Quin és l'efecte de retard dels díodes en la commutació automàtica de les xarxes de distribució?

一, la base física de les característiques de retard del díode
Les característiques de retard d'un díode provenen dels processos dinàmics dels seus portadors de càrrega interns. Quan un díode passa d'un estat conductor a un estat de tall, els portadors no -d'equilibri acumulats a la unió PN (com els electrons a la regió P i els forats a la regió N) no desapareixen a l'instant, sinó que disminueixen gradualment a través de dos camins: moviment de deriva sota l'acció d'un camp elèctric invers i recombinació amb la majoria dels portadors. Aquest procés fa que el corrent inversa mantingui un valor elevat en l'etapa inicial i, a continuació, disminueixi gradualment fins a un valor d'estat estacionari-, formant un temps de recuperació inversa (Trr). La durada del temps de recuperació inversa afecta directament la velocitat de commutació del díode, que al seu torn determina les seves característiques de retard en la commutació automàtica.

Les dades experimentals mostren que el temps de recuperació inversa dels díodes està estretament relacionat amb la capacitat de la unió i la càrrega emmagatzemada. Com més gran sigui l'àrea d'unió PN, més càrregues emmagatzemades i més llarg serà el temps de retard; Com més gran sigui el corrent directe, més gran serà la quantitat de càrrega emmagatzemada i més llarg serà el temps d'apagat; Com més gran sigui el corrent invers, més ràpid desapareix la càrrega i més curt és el temps d'apagat. Per exemple, al circuit rectificador de l'interruptor automàtic a la xarxa de distribució, si s'utilitzen díodes rectificadors normals, el temps de recuperació inversa pot arribar a centenars de nanosegons a microsegons, mentre que els díodes Schottky poden escurçar el temps de recuperació inversa a nanosegons mitjançant el mecanisme de conducció del portador majoritari, millorant significativament la velocitat de resposta del commutador.

2, Implementació del circuit del control de retard del díode en la commutació automàtica
En la commutació automàtica de xarxes de distribució, el control del retard dels díodes s'aconsegueix principalment mitjançant dues formes de circuit: un és un circuit de retard basat en la càrrega i descàrrega RC, i l'altre és un circuit de supressió de transitori basat en les característiques de recuperació inversa dels díodes.

1. Aplicació de díodes en circuits de retard RC
El circuit de retard RC aconsegueix un retard de temps mitjançant el procés de càrrega i descàrrega dels condensadors, i el díode juga un paper en el control del camí de càrrega i descàrrega en aquest circuit. Per exemple, al circuit de control de tancament d'un interruptor automàtic, quan el senyal d'entrada és alt, el díode condueix en la direcció cap endavant i el condensador es carrega ràpidament a través d'una petita resistència, escurçant el temps de tancament; Quan el senyal d'entrada és baix, el díode s'apaga a la inversa i el condensador es descarrega lentament a través d'una gran resistència, allargant el temps d'obertura. Aquest disseny pot aconseguir un control de retard que va des de desenes de microsegons fins a mil·lisegons ajustant la relació de resistència directa i inversa del díode, complint els requisits de temps per a l'aïllament i la recuperació de fallades a la xarxa de distribució.

2. Aplicació de díodes en circuits de supressió de transitoris
En el circuit de protecció contra sobretensió dels interruptors automàtics, els díodes (com els díodes TVS) absorbeixen sobretensions transitòries a través de les seves característiques de ruptura inversa i el seu temps de recuperació inversa afecta directament la velocitat de resposta de protecció. Per exemple, quan els llamps o les operacions d'interruptor generen sobretensió a la xarxa de distribució, el díode TVS condueix en nanosegons, subjectant la sobretensió a un nivell segur i després restaurant l'estat de tall mitjançant un procés de recuperació inversa. Si el temps de recuperació inversa és massa llarg, pot provocar sobretensió secundària, de manera que els díodes de recuperació ultra ràpids (com ara UF4007, Trr<50ns) need to be selected to optimize the protection effect.

3, Aplicació típica de les característiques de retard del díode en l'automatització de la xarxa de distribució
1. Control de temporització per a l'aïllament i la recuperació de fallades
En l'automatització dels alimentadors de la xarxa de distribució, els interruptors automàtics han d'aïllar ràpidament les seccions defectuoses en funció dels senyals d'error i restablir l'alimentació a les seccions no defectuoses. Les característiques de retard dels díodes poden aconseguir la coordinació temporal de les accions de commutació. Per exemple, en un circuit de tancament, el temps de càrrega del condensador està controlat per un díode per assegurar un retard de diversos segons abans de tornar a tancar després de l'aïllament de la falla, evitant l'impacte repetit de les fallades transitòries. Després d'adoptar aquest esquema en un projecte de xarxa de distribució de 10 kV, el temps d'aïllament de falles es va reduir a menys de 200 ms i la taxa d'èxit del tancament es va augmentar al 98%.

2. Protecció anti-retorn per a l'accés a l'energia distribuïda
Amb la popularització dels sistemes fotovoltaics distribuïts i d'emmagatzematge d'energia, la xarxa de distribució ha d'evitar que les fonts d'energia distribuïda enviïn l'electricitat a la xarxa en cas d'avaria. El díode està connectat en sèrie amb el terminal de sortida de l'inversor, utilitzant la seva conductivitat unidireccional per bloquejar el corrent invers, alhora que controla la velocitat de resposta de la protecció antiretorn mitjançant el temps de recuperació inversa. Per exemple, quan una determinada central fotovoltaica adopta díodes Schottky (com ara SS14, Trr<10ns), the anti backflow protection action time is shortened from milliseconds to microseconds, effectively avoiding the expansion of power grid faults.

3. Control síncron d'interruptors en sistemes de distribució de corrent continu
A la xarxa de distribució de corrent continu, l'obertura i el tancament sincrònics dels interruptors automàtics han de resoldre el problema de la reencesa de l'arc. El díode aconsegueix la sincronització de fase de l'acció de commutació retardant el control de la càrrega i descàrrega del condensador. Per exemple, en un interruptor de corrent continu, un díode forma un circuit ressonant amb un inductor i un condensador. Mitjançant l'ajust de l'angle de conducció del díode per controlar la freqüència de ressonància, l'interruptor pot trencar-se a l'encreuament zero del corrent, reduint l'energia de l'arc per sota de l'1% i millorant significativament la vida útil de l'interruptor.