Prinċipju ta' Ħidma tas-Submodulu ta' Transformer ta' Stat Solidu Modulari

Transformer ta 'stat solidu (SST), magħruf ukoll bħala transformer elettroniku tal-enerġija, huwa differenti minn transformers konvenzjonali ta' frekwenza tal-linja li joperaw fuq kampi manjetiċi ta '50 Hz. Huwa mezz ta 'konverżjoni tal-enerġija kontrollabbli magħmul minn konvertituri elettroniċi tal-enerġija u transformers ta' frekwenza għolja. It-trasformaturi tal-frekwenza tal-linja konvenzjonali jittrasformaw biss il-vultaġġ b'mod passiv skont il-proporzjon tad-dawriet. Minbarra l-iżolament galvaniku u l-konverżjoni tal-vultaġġ, l-SSTs jipprovdu kapaċitajiet ikkontrollati b'mod diġitali inkluż fluss ta 'enerġija bidirezzjonali, regolazzjoni tal-vultaġġ, soppressjoni armonika u kumpens ta' qawwa reattiva, li jservu bħala routers tal-enerġija f'grids intelliġenti.

Setup tal-Bord

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

Sottomodulu Arkitettura Ġenerali

Kull sub-modulu jikkonsisti f'żewġ sezzjonijiet ta' ħardwer ewlenin: unità ta' konverżjoni ta' vultaġġ għoli AC-DC u unità DC-DC iżolata ta' frekwenza għolja DAB. Għal applikazzjonijiet ta' grilja ta' vultaġġ medju bħal sistemi ta' 10 kV, sub-moduli multipli huma konnessi f'serje fuq tagħhomTerminali tal-ġenb ACbiex taqsam il-vultaġġ totali tal-grilja. Kull sub-modulu għandu DC-link intermedju indipendenti, li huwa iżolat galvanikament minn oħrajn mingħajr ebda stacking ta' vultaġġ DC. L-outputs DC kollha ta 'vultaġġ baxx ta' konvertituri DAB huma konnessi b'mod parallel biex jiffurmaw bus DC ta 'vultaġġ baxx unifikat.

Dijagramma tal-Blokk

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

Stadju 1: Konverżjoni AC-DC bidirezzjonali H-bridge

Il-pont H ta’ fażi waħda fuq in-naħa tal-input jikkonsisti f’erba’ swiċċijiet tal-enerġija SiC, boost inductors u capacitors DC-link, li jimplimenta topoloġija Boost-PFC bidirezzjonali li topera fi frekwenza ta’ swiċċjar fil-livell ta’ kilohertz. Jappoġġja kemm ir-rettifika kif ukoll l-inverżjoni reverse grid-died.

Fil-mod ta' rettifika, is-sottomodulu jirċievi vultaġġ AC diviż tal-frekwenza tal-grilja. Swiċċijiet PWM b'veloċità għolja ta 'swiċċijiet H-bridge jikkooperaw ma' indutturi boost biex jaħżnu u jirrilaxxaw l-enerġija tal-kamp manjetiku, u jikkonvertu AC tal-frekwenza tal-grilja f'vultaġġ DC-link intermedju stabbilizzat. Dan l-istadju jirrealizza wkoll il-korrezzjoni tal-fattur tal-qawwa, li jiżgura kurrent sinusojdali min-naħa tal-grilja u soppressjoni armonika. Għandu jiġi nnutat li l-vultaġġ tal-link DC għandu jaqbeż il-valur massimu tal-vultaġġ AC tad-dħul biex jissodisfa kundizzjonijiet ta 'tħaddim ta' spinta.

Waqt it-tħaddim tar-reverse-power, il-H-bridge jaħdem bħala inverter. Jikkonverti l-enerġija maħżuna fuq id-DC-link intermedju lura f'AC tal-frekwenza tal-grilja injettata fil-grilja tal-utilità. L-output tal-enerġija reattiva jista' jinkiseb ukoll għar-regolazzjoni tal-kwalità tal-enerġija tal-grilja.

