چگونه دیودها می توانند از آسیب رساندن به کنترلرها از جریان برگشت نیروی باد جلوگیری کنند؟

1، مدار یکسو کننده غیرقابل کنترل: یک مانع طبیعی که منبع تغذیه معکوس باتری ها را مسدود می کند.
در سیستم های برق بادی، مدار یکسو کننده کنترل نشده یک پیوند کلیدی است که ژنراتور و باتری را به هم متصل می کند. عملکرد اصلی آن تبدیل توان خروجی AC توسط ژنراتور به برق DC است، در حالی که از رسانایی یک طرفه دیودها برای جلوگیری از تامین انرژی باتری به طور معکوس به ژنراتور در هنگام سرعت باد کم یا حالت های خاموشی استفاده می کند. به عنوان مثال، در مدار یکسوسازی کنترل نشده دیود سه فاز، شش دیود ساختار پل را تشکیل می دهند. هنگامی که ولتاژ خروجی ژنراتور کمتر از ولتاژ باتری است، دیودها به طور خودکار قطع می شوند و مسیر جریان معکوس را مسدود می کنند.

مزایای فنی:

ساختار ساده و قابل اعتماد: برای دستیابی به عملکرد دوگانه یکسوسازی و ضد جریان برگشتی، بدون نیاز به مدارهای کنترلی اضافی، تنها به دیودها نیاز است که در نتیجه میزان خرابی کم است.
مصرف کم انرژی: افت ولتاژ هدایت دیودها معمولاً 0.3-0.7 ولت است و در سناریوهای ولتاژ بالا و جریان بالا، افت توان به طور قابل توجهی کمتر از قطعات فعال مانند IGBT است.
سرعت پاسخ سریع: زمان تعویض دیود در محدوده نانو ثانیه است که می تواند فوراً به تغییرات ولتاژ پاسخ دهد و از افزایش جریان معکوس جلوگیری کند.
پرونده مهندسی:
یک مزرعه بادی فراساحلی از شیر یکسوکننده دیودی برای جایگزینی شیر یکسوکننده چند سطحی مدولار سنتی (MMC) استفاده می‌کند. با همین ظرفیت انتقال، ایستگاه مبدل 80 درصد حجم، وزن 65 درصد و زمان نصب را 20 درصد کاهش داده است. دلیل اصلی این است که شیر یکسو کننده دیود به الگوریتم های کنترل پیچیده نیاز ندارد و افت هدایت دیود بیش از 20٪ کمتر از IGBT است که به طور قابل توجهی پایداری و اقتصاد سیستم را بهبود می بخشد.

2، حفاظت ضد قطبیت معکوس: برای جلوگیری از خطاهای فاجعه بار ناشی از قطبیت معکوس منبع تغذیه
کنترل کننده برق باد باید با چندین ورودی برق (مانند برق اصلی، دیزل ژنراتور و باتری) سازگار باشد. اگر کاربر به طور تصادفی قطبیت منبع تغذیه را معکوس کند، ممکن است باعث سوختن خازن‌های داخلی، ماسفت‌ها و سایر اجزای کنترل‌کننده شود. با اتصال دیودها به صورت سری در ورودی برق، یک مدار حفاظت معکوس کم هزینه{2} و بسیار قابل اعتماد می توان ساخت.

نکات طراحی:

بهینه سازی افت ولتاژ هدایت به جلو: دیودهای شاتکی (مانند MBR1045CT) تنها 0.3 ولت افت ولتاژ رو به جلو دارند و در کنترل کننده های سطح 5 کیلو وات، افت هدایت کمتر از 0.6 درصد است، بسیار کمتر از دیودهای سیلیکونی سنتی (0.7 ولت).
کنترل جریان نشتی معکوس: آی سی های دیود ایده آل (مانند LTC4412) می توانند جریان نشتی معکوس را تا کمتر از 1 μ A سرکوب کنند و از کاهش ظرفیت باتری به دلیل جریان نشتی در حالت آماده به کار جلوگیری کنند.
سرکوب جریان افزایشی: با اتصال ترمیستورهای NTC به صورت موازی با دیودها، می توان جریان موج را در لحظه روشن شدن محدود کرد و از خازن پایین دست محافظت کرد.
تجزیه و تحلیل حالت شکست:
در یک مورد تعمیر و نگهداری کنترل کننده برق باد، به دلیل عدم حفاظت معکوس، کاربر به اشتباه منبع تغذیه را وصل کرده و در نتیجه خازن ورودی منفجر می شود. طرح بهبود بعدی یک مدار ترکیبی از "دیود شاتکی + فیوز خود بازیابی" را اتخاذ می کند، که در صورت معکوس کردن، دیود را قطع می کند و فیوز را ذوب می کند و به طور کامل خطا را جدا می کند.

