Jakie maksymalne napięcie może wytrzymać krzem?

Dzisiaj, w wyścigu o wydajność, przeszliśmy z transformatorów do przełączania zasilaczy. Prawie wszystkie zasilacze zostały zaprojektowane do jednofazowego niskiego napięcia (220 V prądu przemiennego / 310 V prądu stałego w moim kraju). Nigdy nie widziałem zasilaczy ATX 380 V 3-fazowych 3+ kW dla komputerów PC pomimo ich wydajności i niższego szumu tętnień. Byłyby bardzo przydatne w stosach GPU. Myślę, że dzieje się tak głównie dlatego, że kondensatory elektrolityczne nie są w stanie przetrwać z rektyfikacją 660 V DC.

I może być jeszcze lepiej naprawić prostownicę linii średniego napięcia 10 kV, jak zwykle w przypadku wiejskiego transformatora. Ale jakie są krzemowe urządzenia ograniczające napięcie (MOSFET), które mogą przetrwać bez awarii?

Można uzyskać tyrystory o wartości znamionowej 8 kV (przy kilku tysiącach amperów) do stosowania w przetwornicach HVDC. Bramka jest sprzężona optycznie z oczywistych powodów, a także dlatego, że gdy jest używana w tandemie na łączach HVDC, różnice prędkości napędu bramki między tyrystorami połączonymi szeregowo są ważne, a optyczny jest nieco bardziej wyraźny pod względem prędkości: -

Ułóż kilka razem w zasobniku z różnymi dodatkami, których potrzebujesz, aby bezpiecznie je kontrolować (lejki itp.), A otrzymasz jeden z tych:

Następnie budujesz pomnik bogów Megavolt, układając tace w taki sposób:

Zwróć uwagę na małego faceta na dole.

Jeśli chodzi o moc, przeczytałem, że potrzeba 40 gramów krzemu, aby kontrolować 20 MW mocy, a wiele z tych instalacji to dosłownie tysiąc MW lub więcej.

I może być jeszcze lepiej wyprostować linię średniego napięcia 10kV, ponieważ zwykle dochodzi do wiejskiego transformatora.

Ach, ale nie dostajesz bezpiecznej izolacji, która byłaby niezawodna - jeden awaria i 10 kV w twoim domu okablowanie nie jest dobre. Dodatkowo, próg rentowności łącza HVDC w porównaniu do zwykłego łącza AC wynosi wiele, wiele mil.

Gdzie są zasilacze 3-fazowe od 380v do 12V?

Cóż, istnieje problem techniczny związany z obwodem stosowanym od wielu lat w „standardowym” trójfazowym obwodzie prostownika:

Problem polega na tym, jak się przełączają i korekcji współczynnika mocy. W dawnych dobrych czasach nikogo to nie obchodziło, ale w dzisiejszych czasach czystość PF i podaż są najważniejsze w wielu krajach. I to jest problem ze standardowym prostownikiem 3-fazowym - nie można go skorygować PF, ponieważ diody nie mogą przewodzić od 0 woltów do 0 woltów (przez pół cyklu) z powodu efektu blokowania innych faz i ich diod. Prąd pulsujący pobierany z zasilania 3-fazowego jest naprawdę zły.

Rozwiązaniem jest użycie trzech jednofazowych (z poprawką PF) wszystkich źródeł zasilania do wspólnej szyny prądu stałego. Zatem nowoczesne 3-fazowe zasilanie przełączające to tak naprawdę trzy jednofazowe źródła zasilania.

W jaki sposób tyrystory HVDC mogą to zrobić? Używają filtrów tak dużych jak małe domy, aby tłumić generowane harmoniczne.

Zwróć uwagę na względny rozmiar filtrów harmonicznych w porównaniu do „komory zaworów”, w której znajdują się wszystkie „zawory” tyrystora. Wszystkie rodzaje podwójnie i pojedynczo dostrojonych filtrów są używane tylko do usunięcia tych harmonicznych, a jeśli ta sama technika byłaby zastosowana w przypadku bardziej zwykłych standardowych zasilaczy z przełączaniem trójfazowym (takich, które nigdy nie spełnią nowoczesnych przepisów), to zgadnij co; koszt filtrowania jest większy niż dodatkowy koszt poszczególnych dostaw z wbudowaną korekcją PF.

