Materiālu izvēle dinamiskajiem sprieguma atjaunotājiem: materiāla pamata ielikšana augstai veiktspējai un augstai uzticamībai

Tā kā dinamiskā sprieguma atjaunotāja (DVR) elektroenerģijas kvalitātes vadības ierīce ir balstīta uz jaudas elektronikas tehnoloģiju, tā vispārējā veiktspēja, darbības uzticamība un vides pielāgošanās spēja lielā mērā ir atkarīga no galveno materiālu zinātniskās izvēles. Materiālu izvēle attiecas ne tikai uz jaudas pārveidošanas efektivitāti, siltuma pārvaldības iespējām un elektriskās izolācijas veiktspēju, bet arī tieši ietekmē iekārtas kalpošanas laiku un uzturēšanas izmaksas sarežģītos ekspluatācijas apstākļos. Tāpēc projektēšanas un ražošanas posmos katras sastāvdaļas materiāli ir sistemātiski jāapsver, pamatojoties uz funkcionālajām prasībām un apkalpošanas vidi.

Jaudas pusvadītāju ierīces ir DVR ātrgaitas enerģijas pārveidošanas pamatā, un to materiāli nosaka pārslēgšanās ātrumu, zudumu līmeņus un temperatūras pretestību. Pašlaik galvenās izvēles iespējas ir uz silīcija-balstītas izolētas-vārtu bipolārie tranzistori (IGBT) un metāla-oksīda-pusvadītāju lauka-efekta tranzistori (MOSFET). Tomēr gadījumos, kad nepieciešamas augstākas frekvences un efektivitāte, priekšroka tiek dota platjoslas{8}}pusvadītājiem, piemēram, silīcija karbīdam (SiC) un gallija nitrīdam (GaN). Šiem materiāliem ir augsta pārrāvuma elektriskā lauka intensitāte un augsta siltumvadītspēja, saglabājot zemus vadītspējas zudumus augstākās krustojuma temperatūrās un pārslēgšanas frekvencēs, ievērojami uzlabojot dinamisko reakciju un energoefektivitāti. Prasības materiāliem enerģijas uzglabāšanas un filtrēšanas posmos ir vērstas uz augstu īpatnējo kapacitāti, zemu ekvivalento sērijas pretestību (ESR) un ilgu kalpošanas laiku. Alumīnija elektrolītiskie kondensatori parasti tiek izmantoti līdzstrāvas kopnēm ar elektrodiem, kas izgatavoti no augstas-tīrības pakāpes alumīnija folijas un šķidra vai cieta elektrolīta kā dielektriķi, nodrošinot lielu kapacitāti, lai apmierinātu tūlītējas enerģijas atbalsta vajadzības. Augstas-frekvences filtrēšanas un kompensācijas shēmās parasti tiek izmantoti metalizēti polipropilēna plēves kondensatori, kuriem ir zems ESR, augsta izolācijas pretestība, izcili frekvences raksturlielumi un izcilas temperatūras izturības un pašdziedinošās īpašības, kas nodrošina ilgstošu-stabilu darbību augstas{17}}frekvences pulsācijas vidē.

Vadītspējīgām un konstrukcijas sastāvdaļām ir nepieciešami materiāli, kas līdzsvaro augstu vadītspēju, mehānisko izturību un izturību pret koroziju. Kopnes un savienotājvadi parasti ir izgatavoti no vara vai alumīnija sakausējuma, kas nesatur skābekli, un virsma ir pārklāta ar alvu, sudrabu vai niķeli, lai samazinātu saskares pretestību, kavētu oksidēšanos un uzlabotu metināšanas un gofrēšanas uzticamību. Korpuss un atbalsta rāmis lielākoties ir izgatavoti no alumīnija sakausējuma vai nerūsējošā tērauda: alumīnija sakausējumam ir zems blīvums un laba siltumvadītspēja, kas atvieglo integrāciju ar siltuma izlietnēm un nodrošina vieglas konstrukcijas; nerūsējošais tērauds uzrāda izcilu izturību pret koroziju sāls izsmidzinātā, mitrā vai ķīmiskā vidē, padarot to piemērotu skarbiem āra vai īpašiem rūpnieciskiem scenārijiem.

Augsta siltumvadītspēja ir galvenais materiāla izvēles kritērijs siltuma izkliedes sistēmās. Parasti tiek izmantoti augstas -tīrības pakāpes ekstrudēti alumīnija profili vai vara dzesētāji. Liela-jaudas-blīvuma konstrukcijās var ievietot grafīta kompozītmateriālu slāņus, tvaika kameras vai mikrokanālu šķidruma dzesēšanas plāksnes, lai uzlabotu sānu un garenisko siltuma difūziju, nodrošinot, ka strāvas ierīču savienojuma temperatūra paliek drošā diapazonā un aizkavē termisko novecošanos.

Vadības un sensoru komponenti ir balstīti uz ļoti uzticamiem substrātiem un funkcionāliem materiāliem. Iespiedshēmas plates (PCB) pamatnes parasti ir izgatavotas no FR-4 epoksīda stikla auduma lamināta, kas apvieno izcilu izolāciju, mehānisko izturību un izmēru stabilitāti, padarot to piemērotu precīzai elektroinstalācijai un augstfrekvences signālu pārraidei. Sprieguma, strāvas un temperatūras sensori izmanto magnētiskus, Hola efektu, optisko šķiedru vai pjezorezistīvus funkcionālus materiālus, lai nodrošinātu precīzu elektrisko daudzumu un temperatūru uztveršanu un elektrisko izolāciju.

Rezumējot, dinamisko sprieguma atjaunotāju materiālu izvēle ir visaptverošs tehnisks lēmums, kas ietver elektriskos, termiskos, mehāniskos un vides apsvērumus. Sinerģiski pielietojot platas-joslas spraugas pusvadītājus, augstas vadītspējas metālus, zemu-ESR dielektriķus, vieglus augstas-stiprības sakausējumus un augstas siltumvadītspējas siltuma izkliedes materiālus, var panākt optimālu līdzsvaru attiecībā uz reakcijas ātrumu, kompensācijas precizitāti, energoefektivitāti un lielu DVR garantiju}}. augstākās klases ražošana-, datu centri un jauns energotīkla savienojums.