Kaip diodai gali užkirsti kelią vėjo energijos atgaliniam srautui sugadinti valdiklius?

1, Nevaldoma lygintuvo grandinė: natūralus barjeras, blokuojantis atvirkštinį maitinimo šaltinį iš baterijų
Vėjo energijos sistemose nevaldoma lygintuvo grandinė yra pagrindinė grandis, jungianti generatorių ir akumuliatorių. Pagrindinė jo funkcija yra paversti generatoriaus kintamosios srovės galią į nuolatinę srovę, naudojant vienkryptį diodų laidumą, kad akumuliatorius negalėtų tiekti energijos generatoriui atbuline eiga esant mažam vėjo greičiui arba išjungimo būsenoms. Pavyzdžiui, trifazių diodų nevaldomoje ištaisymo grandinėje šeši diodai sudaro tilto konstrukciją. Kai generatoriaus išėjimo įtampa yra mažesnė už akumuliatoriaus įtampą, diodai automatiškai išsijungia ir blokuoja atvirkštinės srovės kelią.

Techniniai privalumai:

Paprasta ir patikima struktūra: norint atlikti dvigubas ištaisymo ir anti-atbulinio srauto funkcijas, reikia tik diodų, nereikalaujant papildomų valdymo grandinių, todėl gedimų dažnis yra mažas.
Mažas energijos suvartojimas: diodų laidumo įtampos kritimas paprastai yra 0,3–0,7 V, o esant aukštos įtampos ir didelės srovės scenarijus, galios nuostoliai yra žymiai mažesni nei aktyvių komponentų, tokių kaip IGBT.
Greitas atsako greitis: diodo perjungimo laikas yra nanosekundžių diapazone, kuris gali akimirksniu reaguoti į įtampos pokyčius ir išvengti atvirkštinių srovės šuolių.
Inžinerinis atvejis:
Jūros vėjo jėgainių parkas naudoja diodinį lygintuvą, kad pakeistų tradicinį modulinį daugiapakopį{0}}lyginimo vožtuvą (MMC). Esant tokiam pačiam perdavimo pajėgumui, keitiklio stoties tūris sumažėjo 80%, svoris - 65%, o montavimo laikas - 20%. Pagrindinė priežastis yra ta, kad diodo lygintuvo vožtuvui nereikia sudėtingų valdymo algoritmų, o diodo laidumo nuostoliai yra daugiau nei 20% mažesni nei IGBT, o tai žymiai pagerina sistemos stabilumą ir ekonomiškumą.

2, apsauga nuo atvirkštinio poliškumo: kad būtų išvengta katastrofiškų gedimų, kuriuos sukelia atvirkštinis maitinimo šaltinio poliškumas
Vėjo energijos valdiklis turi būti suderinamas su keliais maitinimo šaltiniais (pvz., maitinimo šaltiniu, dyzeliniais generatoriais ir baterijomis). Jei vartotojas netyčia pakeičia maitinimo šaltinio poliškumą, gali perdegti vidiniai kondensatoriai, MOSFET ir kiti valdiklio komponentai. Sujungus diodus nuosekliai prie maitinimo įvesties, galima sukurti nebrangią ir labai patikimą priešpriešinės apsaugos grandinę.

Dizaino taškai:

Tiesioginio laidumo įtampos kritimo optimizavimas: Schottky diodų (tokių kaip MBR1045CT) tiesioginis įtampos kritimas yra tik 0,3 V, o 5 kW lygio valdikliuose laidumo nuostoliai sudaro mažiau nei 0,6%, daug mažesni nei tradicinių silicio diodų (0,7 V).
Atvirkštinės nuotėkio srovės valdymas: Idealūs diodų IC (pvz., LTC4412) gali slopinti atvirkštinio nuotėkio srovę iki mažesnės nei 1 μA, taip išvengiant baterijos talpos sumažėjimo dėl nuotėkio srovės budėjimo režimu.
Viršįtampio srovės slopinimas: NTC termistorius jungiant lygiagrečiai su diodais, viršįtampio srovė įjungimo momentu gali būti apribota, apsaugant pasroviui esantį kondensatorių.
Gedimo režimo analizė:
Vėjo energijos valdiklio techninės priežiūros atveju dėl to, kad trūko apsaugos nuo atbulinės eigos, vartotojas per klaidą prijungė maitinimo šaltinį, dėl kurio sprogo įvesties kondensatorius. Vėlesniame tobulinimo plane panaudota sudėtinė „Schottky diodas + savaime atsistatantis saugiklis“ grandinė, kuri atjungus diodą atjungia ir išlydo saugiklį, visiškai izoliuodama gedimą.