3، کنترل مسیر بازیابی انرژی: یک پیوند کلیدی در جلوگیری از اضافه بار مقاومت های ترمز
در سیستم های قدرت بادی، زمانی که سرعت باد از مقدار نامی بیشتر می شود، انرژی اضافی باید از طریق کنترل گام یا مقاومت های ترمز مصرف شود. اگر مدار مقاومت ترمز به درستی طراحی نشده باشد، ممکن است جریان معکوس از طریق دیود بدنه IGBT به کنترلر وارد شود و باعث گرم شدن بیش از حد قطعه شود. دیود می تواند یک مسیر بازیابی انرژی مستقل ایجاد کند و اطمینان حاصل کند که جریان ترمز فقط از طریق مقاومت آزاد می شود.

کاربردهای معمولی:

دیود چرخ آزاد مدار باک: در مدارهای باک DC/DC، دیودهای چرخ آزاد (مانند 1N5819WS) مسیر آزادسازی را برای ذخیره انرژی القایی فراهم می‌کنند و از تولید نیروی الکتروموتور برگشتی با ولتاژ بالا در هنگام خاموش شدن IGBT جلوگیری می‌کنند.
دیود ضد جریان برگشتی مدار تقویت کننده: در مدار تقویت کننده، یک دیود (مانند MBR20100CT) از برگشت ولتاژ خروجی به ترمینال ورودی جلوگیری می کند و از اجزای جانبی ولتاژ پایین- محافظت می کند.
پشتیبانی از داده ها:
داده های آزمایشی مبدل قدرت باد نشان می دهد که پس از جایگزینی دیودهای یکسو کننده معمولی با دیودهای شاتکی، افزایش دمای مقاومت ترمز از 120 درجه به 85 درجه کاهش یافته و راندمان سیستم 3.2٪ افزایش یافته است.

4، دیود بستن در توپولوژی چند سطحی: یک جزء اصلی برای بهبود قابلیت اطمینان اینورتر
در توپولوژی پل H{0}}پنج سطحی گیره دار، دیود گیره می تواند ولتاژ هر بازوی پل را متعادل کند و از خرابی قطعات ناشی از ولتاژ ناهموار جلوگیری کند. به عنوان مثال، در یک سیستم برق بادی درایو مستقیم آهنربای دائمی، این توپولوژی از طریق یک یکسو کننده 12 پالس و یک اینورتر پنج سطحی به شبکه مستقیم ولتاژ متوسط ​​متصل می شود. دیود گیره تنش ولتاژ دستگاه های سوئیچینگ را به نصف ولتاژ باس DC کاهش می دهد و به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشد.

پیشرفت تکنولوژیک:
زیمنس یک توپولوژی گیره دار دیودی را برای ایستگاه های مبدل نیروی بادی دریایی، دستیابی به خروجی 9 سطح، سه برابر کردن فرکانس سوئیچینگ معادل، کاهش اعوجاج هارمونیک به زیر 1.5 درصد و کاهش حجم فیلتر تا 40 درصد اتخاذ می کند.

5، فناوری پیشرفته: دیود باندگپ گسترده ارتقاء سیستم برق باد را هدایت می کند
با بلوغ دیودهای کاربید سیلیکون (SiC)، بازیابی بار معکوس صفر آنها (Qrr ≈ 0) و ویژگی های مقاومت در برابر دمای بالا (200 درجه) جایگزینی دیودهای مبتنی بر سیلیکون- در میدان انرژی باد را تسریع می کنند. به عنوان مثال، دیود شاتکی SiC C3D10060A Cree در مقایسه با دیودهای سیلیکونی تحت شرایط 100A/600 ولت، 75 درصد از دست دادن هدایت را کاهش می‌دهد و تلفات بازیابی معکوس به صفر نزدیک می‌شود.

سناریوی کاربردی:

مبدل DC/DC فرکانس بالا: دیودهای SiC می توانند فرکانس سوئیچینگ را به بیش از 200 کیلوهرتز افزایش دهند و به طور قابل توجهی اندازه سلف ها و خازن ها را کاهش دهند.
مبدل فرکانس ولتاژ متوسط: در مبدل های برق بادی 10 کیلوولت، دیودهای SiC می توانند تعداد آبشارها را کاهش داده و پیچیدگی سیستم را کاهش دهند.