كيف يمكن للثنائيات منع التدفق العكسي لطاقة الرياح من إتلاف وحدات التحكم؟

1، دائرة مقوم لا يمكن السيطرة عليها: حاجز طبيعي يمنع مصدر الطاقة العكسي من البطاريات
في أنظمة طاقة الرياح، تعد دائرة المقوم غير المنضبط بمثابة رابط رئيسي يربط بين المولد والبطارية. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تحويل خرج طاقة التيار المتردد بواسطة المولد إلى طاقة تيار مستمر، مع استخدام التوصيل أحادي الاتجاه للثنائيات لمنع البطارية من إمداد المولد بالطاقة في الاتجاه المعاكس أثناء سرعات الرياح المنخفضة أو حالات إيقاف التشغيل. على سبيل المثال، في دائرة تصحيح غير قابلة للتحكم ذات ثلاث -ثنائية الطور، تشكل ستة صمامات ثنائية بنية الجسر. عندما يكون جهد خرج المولد أقل من جهد البطارية، يتم قطع الثنائيات تلقائيًا، مما يمنع مسار التيار العكسي.

المزايا التقنية:

هيكل بسيط وموثوق: هناك حاجة إلى الثنائيات فقط لتحقيق الوظائف المزدوجة للتصحيح ومكافحة التدفق العكسي، دون الحاجة إلى دوائر تحكم إضافية، مما يؤدي إلى انخفاض معدل الفشل.
استهلاك منخفض للطاقة: عادة ما يكون انخفاض جهد التوصيل في الثنائيات 0.3-0.7 فولت، وفي سيناريوهات الجهد العالي والتيار العالي، يكون فقدان الطاقة أقل بكثير من فقدان المكونات النشطة مثل IGBTs.
سرعة الاستجابة السريعة: يقع وقت تبديل الصمام الثنائي في نطاق النانو ثانية، والذي يمكن أن يستجيب على الفور لتغيرات الجهد الكهربائي ويتجنب ارتفاع التيار العكسي.
الحالة الهندسية:
تستخدم مزرعة الرياح البحرية صمام مقوم الصمام الثنائي ليحل محل صمام المقوم المعياري متعدد المستويات (MMC) التقليدي. تحت نفس سعة النقل، خفضت محطة التحويل الحجم بنسبة 80%، والوزن بنسبة 65%، ووقت التركيب بنسبة 20%. السبب الأساسي هو أن صمام مقوم الصمام الثنائي لا يتطلب خوارزميات تحكم معقدة، كما أن فقدان توصيل الصمام الثنائي أقل بنسبة 20% من IGBT، مما يحسن استقرار النظام والاقتصاد بشكل كبير.

2 ، حماية ضد القطبية العكسية: لتجنب الأعطال الكارثية الناجمة عن القطبية العكسية لإمدادات الطاقة
يجب أن تكون وحدة التحكم في طاقة الرياح متوافقة مع مدخلات الطاقة المتعددة (مثل الطاقة الرئيسية ومولدات الديزل والبطاريات). إذا قام المستخدم عن طريق الخطأ بعكس قطبية مصدر الطاقة، فقد يتسبب ذلك في احتراق المكثفات الداخلية ووحدات MOSFET والمكونات الأخرى لوحدة التحكم. من خلال توصيل الثنائيات على التوالي عند مدخل الطاقة، يمكن إنشاء دائرة حماية مضادة للانعكاس منخفضة التكلفة وموثوقة للغاية.

نقاط التصميم:

تحسين انخفاض جهد التوصيل الأمامي: تحتوي صمامات شوتكي الثنائية (مثل MBR1045CT) على انخفاض جهد أمامي يبلغ 0.3 فولت فقط، وفي وحدات التحكم بمستوى 5 كيلو وات، يمثل فقدان التوصيل أقل من 0.6%، وهو أقل بكثير من صمامات السيليكون التقليدية (0.7 فولت).
التحكم في تيار التسرب العكسي: يمكن للدوائر المرحلية ذات الصمام الثنائي المثالي (مثل LTC4412) منع تيار التسرب العكسي إلى أقل من 1 ميكرو أمبير، مما يتجنب تدهور قدرة البطارية بسبب تسرب التيار في وضع الاستعداد.
قمع تيار التيار: من خلال توصيل الثرمستورات NTC بالتوازي مع الثنائيات، يمكن أن يكون تيار التيار في لحظة تشغيل الطاقة محدودًا، مما يحمي مكثف التيار.
تحليل وضع الفشل:
في حالة صيانة وحدة تحكم طاقة الرياح، بسبب عدم وجود حماية ضد العكس، قام المستخدم بتوصيل مصدر الطاقة عن طريق الخطأ، مما أدى إلى انفجار مكثف الإدخال. تتبنى خطة التحسين اللاحقة دائرة مركبة من "صمام شوتكي الثنائي + فتيل الاسترداد الذاتي"، الذي يقطع الصمام الثنائي عند عكسه ويذيب المصهر، مما يعزل الخطأ تمامًا.