Czy możesz podać link do nazwy modelu, a przynajmniej nazwać serię produktów?

Tarcze tyrystorowe Infineon o mocy do 8 kV i 4800 amperów .

Ale czym są silikonowe klucze (mosfety) z limitem napięcia, które mogą przetrwać bez przebicia?

Praktycznie nie ma limitu; jeśli twoje napięcie przekracza napięcie przebicia elementu, cóż, umieść dwa w szeregu.

Istnieją krzemowe prostowniki półprzewodnikowe do przenoszenia prądu stałego o wysokim napięciu. Działają one na poziomie około 800 kV lub więcej.

Mimo to próba użycia wielu kV jako źródła zasilania, które ostatecznie generuje napięcie o trzy rzędy wielkości mniejsze, byłaby głupio droga. Ponadto niezwykle niebezpieczne jest manipulowanie wieloma kV w instalacjach domowych, co jest po prostu niemożliwe (izolacja może z łatwością stać się grubsza niż otwory kablowe).

W rzeczywistości budują transformatory półprzewodnikowe o większej wydajności i kontroli, pracujące przy 7,2 kV

Lepszym rozwiązaniem jest przełącznik roboczy elektroniki mocy, oparty na krzemie tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT). Urządzenia te zostały wykorzystane do budowy SST do zastosowań kolejowych w Europie. I z pewnością są szybsze. Ale najbardziej rygorystyczne urządzenia komercyjne są w stanie wytrzymać napięcia nawet do około 6,5 kilowolta. Chociaż to napięcie przebicia jest idealnie odpowiednie dla szeregu zastosowań energetycznych, nie wystarcza do obsługi energii elektrycznej przepływającej przez transformatory dystrybucyjne; w Stanach Zjednoczonych typowe napięcie na dolnym końcu widma wynosi 7,2 kV.

Używają węglika krzemu, który ma większą szczelinę i jest bardziej odporny na problemy z ogrzewaniem również:

Na szczęście krzem nie jest jedyną opcją. W ciągu ostatnich 10 lat poczyniono ogromne postępy w rozwoju przełączników opartych na złożonych półprzewodnikach - w szczególności węgliku krzemu. Węglik krzemu ma szereg atrakcyjnych właściwości, które wynikają z jego dużego odstępu - przeszkodę energetyczną, którą należy pokonać, aby przejść z izolatora na przewód. Pasmo wzbronione węglika krzemu wynosi 3,26 wolta elektronowego do 1,1 eV krzemu, co oznacza, że ​​materiał może być narażony na znacznie wyższe pola elektryczne i temperatury niż krzem bez rozpadu. Ponieważ ten złożony półprzewodnik jest w stanie wytrzymać znacznie wyższe napięcia, zbudowane z niego tranzystory mocy mogą być bardziej kompaktowe, co z kolei pozwala im przełączać się znacznie szybciej niż ich odpowiedniki na bazie krzemu.

Źródła: https://spectrum.ieee.org/energy/renewables/smart-transformers-will-make-the-grid-cleaner-and-more-f Flexible

Hybrydy Mitsubishi IGBT z wejściem FET Wyjścia BJT mogą teraz przełączać megawaty i bardzo wysokie napięcie 15kV, a także są używane w inteligentnych falownikach i 600V GTI w macierzach w celu redundancji do mniejszych GTI, takich jak jednostki Huawei 2000S 50kW.

Poniżej znajduje się hybrydowy IGBT Mitsubishi, który ma wiele patentów na wyjątkowo wysoką energię przełączania i wyjątkowo niski wewnętrzny sterownik ESL i ESR. (indukcyjność i opór) Myślę, że teraz pracują nad ósmą generacją.

TI ma również świetne informacje o projekcie na swoich IGBT