ไดโอดสามารถป้องกันการไหลย้อนกลับของพลังงานลมจากการสร้างความเสียหายให้กับคอนโทรลเลอร์ได้อย่างไร?

1, วงจรเรียงกระแสที่ไม่สามารถควบคุมได้: สิ่งกีดขวางตามธรรมชาติที่บล็อกแหล่งจ่ายไฟย้อนกลับจากแบตเตอรี่
ในระบบพลังงานลม วงจรเรียงกระแสที่ไม่สามารถควบคุมได้คือจุดเชื่อมต่อหลักที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแบตเตอรี่ หน้าที่หลักของมันคือการแปลงกำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่ส่งออกโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง ในขณะที่ใช้ไดโอดนำไฟฟ้าทิศทางเดียวเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่จ่ายพลังงานให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบย้อนกลับในระหว่างที่ความเร็วลมต่ำหรือในสถานะปิดเครื่อง ตัวอย่างเช่น ในวงจรเรียงกระแสที่ไม่มีการควบคุมของไดโอดสามเฟส- ไดโอดหกตัวจะสร้างโครงสร้างสะพาน เมื่อแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันแบตเตอรี่ ไดโอดจะตัดโดยอัตโนมัติ เพื่อปิดกั้นเส้นทางกระแสย้อนกลับ

ข้อดีทางเทคนิค:

โครงสร้างที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้: จำเป็นต้องใช้เพียงไดโอดเท่านั้นเพื่อให้บรรลุฟังก์ชันสองประการในการแก้ไขและป้องกันการไหลย้อนกลับ โดยไม่ต้องใช้วงจรควบคุมเพิ่มเติม ส่งผลให้อัตราความล้มเหลวต่ำ
การใช้พลังงานต่ำ: แรงดันไฟฟ้าการนำไฟฟ้าที่ลดลงของไดโอดมักจะอยู่ที่ 0.3-0.7V และในสถานการณ์ไฟฟ้าแรงสูงและกระแสไฟฟ้าสูง การสูญเสียพลังงานจะต่ำกว่าส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ เช่น IGBT อย่างมีนัยสำคัญ
ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว: เวลาในการเปลี่ยนไดโอดอยู่ในช่วงนาโนวินาที ซึ่งสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้ทันที และหลีกเลี่ยงกระแสไฟกระชากย้อนกลับ
กรณีวิศวกรรม:
ฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งใช้วาล์วเรียงกระแสแบบไดโอดเพื่อทดแทนวาล์วเรียงกระแส (MMC) แบบหลายโมดูลาร์แบบหลาย{0}} ภายใต้ความสามารถในการส่งสัญญาณเดียวกัน สถานีคอนเวอร์เตอร์ได้ลดปริมาณลง 80% น้ำหนักลดลง 65% และลดเวลาในการติดตั้งลง 20% เหตุผลหลักคือวาล์ววงจรเรียงกระแสไดโอดไม่ต้องการอัลกอริธึมการควบคุมที่ซับซ้อน และการสูญเสียการนำไฟฟ้าของไดโอดนั้นต่ำกว่า IGBT มากกว่า 20% ซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรของระบบและความประหยัดได้อย่างมาก

2, ป้องกันการป้องกันขั้วย้อนกลับ: เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดร้ายแรงที่เกิดจากขั้วย้อนกลับของแหล่งจ่ายไฟ
ตัวควบคุมพลังงานลมต้องเข้ากันได้กับอินพุตพลังงานหลายช่อง (เช่น ไฟหลัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล และแบตเตอรี่) หากผู้ใช้กลับขั้วของแหล่งจ่ายไฟโดยไม่ได้ตั้งใจ อาจทำให้ตัวเก็บประจุภายใน, MOSFET และส่วนประกอบอื่นๆ ของคอนโทรลเลอร์ไหม้ได้ ด้วยการเชื่อมต่อไดโอดแบบอนุกรมที่อินพุตกำลังไฟ จะสามารถสร้างวงจรป้องกันการย้อนกลับที่มีต้นทุนต่ำ-และมีความน่าเชื่อถือสูงได้

จุดออกแบบ:

การปรับปรุงประสิทธิภาพของการลดแรงดันไฟฟ้าการนำไปข้างหน้า: ไดโอด Schottky (เช่น MBR1045CT) มีแรงดันไฟฟ้าตกข้างหน้าเพียง 0.3V และในตัวควบคุมระดับ 5kW การสูญเสียการนำไฟฟ้าคิดเป็นน้อยกว่า 0.6% ซึ่งต่ำกว่าไดโอดซิลิคอนแบบเดิมมาก (0.7V)
การควบคุมกระแสไฟรั่วแบบย้อนกลับ: ไอซีไดโอดในอุดมคติ (เช่น LTC4412) สามารถระงับกระแสไฟรั่วแบบย้อนกลับให้ต่ำกว่า 1 μ A เพื่อหลีกเลี่ยงการลดประสิทธิภาพความจุของแบตเตอรี่เนื่องจากกระแสไฟรั่วในโหมดสแตนด์บาย
การปราบปรามกระแสไฟกระชาก: โดยการเชื่อมต่อเทอร์มิสเตอร์ NTC ขนานกับไดโอด กระแสไฟกระชากในขณะที่เปิดเครื่องสามารถถูกจำกัดได้ เพื่อปกป้องตัวเก็บประจุดาวน์สตรีม
การวิเคราะห์โหมดความล้มเหลว:
ในกรณีการบำรุงรักษาตัวควบคุมพลังงานลม เนื่องจากขาดการป้องกันย้อนกลับ ผู้ใช้จึงเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟผิดพลาด ส่งผลให้ตัวเก็บประจุอินพุตระเบิด แผนการปรับปรุงในภายหลังใช้วงจรคอมโพสิตของ "ไดโอด Schottky + ฟิวส์กู้คืนตัวเอง" ซึ่งจะตัดไดโอดเมื่อกลับด้านและละลายฟิวส์ เพื่อแยกความผิดปกติโดยสิ้นเชิง