Konverżjoni AC-DC

Stadju 2: Konverżjoni DC-DC Iżolata ta' Frekwenza Għolja DAB Dual-Active-Bridge

Bħala l-qalba ta' iżolament tas-submodulu, id-DAB jinkludi pont sħiħ tan-naħa primarja, transformer ta' frekwenza għolja u pont sħiħ tan-naħa sekondarja. Jopera f'mijiet ta' kilohertz b'kapaċità ta' enerġija bidirezzjonali nattiva.

Inverżjoni tal-pont sħiħ tan-naħa primarja: Jiġbdu l-enerġija mid-DC-link intermedju tal-H-bridge preċedenti, SiC jaqleb il-vultaġġ DC f'mewġ kwadru AC ta' frekwenza għolja li l-amplitudni tagħhom hija ugwali għall-vultaġġ DC-link, li jalimenta l-koljatura primarja tat-transformer ta' frekwenza għolja. It-trasformaturi ma jistgħux iwettqu kurrent DC; Il-vultaġġ tal-mewġ kwadru alternanti biss jistabbilixxi kampi manjetiċi alternanti ġewwa l-qalba għat-trasferiment tal-enerġija. It-tħaddim bi frekwenza għolja jippermetti qlub tat-transformer iżgħar u jippermetti swiċċjar ta' vultaġġ żero (ZVS) biex jitnaqqas it-telf tal-iswiċċjar.

Transformer ta 'frekwenza għolja għal trasformazzjoni tal-vultaġġ u iżolament galvaniku: Mitmugħ minn mewġ kwadru ta' frekwenza għolja, it-transformer jibdel l-amplitudni tal-vultaġġ skont il-proporzjon tat-tidwir tal-istralċ tiegħu u jipprovdi iżolament galvaniku sħiħ bejn dominji primarji ta 'vultaġġ għoli u sekondarji ta' vultaġġ baxx.Il-proporzjon tal-konverżjoni tal-vultaġġ huwa ddeterminat mill-proporzjon tad-dawriet tat-transformer aktar milli mill-kontroll tal-bidla tal-fażi. L-inductance tat-tnixxija intrinsika tat-transformer hija utilizzata bħala l-induttur tat-trasferiment tal-enerġija tas-serje għad-DAB.

Rettifika attiva tal-pont sħiħ fuq in-naħa sekondarja: Il-pont sħiħ tan-naħa sekondarja jipproċessa vultaġġ ta' mewġ kwadru ta' frekwenza għolja mogħtija mit-transformer. B'differenza mir-rettifika tad-dijodu passiva, il-pont sħiħ attiv jikkontrolla b'mod preċiż il-ħinijiet tal-iswiċċjar tas-SiC. Kemm jekk il-mewġ kwadrat ikun f'nofs ċiklu pożittiv jew negattiv, l-enerġija AC alternanti tiġi kkonvertita f'kurrent tal-iċċarġjar għal capacitors tal-ħruġ. Il-kondensaturi tal-ħruġ jiffiltraw ir-ripples ta’ frekwenza għolja u jipproduċu output DC lixx ta’ vultaġġ baxx.

Għal fluss ta 'enerġija inversa, il-pont sħiħ tan-naħa sekondarja jaġixxi bħala inverter, u jqatta' DC ta 'vultaġġ baxx lura f'mewġ kwadru ta' frekwenza għolja mibgħut lis-sekondarju tat-transformer. L-enerġija hija msaħħa mit-transformer, imbagħad rikostruwit f'vultaġġ DC intermedju mill-full-bridge tan-naħa primarja.

Id-DAB jadotta kontroll ta' bidla ta' fażi waħda (SPS). Kemm il-pontijiet sħaħ tan-naħa primarja kif ukoll dik sekondarja jiġġeneraw forom ta' mewġ kwadru ta' proporzjon ta' dazju ta' 50 %. Il-kontrollur jaġġusta d-differenza tal-angolu tal-fażi bejn iż-żewġ settijiet ta’ forom tal-mewġ. Il-kobor tal-bidla tal-fażi tikkontrolla l-kobor tal-qawwa trażmessa, u l-polarità tal-bidla tal-fażi tiddetermina d-direzzjoni tal-fluss tal-enerġija.Il-bidla fil-fażi tirregola biss l-enerġija, ma tistax tikseb aġġustament tal-vultaġġ tal-ħruġ fi stat fiss fuq firxa wiesgħa. L-isfurzar tal-vultaġġ tal-ħruġ 'il bogħod mill-punt operattiv nominali imqabbel bil-proporzjon tad-dawriet se jitlef il-kundizzjonijiet ZVS, jintroduċi kurrent ċirkolari tqil u jikkawża sħana żejda severa tal-apparat. Biex tinbidel il-vultaġġ nominali tal-ħruġ, il-proporzjon tad-dawriet tat-transformer ta 'frekwenza għolja għandu jiġi ddisinjat mill-ġdid.