3, Energijos atkūrimo kelio valdymas: pagrindinė grandis, apsauganti nuo stabdymo rezistorių perkrovos
Vėjo energijos sistemose, kai vėjo greitis viršija vardinę vertę, energijos perteklių reikia sunaudoti per žingsnio valdymą arba stabdymo rezistorius. Jei stabdžių rezistoriaus grandinė nesuprojektuota tinkamai, per IGBT korpuso diodą į valdiklį gali tekėti atvirkštinė srovė, todėl komponentas perkais. Diodas gali sukurti nepriklausomą energijos atkūrimo kelią, užtikrindamas, kad stabdymo srovė būtų išleista tik per rezistorių.

Tipiškos programos:

Buck grandinės laisvos eigos diodas: nuolatinės srovės / nuolatinės srovės grandinėse laisvosios eigos diodai (pvz., 1N5819WS) suteikia atpalaidavimo kelią indukcinei energijai kaupti, išvengiant didelės-įtampos atgalinės elektrovaros jėgos susidarymo, kai IGBT išjungtas.
Stiprinimo grandinės priešpriešinio srauto diodas: padidinimo grandinėje diodas (pvz., MBR20100CT) neleidžia išvesties įtampai tekėti atgal į įvesties gnybtą, apsaugodamas žemos -tampos pusės komponentus.
Duomenų palaikymas:
Vėjo energijos keitiklio bandymo duomenys rodo, kad įprastus lygintuvus pakeitus Šotkio diodais, stabdymo rezistoriaus temperatūros kilimas sumažėjo nuo 120 laipsnių iki 85 laipsnių, o sistemos efektyvumas padidėjo 3,2%.

4, suspaudimo diodas daugiapakopėje topologijoje: pagrindinis komponentas, skirtas pagerinti keitiklio patikimumą
Diodu pritvirtintoje penkių lygių pakopinėje H-tilto topologijoje suspaudimo diodas gali subalansuoti kiekvieno tilto peties įtampą ir užkirsti kelią komponentų gedimui dėl netolygios įtampos. Pavyzdžiui, nuolatinio magneto tiesioginės pavaros vėjo energijos sistemoje ši topologija užtikrina tiesioginį vidutinės įtampos tinklo ryšį per 12 impulsų lygintuvą ir penkių lygių keitiklį. Suspaudimo diodas sumažina perjungimo įtaisų įtampos įtampą iki pusės nuolatinės srovės magistralės įtampos, ženkliai pagerindamas sistemos patikimumą.

Technologinis proveržis:
Siemens taiko diodų spaustuvių topologiją, skirtą jūros vėjo energijos keitiklių stotims, kurios pasiekia 9 lygių išvestį, patrigubina lygiavertį perjungimo dažnį, sumažina harmoninius iškraipymus iki mažiau nei 1,5 % ir sumažina filtro tūrį 40 %.

5, pažangiausia technologija: plačios juostos diodas skatina vėjo energijos sistemos atnaujinimą
Subrendus silicio karbido (SiC) diodams, jų nulinis atvirkštinio įkrovimo atkūrimas (Qrr ≈ 0) ir atsparumas aukštai temperatūrai (200 laipsnių) pagreitina silicio -diodų pakeitimą vėjo energijos srityje. Pavyzdžiui, Cree C3D10060A SiC Schottky diodas sumažina laidumo nuostolius 75%, palyginti su silicio diodais 100A/600V sąlygomis, o atvirkštinio atkūrimo nuostoliai artėja prie nulio.

Taikymo scenarijus:

Aukšto dažnio DC/DC keitiklis: SiC diodai gali padidinti perjungimo dažnį iki daugiau nei 200 kHz, žymiai sumažindami induktorių ir kondensatorių dydį.
Vidutinės įtampos dažnio keitiklis: 10 kV vėjo energijos keitikliuose SiC diodai gali sumažinti kaskadų skaičių ir sumažinti sistemos sudėtingumą.