บทบาทของไดโอดในระบบจ่ายพลังงานลมแบบกระจายคืออะไร?

1, วงจรเรียงกระแส: บรรลุการแปลงที่มีประสิทธิภาพจาก AC เป็น DC
หน้าที่หลักอย่างหนึ่งของระบบจ่ายพลังงานลมแบบกระจายคือการแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับที่ส่งออกโดยกังหันลมเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อจัดเก็บในแบตเตอรี่หรือขับเคลื่อนโดยตรงของโหลดไฟฟ้ากระแสตรง ไดโอดจะสร้างบริดจ์เรกติไฟเออร์ที่ไม่สามารถควบคุมได้ในกระบวนการนี้ ทำให้ได้ "การแก้ไขคลื่นเต็ม" ของไฟ AC ผ่านการนำไฟฟ้าในทิศทางเดียว โดยแปลงสัญญาณ AC ครึ่งรอบบวกและลบเป็นไฟ DC แบบพัลซิ่งในทิศทางเดียว

ข้อดีทางเทคนิค:

โครงสร้างที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้: บริดจ์วงจรเรียงกระแสแบบไม่มีการควบคุมไดโอดสามเฟสต้องการไดโอดเพียง 6 ตัว โดยไม่ต้องใช้วงจรควบคุมที่ซับซ้อน และมีอัตราความล้มเหลวต่ำ ตัวอย่างเช่น ไดโอด MUR60120 ของ Fuji (ทนแรงดันไฟฟ้า 1200V, กระแสไฟ 60A) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกังหันลมขนาดเล็กและขนาดกลาง โดยมีแรงดันการนำไฟฟ้าลดลงเพียง 0.7V และประสิทธิภาพการแก้ไข 98.5% ในระบบระดับ 10kW
ความคุ้มค่าที่สำคัญ: เมื่อเปรียบเทียบกับวงจรเรียงกระแสที่ควบคุมได้ซึ่งประกอบด้วย IGBT หรือ MOSFET ต้นทุนของสะพานเรียงกระแสไดโอดจะลดลงมากกว่า 60% และไม่จำเป็นต้องออกแบบวงจรขับเคลื่อนและการกระจายความร้อน ซึ่งช่วยลดการลงทุนเริ่มแรกของระบบได้อย่างมาก
ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง: ไดโอดสามารถทำงานได้อย่างเสถียรภายในช่วงอุณหภูมิ -40 องศาถึง 150 องศา ทนทานต่ออุณหภูมิสูง ฝุ่น และการสั่นสะเทือนในสถานการณ์การผลิตพลังงานลม และมีอายุการใช้งานนานกว่า 20 ปี
กรณีวิศวกรรม:
ฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งใช้วาล์วเรียงกระแสแบบไดโอดเพื่อทดแทนวาล์วเรียงกระแสหลายระดับแบบโมดูลาร์ (MMC) ภายใต้ความสามารถในการส่งสัญญาณเดียวกัน สถานีคอนเวอร์เตอร์ได้ลดปริมาณลง 80% น้ำหนักลดลง 65% และลดเวลาในการติดตั้งลง 20% เหตุผลหลักคือวาล์ววงจรเรียงกระแสไดโอดไม่จำเป็นต้องควบคุมแต่ละโมดูลย่อยอย่างอิสระ ลดความน่าจะเป็นของความล้มเหลวลง 90% และลดการสูญเสียการนำไฟฟ้าลง 20% เมื่อเทียบกับ MMC ส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบเพิ่มขึ้น 3.2%

2, ป้องกันการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ: สร้างบรรทัดแรกของการป้องกันเพื่อความปลอดภัยของระบบ
อินเทอร์เฟซการชาร์จของระบบจ่ายพลังงานลมแบบกระจายต้องเข้ากันได้กับอินพุตพลังงานหลายช่อง (เช่น ไฟหลัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล และแบตเตอรี่) หากผู้ใช้กลับขั้วของแหล่งจ่ายไฟโดยไม่ได้ตั้งใจ อาจทำให้ตัวเก็บประจุภายใน, MOSFET และส่วนประกอบอื่นๆ ของคอนโทรลเลอร์ไหม้ได้ ด้วยการเชื่อมต่อไดโอดแบบอนุกรมที่กำลังไฟฟ้าเข้า สามารถสร้างวงจรป้องกันการย้อนกลับที่มีต้นทุนต่ำและมีความน่าเชื่อถือสูงได้