DAB

Skala tas-Sistema u Limitazzjonijiet tal-Inġinerija

F'applikazzjonijiet ta 'enerġija għolja ta' vultaġġ medju, l-iskala tal-vultaġġ u l-qawwa huma realizzati minn sub-moduli multipli b'inputs AC konnessi f'serje u outputs DC konnessi b'mod parallel. Il-vultaġġ komuni tal-linja ta' vultaġġ baxx tas-sub-moduli paralleli huwa msakkar bil-proporzjon tad-dawriet tat-transformer DAB. Meta l-vultaġġ tal-output fil-mira jiddevja mill-vultaġġ intrinsiku tal-ħruġ DAB, jeżistu żewġ soluzzjonijiet prattiċi:

Żomm il-ħardwer oriġinali u żid konvertitur DC-DC mhux iżolat żejjed għal tnaqqis ta' wara r-regolamentazzjoni;

Iddisinja mill-ġdid it-transformer ta 'frekwenza għolja, ivverifika mill-ġdid l-istress tal-komponenti u l-algoritmi ta' kontroll mill-ġdid għal modifika DAB profonda.

Għaliex SST Jikseb Daqs Kompatt

It-trasformaturi tad-distribuzzjoni konvenzjonali jaħdmu bi frekwenza tal-linja ta' 50 Hz u jeħtieġu żona ta' sezzjoni trasversali kbira tal-qalba manjetika biex iwasslu qawwa nominali. Skont il-prinċipji elettromanjetiċi:għal klassifikazzjoni tal-qawwa partikolari, frekwenza operattiva ogħla tnaqqas il-volum u l-piż tal-qalba meħtieġa.

Minflok ma tmexxi t-transformer tal-iżolament direttament b'vultaġġ tal-mejn ta' 50 Hz, l-elettronika tal-enerġija SST tikkonverti l-qawwa tal-frekwenza tal-grilja f'vultaġġ ta' mewġ kwadru ta' frekwenza għolja ta 'mijiet ta' kHz li jalimenta t-transformer tal-iżolament ta' frekwenza għolja. Meta mqabbla mal-frekwenza tal-linja, il-frekwenza operattiva tiżdied b'eluf ta 'drabi, għalhekk il-volum u l-piż tal-komponenti manjetiċi ta' frekwenza għolja jistgħu jitnaqqsu b'aktar minn għaxar darbiet.

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

k - Proporzjon tal-massimu ta'-ħin għall-perjodu ta' bidla, tipikament k=0.4;

U - Vultaġġ tad-dħul tal-istralċ primarju (V), bejn wieħed u ieħor ugwali għall-vultaġġ tad-dħul DC;

f - Frekwenza operattiva tat-transformer (kHz);

Ae - Erja tas-sezzjoni trasversali effettiva-tal-qalba manjetika (cm²);

Bmax - It-tbandil massimu permissibbli tad-densità tal-fluss manjetiku (G).

Żvantaġġi Inerenti

Apparati semikondutturi ta 'kwantità kbira jġibu kumplessità għolja tal-ħardwer u spiża ogħla meta mqabbla ma' transformers konvenzjonali. L-iswiċċjar bi frekwenza għolja jipproduċi interferenza elettromanjetika (EMI), li timponi rekwiżiti stretti fuq it-tqassim tal-PCB, id-disinn tal-komponenti manjetiċi u l-ġestjoni termali. Għalhekk l-SST mhux se jissostitwixxi bis-sħiħ it-trasformaturi tal-frekwenza tal-linja, u huwa prinċipalment applikat f'xenarji ta' sistema ta' enerġija ġdida li jitolbu footprint kompatti, fluss ta' enerġija bidirezzjonali, interfaces DC u kontroll attiv tal-kwalità tal-enerġija.