Која је улога диода у дистрибуираним системима напајања ветром?

1, коло за исправљање: постизање ефикасне конверзије из АЦ у ДЦ
Једна од основних функција дистрибуираног система за напајање ветром је да конвертује излазну снагу наизменичне струје ветротурбина у једносмерну енергију за складиштење у батеријама или директан погон једносмерних оптерећења. Диода формира неконтролисани исправљачки мост у овом процесу, постижући "исправљање пуног таласа" наизменичне струје кроз једносмерну проводљивост, претварајући позитивне и негативне полуцикличне сигнале наизменичне струје у једносмерну пулсирајућу једносмерну снагу.

Техничке предности:

Једноставна и поуздана структура: Неконтролисани исправљачки мост са три-фазне диоде захтева само 6 диода, без потребе за сложеним управљачким колима и има ниску стопу кварова. На пример, Фуји МУР60120 диода (издржи напон 1200В, називна струја 60А) се широко користи у малим и средњим-турбинама на ветар, са падом напона проводљивости од само 0,7В и ефикасношћу исправљања од 98,5% у системима нивоа од 10кВ.
Значајна исплативост{0}}: У поређењу са исправљачким круговима који се могу контролисати састављеним од ИГБТ или МОСФЕТ-а, цена диодног исправљачког моста је смањена за више од 60%, а нема потребе за дизајном погонског кола и расипање топлоте, што значајно смањује почетно улагање у систем.
Прилагођавање тешким окружењима: Диода може стабилно да ради у температурном опсегу од -40 степени до 150 степени, издржи високе температуре, прашину и вибрације у сценаријима производње енергије ветра и има животни век од преко 20 година.
Инжењерски случај:
Ветроелектрана на мору користи диодни исправљачки вентил да замени традиционални модуларни више{0}}исправљачки вентил (ММЦ). Под истим капацитетом преноса, конверторска станица је смањила запремину за 80%, тежину за 65%, а време уградње за 20%. Основни разлог је тај што диодни исправљачки вентил не мора независно да контролише сваки подмодул, смањујући вероватноћу квара за 90% и смањујући губитак проводљивости за 20% у поређењу са ММЦ, што резултира повећањем ефикасности система за 3,2%.

2, заштита од обрнутог повезивања: изградња прве линије одбране за сигурност система
Интерфејс за пуњење дистрибуираног система за напајање ветром треба да буде компатибилан са вишеструким улазима енергије (као што су напајање из мреже, дизел генератори и батерије). Ако корисник случајно промени поларитет напајања, може доћи до прегоревања унутрашњих кондензатора, МОСФЕТ-а и других компоненти контролера. Серијским повезивањем диода на улазу за напајање, може се конструисати јефтино-и високо поуздано коло за заштиту од обрнутог кретања.

Тачке дизајна:

Оптимизација пада напона провођења унапред: Шоткијеве диоде (као што је МБР1045ЦТ) имају пад напона унапред од само 0,3В, а у регулаторима нивоа од 5кВ губитак проводљивости износи мање од 0,6%, што је много мање од традиционалних силицијумских диода (0,7В).
Контрола обрнуте струје цурења: Идеалне диодне ИЦ-ове (као што је ЛТЦ4412) могу да потисну обрнуту струју цурења на испод 1 μ А, избегавајући деградацију капацитета батерије услед струје цурења у режиму мировања.
Супресија пренапонске струје: Повезивањем НТЦ термистора паралелно са диодама, струја пренапона у тренутку укључивања може бити ограничена, штитећи кондензатор низводно. На пример, одређени бренд наслаганог система за складиштење енергије усваја композитну шему „Шоткијева диода+НТЦ термистор“. У тесту обрнутог повезивања, обрнута струја је ограничена на 10мА и систем није оштећен.
Анализа режима квара:
У случају одржавања регулатора снаге ветра, због недостатка анти-реверзне заштите, корисник је грешком прикључио напајање, што је резултирало експлозијом улазног кондензатора. Наредни-план побољшања усваја композитно коло „Шоткијева диода+опорављајући осигурач“, које прекида диоду и топи осигурач када се окрене уназад, потпуно изолујући квар и смањујући трошкове одржавања за 80%.

3, Контрола путање повратка енергије: Оптимизација управљања снагом кочионих отпорника
Када брзина ветра премаши номиналну вредност, ветротурбина треба да троши вишак енергије преко контролног тона или кочионих отпорника. Ако коло кочионог отпорника није правилно пројектовано, обрнута струја може тећи у контролер кроз ИГБТ диоду тела, узрокујући прегревање компоненте. Диода може да конструише независну путању за опоравак енергије, обезбеђујући да се струја кочења ослобађа само кроз отпорник.

Типичне примене:

Диода за слободно кретање кола: У ДЦ/ДЦ струјним колима, слободне диоде (као што је 1Н5819ВС) обезбеђују пут ослобађања за индуктивно складиштење енергије, избегавајући стварање повратне електромоторне силе високог{2}}напона када је ИГБТ искључен. Према стварним подацима теста, пораст температуре кочионог отпорника коришћењем ове шеме је смањен са 120 степени на 85 степени, а ефикасност система је повећана за 3,2%.
Диода против повратног тока кола за појачање: У кругу за појачавање, диода (као што је МБР20100ЦТ) спречава повратни проток излазног напона ка улазном терминалу, штитећи компоненте ниског напона{1}}. На пример, након што одређени бренд инвертера снаге 5кВ усвоји ову шему, радни век кочионог отпорника се продужава за три пута, а циклус одржавања се продужава са 6 месеци на 18 месеци.
4, Нова примена материјала: Силицијум карбидна диода покреће систем за надоградњу
Са зрелошћу силицијум карбидних (СиЦ) диода, њихов поврат нулте обрнутог наелектрисања (Крр ≈ 0) и карактеристике отпорности на високе температуре (200 степени) убрзавају замену силицијумских-диода у области дистрибуираног напајања ветром. На пример, Црее-ова Ц3Д10060А СиЦ Шотки диода смањује губитак проводљивости за 75% у поређењу са силицијумским диодама под условима од 100А/600В, при чему се губитак повратног повратка приближава нули.

Сценарио апликације:

Високофреквентни ДЦ/ДЦ претварач: СиЦ диоде могу повећати фреквенцију пребацивања на преко 200 кХз, значајно смањујући величину индуктора и кондензатора. Након усвајања СиЦ диода у ветроинвертер од 10кВ одређене марке, запремина се смањује за 40%, тежина се смањује за 30%, а густина снаге се повећава на 5кВ/кг.
Претварач фреквенције средњег напона: У претварачима енергије ветра од 10 кВ, СиЦ диоде могу смањити број каскада и смањити сложеност система. Сиеменс користи топологију Х-моста са пет нивоа каскаде са СиЦ диодама да би постигао излаз од 9 нивоа, утростручио еквивалентну фреквенцију пребацивања, смањио хармонијско изобличење на испод 1,5% и смањио запремину филтера за 40%.