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 ตัวอย่างเช่น ระบบกักเก็บพลังงานแบบเรียงซ้อนยี่ห้อหนึ่งใช้รูปแบบคอมโพสิตของ "เทอร์มิสเตอร์ชอตกีไดโอด+เทอร์มิสเตอร์ NTC" ในการทดสอบการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ กระแสย้อนกลับจะถูกจำกัดไว้ที่ภายใน 10mA และระบบจะไม่เสียหาย
การวิเคราะห์โหมดความล้มเหลว:
ในกรณีการบำรุงรักษาตัวควบคุมพลังงานลม เนื่องจากขาดการป้องกันย้อนกลับ ผู้ใช้จึงเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟผิดพลาด ส่งผลให้ตัวเก็บประจุอินพุตระเบิด แผนการปรับปรุงติดตามผลใช้วงจรคอมโพสิตของ "ไดโอด Schottky + ฟิวส์กู้คืนตัวเอง" ซึ่งจะตัดไดโอดออกและละลายฟิวส์เมื่อกลับด้าน แยกความผิดปกติได้อย่างสมบูรณ์และลดต้นทุนการบำรุงรักษาลง 80%

3 การควบคุมเส้นทางการกู้คืนพลังงาน: การเพิ่มประสิทธิภาพการจัดการพลังงานของตัวต้านทานเบรก
เมื่อความเร็วลมเกินค่าที่กำหนด กังหันลมจะต้องใช้พลังงานส่วนเกินผ่านการควบคุมระดับเสียงหรือตัวต้านทานเบรก หากวงจรตัวต้านทานเบรกไม่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม กระแสย้อนกลับอาจไหลเข้าสู่ตัวควบคุมผ่านไดโอดตัว IGBT ส่งผลให้ส่วนประกอบมีความร้อนสูงเกินไป ไดโอดสามารถสร้างเส้นทางการกู้คืนพลังงานที่เป็นอิสระ เพื่อให้มั่นใจว่ากระแสเบรกจะถูกปล่อยผ่านตัวต้านทานเท่านั้น

การใช้งานทั่วไป:

ไดโอดแบบหมุนอิสระของวงจรบั๊ก: ในวงจรบั๊กแบบ DC/DC ไดโอดแบบหมุนอิสระ (เช่น 1N5819WS) ให้เส้นทางการปลดปล่อยสำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบเหนี่ยวนำ เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับแรงดันสูงเมื่อปิด IGBT จากข้อมูลการทดสอบจริง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวต้านทานเบรกโดยใช้รูปแบบนี้ลดลงจาก 120 องศาเป็น 85 องศา และประสิทธิภาพของระบบเพิ่มขึ้น 3.2%
ไดโอดป้องกันการไหลย้อนกลับของวงจรบูสต์: ในวงจรบูสต์ ไดโอด (เช่น MBR20100CT) จะป้องกันไม่ให้แรงดันเอาท์พุตไหลย้อนกลับไปยังขั้วต่ออินพุต เพื่อปกป้องส่วนประกอบด้านข้างที่มีแรงดันต่ำ ตัวอย่างเช่น หลังจากที่อินเวอร์เตอร์พลังงานลมขนาด 5kW ยี่ห้อหนึ่งใช้รูปแบบนี้ อายุการใช้งานของตัวต้านทานเบรกจะขยายออกไปสามครั้ง และรอบการบำรุงรักษาจะขยายจาก 6 เดือนเป็น 18 เดือน
4, การประยุกต์ใช้วัสดุใหม่: การอัพเกรดระบบไดรฟ์ไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์
เมื่อไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีอายุครบกำหนด การกู้คืนประจุแบบย้อนกลับเป็นศูนย์ (Qrr anta 0) และคุณลักษณะการทนต่ออุณหภูมิสูง (200 องศา ) กำลังเร่งการเปลี่ยนไดโอดที่ใช้ซิลิคอนในด้านแหล่งจ่ายพลังงานลมแบบกระจาย ตัวอย่างเช่น ไดโอด SiC Schottky C3D10060A ของ Cree ช่วยลดการสูญเสียการนำไฟฟ้าได้ 75% เมื่อเทียบกับไดโอดซิลิคอนภายใต้สภาวะ 100A/600V โดยการสูญเสียการฟื้นตัวแบบย้อนกลับเข้าใกล้ศูนย์

สถานการณ์การใช้งาน:

ตัวแปลง DC/DC ความถี่สูง: ไดโอด SiC สามารถเพิ่มความถี่สวิตชิ่งได้มากกว่า 200kHz ซึ่งช่วยลดขนาดของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุได้อย่างมาก หลังจากใช้ไดโอด SiC ในอินเวอร์เตอร์กังหันลมขนาด 10kW ของบางยี่ห้อ ปริมาตรจะลดลง 40% น้ำหนักลดลง 30% และความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นเป็น 5kW/kg
ตัวแปลงความถี่แรงดันไฟฟ้าปานกลาง: ในตัวแปลงพลังงานลม 10kV ไดโอด SiC สามารถลดจำนวนการเรียงซ้อนและลดความซับซ้อนของระบบได้ Siemens ใช้โทโพโลยี H-bridge แบบเรียงซ้อนห้าระดับพร้อมไดโอด SiC เพื่อให้ได้เอาต์พุต 9 ระดับ เพิ่มความถี่ในการสวิตชิ่งที่เทียบเท่ากันสามเท่า ลดการบิดเบือนฮาร์มอนิกให้ต่ำกว่า 1.5% และลดปริมาตรตัวกรองลง 40%