3, การควบคุมเส้นทางการกู้คืนพลังงาน: ลิงค์สำคัญในการป้องกันการโอเวอร์โหลดของตัวต้านทานเบรก
ในระบบพลังงานลม เมื่อความเร็วลมเกินค่าที่กำหนด พลังงานส่วนเกินจะต้องถูกใช้ผ่านการควบคุมระดับเสียงหรือตัวต้านทานเบรก หากวงจรตัวต้านทานเบรกไม่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม กระแสย้อนกลับอาจไหลเข้าสู่ตัวควบคุมผ่านไดโอดตัว IGBT ส่งผลให้ส่วนประกอบมีความร้อนสูงเกินไป ไดโอดสามารถสร้างเส้นทางการกู้คืนพลังงานที่เป็นอิสระ เพื่อให้มั่นใจว่ากระแสเบรกจะถูกปล่อยผ่านตัวต้านทานเท่านั้น

การใช้งานทั่วไป:

ไดโอดแบบหมุนอิสระของวงจรบั๊ก: ในวงจรบั๊กแบบอิสระ DC/DC ไดโอดแบบหมุนอิสระ (เช่น 1N5819WS) ให้เส้นทางการปลดปล่อยสำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบเหนี่ยวนำ เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับแรงดันสูง-เมื่อปิด IGBT
ไดโอดป้องกันการไหลย้อนกลับของวงจรบูสต์: ในวงจรบูสต์ ไดโอด (เช่น MBR20100CT) จะป้องกันไม่ให้แรงดันเอาต์พุตไหลย้อนกลับไปยังขั้วต่ออินพุต เพื่อปกป้องส่วนประกอบด้านแรงดันต่ำ-
การสนับสนุนข้อมูล:
ข้อมูลการทดสอบของเครื่องแปลงพลังงานลมแสดงให้เห็นว่าหลังจากเปลี่ยนไดโอดเรียงกระแสธรรมดาด้วยไดโอด Schottky อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวต้านทานเบรกลดลงจาก 120 องศาเป็น 85 องศา และประสิทธิภาพของระบบเพิ่มขึ้น 3.2%

4, ไดโอดหนีบในโทโพโลยีหลายระดับ: ส่วนประกอบหลักในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอินเวอร์เตอร์
ในไดโอดที่ยึดโทโพโลยีบริดจ์ H- แบบเรียงซ้อนห้าระดับ ไดโอดแบบหนีบสามารถปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าของแขนบริดจ์แต่ละอัน และป้องกันการพังทลายของส่วนประกอบที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น ในระบบพลังงานลมขับเคลื่อนโดยตรงด้วยแม่เหล็กถาวร โทโพโลยีนี้ทำให้เกิดการเชื่อมต่อกริดโดยตรงด้วยแรงดันไฟฟ้าปานกลางผ่านตัวเรียงกระแสพัลส์ 12 ตัวและอินเวอร์เตอร์ห้าระดับ แคลมป์ปิ้งไดโอดช่วยลดความเครียดแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์สวิตชิ่งลงเหลือครึ่งหนึ่งของแรงดัน DC บัส ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบได้อย่างมาก

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี:
Siemens ใช้โทโพโลยีแบบยึดไดโอดสำหรับสถานีแปลงพลังงานลมนอกชายฝั่ง โดยให้เอาต์พุต 9 ระดับ ซึ่งเพิ่มความถี่ในการสวิตชิ่งที่เทียบเท่ากันสามเท่า ลดความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกลงเหลือต่ำกว่า 1.5% และลดปริมาตรตัวกรองลง 40%

5, เทคโนโลยีล้ำสมัย: ไดโอด bandgap แบบกว้างช่วยขับเคลื่อนการอัพเกรดระบบพลังงานลม
เมื่อไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีอายุครบกำหนด การชาร์จกลับคืนเป็นศูนย์ (Qrr anta 0) และคุณลักษณะการทนต่ออุณหภูมิสูง (200 องศา ) กำลังเร่งการแทนที่ไดโอดที่มีซิลิคอน-ในสนามพลังงานลม ตัวอย่างเช่น ไดโอด SiC Schottky C3D10060A ของ Cree ช่วยลดการสูญเสียการนำไฟฟ้าได้ 75% เมื่อเทียบกับไดโอดซิลิคอนภายใต้สภาวะ 100A/600V โดยการสูญเสียการฟื้นตัวแบบย้อนกลับเข้าใกล้ศูนย์

สถานการณ์การใช้งาน:

ตัวแปลง DC/DC ความถี่สูง: ไดโอด SiC สามารถเพิ่มความถี่สวิตชิ่งได้มากกว่า 200kHz ซึ่งช่วยลดขนาดของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุได้อย่างมาก
ตัวแปลงความถี่แรงดันไฟฟ้าปานกลาง: ในตัวแปลงพลังงานลม 10kV ไดโอด SiC สามารถลดจำนวนการเรียงซ้อนและลดความซับซ้อนของระบบได้