3، التحكم في مسار استعادة الطاقة: رابط رئيسي في منع الحمل الزائد لمقاومات الكبح
في أنظمة طاقة الرياح، عندما تتجاوز سرعة الرياح القيمة المقدرة، يجب استهلاك الطاقة الزائدة من خلال التحكم في درجة الحرارة أو مقاومات الكبح. إذا لم يتم تصميم دائرة مقاومة الفرامل بشكل صحيح، فقد يتدفق التيار العكسي إلى وحدة التحكم من خلال الصمام الثنائي لجسم IGBT، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة المكونات. يمكن للصمام الثنائي إنشاء مسار مستقل لاستعادة الطاقة، مما يضمن تحرير تيار الكبح فقط من خلال المقاوم.

التطبيقات النموذجية:

الصمام الثنائي الحر لدائرة التيار المستمر: في دوائر التيار المستمر/التيار المستمر، توفر الثنائيات الحرة (مثل 1N5819WS) مسار تحرير لتخزين الطاقة الحثية، مما يتجنب توليد قوة دافعة كهربية خلفية عالية الجهد- عند إيقاف تشغيل IGBT.
دائرة تعزيز الصمام الثنائي المضاد للتدفق العكسي: في دائرة التعزيز، يمنع الصمام الثنائي (مثل MBR20100CT) جهد الخرج من التدفق العكسي إلى طرف الإدخال، مما يحمي المكونات الجانبية ذات الجهد المنخفض-.
دعم البيانات:
تظهر بيانات اختبار محول طاقة الرياح أنه بعد استبدال صمامات المقوم العادية بثنائيات شوتكي، انخفض ارتفاع درجة حرارة مقاومة الكبح من 120 درجة إلى 85 درجة، وزادت كفاءة النظام بنسبة 3.2%.

4، لقط الصمام الثنائي في طوبولوجيا متعددة المستويات: مكون أساسي لتحسين موثوقية العاكس
في طوبولوجيا الجسر H المتتالية ذات الخمسة مستويات المثبتة بالصمام الثنائي، يمكن لصمام التثبيت الثنائي موازنة الجهد لكل ذراع جسر ومنع انهيار المكونات الناتج عن الجهد غير المتساوي. على سبيل المثال، في نظام طاقة الرياح ذو الدفع المباشر بالمغناطيس الدائم، تحقق هذه الهيكلية اتصالاً مباشرًا بالشبكة ذات الجهد المتوسط ​​من خلال مقوم ذو 12 نبضة وعاكس بخمسة مستويات. يعمل صمام التثبيت الثنائي على تقليل جهد الجهد لأجهزة التبديل إلى نصف جهد ناقل التيار المستمر، مما يؤدي إلى تحسين موثوقية النظام بشكل كبير.

التقدم التكنولوجي:
تتبنى شركة Siemens طوبولوجيا مثبتة بالصمام الثنائي لمحطات تحويل طاقة الرياح البحرية، مما يحقق خرجًا من 9 مستويات، ويضاعف تردد التحويل المكافئ ثلاث مرات، ويقلل التشوه التوافقي إلى أقل من 1.5%، ويقلل حجم المرشح بنسبة 40%.

5، أحدث التقنيات: يعمل الصمام الثنائي ذو فجوة الحزمة العريضة على ترقية نظام طاقة الرياح
مع نضج ثنائيات كربيد السيليكون (SiC)، فإن خصائص استرداد الشحنة العكسية الصفرية (Qrr ≈ 0) ومقاومة درجات الحرارة العالية (200 درجة ) تعمل على تسريع استبدال الثنائيات القائمة على السيليكون - في مجال طاقة الرياح. على سبيل المثال، يقلل الصمام الثنائي C3D10060A SiC Schottky من Cree من فقدان التوصيل بنسبة 75% مقارنة بثنائيات السيليكون تحت ظروف 100 أمبير/600 فولت، مع اقتراب فقدان الاسترداد العكسي من الصفر.

سيناريو التطبيق:

محول DC/DC عالي التردد: يمكن لثنائيات SiC زيادة تردد التحويل إلى أكثر من 200 كيلو هرتز، مما يقلل بشكل كبير من حجم المحاثات والمكثفات.
محول تردد الجهد المتوسط: في محولات طاقة الرياح 10 كيلو فولت، يمكن لثنائيات SiC تقليل عدد الشلالات وتقليل تعقيد النظام.