Dağıtılmış rüzgar enerjisi tedarik sistemlerinde diyotların rolü nedir?
Mesaj bırakın
1, Düzeltme devresi: AC'den DC'ye verimli dönüşüm elde etmek
Dağıtılmış bir rüzgar enerjisi besleme sisteminin temel işlevlerinden biri, rüzgar türbinleri tarafından üretilen AC güç çıkışını, bataryalarda depolamak veya DC yüklerin doğrudan çalıştırılması için DC gücüne dönüştürmektir. Diyot bu süreçte kontrol edilemeyen bir doğrultucu köprü oluşturur, tek yönlü iletkenlik yoluyla AC gücünün "tam dalga doğrultulmasını" sağlar, pozitif ve negatif yarım döngülü AC sinyallerini tek yönlü titreşimli DC gücüne dönüştürür.
Teknik avantajlar:
Basit ve güvenilir yapı: Üç-fazlı diyotlu kontrolsüz doğrultucu köprüsü, karmaşık kontrol devrelerine ihtiyaç duymadan yalnızca 6 diyot gerektirir ve düşük arıza oranına sahiptir. Örneğin, Fuji'nin MUR60120 diyotu (dayanım voltajı 1200V, nominal akım 60A), 10kW seviyeli sistemlerde yalnızca 0,7V'lik iletim voltajı düşüşü ve %98,5'lik bir düzeltme verimliliği ile küçük ve orta-boyutlu rüzgar türbinlerinde yaygın olarak kullanılır.
Önemli maliyet-etkinliği: IGBT veya MOSFET'ten oluşan kontrol edilebilir doğrultucu devrelerle karşılaştırıldığında, diyot doğrultucu köprüsünün maliyeti %60'tan fazla azalır ve sürüş devresi ve ısı dağıtma tasarımına gerek kalmaz, bu da sistemin ilk yatırımını önemli ölçüde azaltır.
Zorlu ortamlara uyum sağlayın: Diyot, -40 derece ila 150 derece sıcaklık aralığında stabil bir şekilde çalışabilir, rüzgar enerjisi üretim senaryolarında yüksek sıcaklıklara, toza ve titreşime dayanabilir ve 20 yıldan fazla bir ömre sahip olabilir.
Mühendislik durumu:
Bir açık deniz rüzgar çiftliği, geleneksel modüler çok-seviyeli doğrultucu valfin (MMC) yerine diyot doğrultucu valf kullanır. Aynı iletim kapasitesi altında, dönüştürücü istasyonunun hacmi %80, ağırlığı %65 ve kurulum süresi %20 oranında azaltılmıştır. Temel neden, diyot doğrultucu valfinin her bir alt modülü bağımsız olarak kontrol etmesine gerek olmaması, arıza olasılığını %90 oranında azaltması ve MMC'ye kıyasla iletim kaybını %20 oranında azaltarak sistem verimliliğinde %3,2'lik bir artışa yol açmasıdır.
2, Anti ters bağlantı koruması: sistem güvenliği için ilk savunma hattını oluşturmak
Dağıtılmış rüzgar enerjisi besleme sisteminin şarj arayüzünün birden fazla güç girişi (şebeke gücü, dizel jeneratörler ve piller gibi) ile uyumlu olması gerekir. Kullanıcı yanlışlıkla güç kaynağının polaritesini tersine çevirirse, bu durum dahili kapasitörlerin, MOSFET'lerin ve denetleyicinin diğer bileşenlerinin yanmasına neden olabilir. Güç girişine diyotları seri olarak bağlayarak, düşük-maliyetli ve son derece güvenilir bir ters ters koruma devresi oluşturulabilir.
Tasarım noktaları:
İleri iletim voltaj düşüşünün optimizasyonu: Schottky diyotlar (MBR1045CT gibi) yalnızca 0,3V'luk bir ileri voltaj düşüşüne sahiptir ve 5kW seviye kontrolörlerinde iletim kaybı, geleneksel silikon diyotlardan (0,7V) çok daha düşük olan %0,6'dan daha azdır.
Ters kaçak akım kontrolü: İdeal diyot IC'ler (LTC4412 gibi), ters kaçak akımı 1 μ A'nın altına bastırabilir ve bekleme modunda kaçak akım nedeniyle pilin kapasitesinin düşmesini önleyebilir.
