Технология создания твердотельных трансформаторов 

◆ Ключевые изменения: электрические электроны ощущаются от электромагнита

Душа традиционного трансформатора закон электромагнитной индукции фарадея.Один сердечник, два набора катушек, изменяет напряжение за счет изменения магнитного поля.Простота, корка, но законы физики также устанавливают потолок для его способности: он может обрабатывать только переменный ток с фиксированной частотой, с единой функцией.

Душа твердотельных трансформаторов это электрическая электроника.Он полностью отбросил громоздкий сердечник рабочей частоты, и всю систему можно понять как набор электрических преобразователей трехступенчатой ракеты.

Мы пришли, чтобы разобрать эту трехступенчатую ракету шаг за шагом.

1. Первая ступень: выпрямительная ступень высокого давления (AC / DC)

Это вход твердотельных трансформаторов.

Его задача превратить высоковольтный переменный ток, который поступает в сеть, в высоковольтный постоянный ток.Представьте, что переменный ток похож на поток, который колеблется взад и вперед, и цель этого уровня превратить его в реку постоянного тока, которая стабильно течет в одном направлении.

Эта функция выполняется выпрямителем высокого давления.Но это не простой диод, а матрица, состоящая из большого количества электрических переключателей, таких как IGBT и MOSFET.Эти переключатели постоянно включают переключатели на очень высоких частотах (тысячи или даже десятки тысяч герц), как бесчисленные точные клапаны, которые режут волны переменного тока и  реорганизуются в гладкий постоянный ток.

В чем техническая сложность Q?

Высокое давление.Непосредственная обработка тысяч вольт напряжения разрушительна для отдельных электрических электронных устройств.Поэтому необходимо использовать технологию каскадов, чтобы связать сотни силовых блоков низкого давления, как цепочку сахарных тыкв, каждый из которых выдерживает лишь небольшую часть напряжения и совместно несет общее высокое давление.За этим стоит чрезвычайно сложный алгоритм равномерного давления и синхронного управления.

2. Второй уровень: высокочастотный уровень изоляции и преобразования (DC / DC)

Это сердце всего твердотельного трансформатора и ключ к тому, что он может назвать трансформатор.

После первого уровня мы получаем высоковольтный постоянный ток.Все, что нужно сделать на этом уровне, это превратить этот высоковольтный постоянный ток, сначала через что то под названием инвертор, снова в высокочастотный переменный ток.

Почему Q так много?

Ключ находится в слове вч.Согласно основной формуле трансформатора, объем трансформатора обратно пропорционален частоте.Частота нашей сети 50 гц, поэтому традиционные трансформаторы такие громоздкие.Здесь инвертор производит высокочастотный переменный ток от нескольких тысяч до десятков тысяч герц.Частота увеличивается в сотни раз, а объем и вес высокочастотного трансформатора, выполняющего изоляционные и трансформаторные функции в середине, могут быть уменьшены до десятков или даже процентов.

Это основной секрет того, что твердотельные трансформаторы могут быть миниатюрными и легкими.

После завершения этого шага высокочастотный переменный ток переходит через высокочастотный выпрямитель обратно в низковольтный постоянный ток, который нам нужен.

В чем техническая сложность Q?

Вч диапазон.Чем выше частота, тем больше потери переключателя, тем серьезнее электромагнитные помехи (эми).Как обеспечить эффективность, одновременно подавляя эти паразитические эффекты, является интенсивным испытанием технологии высокочастотных магнитных материалов, топологического проектирования и технологии охлаждения.

3. Уровень 3: уровень инверсии низкого давления (DC / AC)

Это выход твердотельных трансформаторов.

После второй ступени мы получили стабильный и контролируемый низковольтный постоянный ток.Но многие электрические приборы требуют переменного тока.Таким образом, роль третьего уровня состоит в том, чтобы превратить этот постоянный ток, в соответствии с нашими потребностями, частный заказ в высококачественный переменный ток.

Он может выводить стандартные синусоидальные волны 50 гц или переменный ток на разных частотах и фазах в зависимости от спроса на нагрузку.Даже он может взять на себя инициативу, чтобы компенсировать гармоническую, реактивную мощность в сети, как очиститель электрической энергии, чтобы улучшить качество электрической энергии во всей локальной сети.

В чем техническая сложность Q?

Контроль точности.Для создания идеальной синусоидальной волны или для достижения сложного управления качеством электрической энергии требуется чрезвычайно точный алгоритм управления PWM (модуляция ширины импульса).За этим стоят мощные процессоры (DSP или FPGA) и сложное программное программирование, которое является воплощением  интеллекта твердотельных трансформаторов.

Мозг вне трехуровневой структуры: централизованная система управления

Если эти три уровня являются телом твердотельных трансформаторов, то мощная централизованная система управления это его мозг.

Через высокоскоростную волоконно оптическую сеть этот мозг контролирует напряжение, ток, температуру на каждом уровне и на каждом энергоблоке в режиме реального времени и дает инструкции.Он отвечает за:

◆ Управление энергией: управление двухсторонним потоком энергии между различными портами.

◆ Защита от неисправностей: любой блок выходит из проблемы, может быть мгновенно изолирован, чтобы гарантировать, что остальная часть системы продолжает работать, для достижения избыточности N - 1.

◆ Связь и синергия: пусть несколько твердотельных трансформаторов работают параллельно или разговаривают с диспетчерской системой верхней сети, чтобы стать конечным узлом интеллектуальной сети.