sraithe chun armógaí ardmhinicíochta a mhaolú in aschur AC thiomáineann agus inverters (Figiúr 9). Is minic a úsáidtear toilleoirí polapróipiléine le haghaidh a n-iontaofachta, a rátáil ard-reatha, agus éifeachtúlacht mhaith toirtmhéadrach san iarratas, agus is minic a dhéantar na hionduchtóirí agus na toilleoirí a phacáistiú 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 riachtanais EMC a chomhlíonadh agus strus ar cháblú agus mótair a laghdú ó leibhéal iomarcach dv/dt.