Aşırı akım bastırma: NTC termistörlerini diyotlara paralel bağlayarak, güç verildiği anda aşırı akım sınırlanabilir ve böylece aşağı yöndeki kapasitör korunur. Örneğin, belirli bir yığılmış enerji depolama sistemi markası "Schottky diyot+NTC termistörü" bileşik şemasını benimser. Ters bağlantı testinde ters akım 10mA ile sınırlandırılır ve sistem zarar görmez.
Arıza Modu Analizi:
Bir rüzgar enerjisi kontrol cihazının bakım durumunda, ters korumanın olmaması nedeniyle kullanıcı yanlışlıkla güç kaynağını bağladı ve bu da giriş kapasitörünün patlamasına neden oldu. Takip iyileştirme planı, diyotu kesen ve ters çevrildiğinde sigortayı eriten, arızayı tamamen izole eden ve bakım maliyetlerini %80 oranında azaltan "Schottky diyot+kendi kendini toparlayan sigorta"dan oluşan bir bileşik devreyi- benimser.
3, Enerji Geri Kazanım Yolu Kontrolü: Frenleme Dirençlerinin Güç Yönetiminin Optimize Edilmesi
Rüzgar hızı nominal değeri aştığında rüzgar türbininin eğim kontrolü veya frenleme dirençleri yoluyla fazla enerji tüketmesi gerekir. Fren direnci devresi düzgün tasarlanmazsa, IGBT gövde diyotu üzerinden kontrol ünitesine ters akım akarak bileşenin aşırı ısınmasına neden olabilir. Diyot, frenleme akımının yalnızca direnç üzerinden salınmasını sağlayarak bağımsız bir enerji geri kazanım yolu oluşturabilir.
Tipik uygulamalar:
Buck devresi serbest dönen diyot: DC/DC Buck devrelerinde, serbest dönen diyotlar (1N5819WS gibi), IGBT kapatıldığında yüksek-gerilim elektromotor kuvvetinin oluşmasını önleyerek endüktif enerji depolama için bir serbest bırakma yolu sağlar. Gerçek test verilerine göre, bu şemayı kullanan fren direncinin sıcaklık artışı 120 dereceden 85 dereceye düştü ve sistem verimliliği %3,2 arttı.
Takviye devresi anti geri akış diyotu: Takviye devresinde bir diyot (MBR20100CT gibi) çıkış voltajının giriş terminaline geri akışını önleyerek düşük- voltaj tarafı bileşenlerini korur. Örneğin, belirli bir marka 5kW rüzgar enerjisi invertörünün bu şemayı benimsemesinden sonra, frenleme direncinin hizmet ömrü üç kat uzatılır ve bakım döngüsü 6 aydan 18 aya uzatılır.
4, Yeni malzeme uygulaması: Silisyum karbür diyot tahrik sistemi yükseltmesi
Silisyum karbür (SiC) diyotların olgunlaşmasıyla birlikte sıfır ters yük geri kazanımı (Qrr ≈ 0) ve yüksek sıcaklık direnci (200 derece) özellikleri, dağıtılmış rüzgar enerjisi kaynağı alanında silikon- bazlı diyotların yerini almayı hızlandırıyor. Örneğin Cree'nin C3D10060A SiC Schottky diyotu, 100A/600V koşulları altında silikon diyotlarla karşılaştırıldığında iletim kaybını %75 azaltır ve ters geri kazanım kaybı sıfıra yaklaşır.
Uygulama Senaryosu:
Yüksek frekanslı DC/DC dönüştürücü: SiC diyotlar, anahtarlama frekansını 200 kHz'in üzerine çıkararak indüktörlerin ve kapasitörlerin boyutunu önemli ölçüde azaltabilir. Belirli bir markanın 10kW rüzgar invertörüne SiC diyotlar uygulandıktan sonra hacim %40 azaltıldı, ağırlık %30 azaltıldı ve güç yoğunluğu 5kW/kg'a çıkarıldı.
Orta gerilim frekans dönüştürücü: 10kV rüzgar enerjisi dönüştürücülerinde SiC diyotlar, kademe sayısını azaltabilir ve sistem karmaşıklığını azaltabilir. Siemens, 9 seviyeli çıkış elde etmek, eşdeğer anahtarlama frekansını üç katına çıkarmak, harmonik distorsiyonu %1,5'in altına düşürmek ve filtre hacmini %40 oranında azaltmak için SiC diyotlu beş seviyeli basamaklı bir H-köprü topolojisi kullanıyor.
