مقاومت های توان سفارشی با اندوکتانس پایین برای فناوری انرژی

فناوری متمرکز تولید برق دستخوش یک انقلاب شده است. نیروگاه های سنتی (مانند نیروگاه های زغال سنگ، گاز و هسته ای) به تدریج با راه حل های تجدیدپذیر و غیرمتمرکز (مانند نیروگاه های بادی، خورشیدی یا زیست توده) جایگزین می شوند. نوع دوم نیروگاه معمولاً از همان اصل پیروی می کند که عبارت است از استفاده از انرژی های تجدیدپذیر (انرژی خورشیدی، نیروی باد و زیست توده) و تولید ولتاژ یا جریان DC یا AC از طریق یک یا چند فرآیند تبدیل. با توجه به ماهیت پراکنده تولیدکنندگان انرژی، الکتریسیته بیشتر و بیشتری دیگر به سیستم های برق فشار قوی وارد نمی شود، بلکه به سیستم های برق فشار متوسط و کم ولتاژ وارد می شود. بنابراین، در آینده، نیاز روزافزونی به مدیریت هوشمند سیستم قدرت با استفاده از دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی برای برآوردن نیازهای اوج بار به روش‌های متنوع وجود خواهد داشت. اجزای اصلی این نیروگاه ها مبدل های قدرتی هستند که می توانند برق تولیدی را به صورت همزمان و با کیفیت مناسب در اختیار سیستم برق یا مصرف کنندگان قرار دهند. این نیروگاه ها نه تنها الزامات شدیدی را بر اجزای مختلف تحمیل می کنند، بلکه باید در شرایط محیطی سخت به طول عمر حدود 20 سال نیز دست یابند.
در سال های اخیر، تمرکز توسعه مبدل های قدرت به سمت چگالی توان بالاتر و فرکانس های سوئیچینگ بالاتر نیمه هادی ها تغییر کرده است. اولین توسعه امکان بهبود مقرون به صرفه بودن را فراهم می کند، زیرا می تواند قدرت خروجی را افزایش دهد و در عین حال هزینه های سیستم را تقریبا ثابت نگه دارد. توسعه دوم کارایی سیستم را افزایش می دهد، زیرا تلفات سیستم با افزایش فرکانس سوئیچینگ کاهش می یابد.

نمودار مدار مفهومی مبدل قدرت
مبدل برق از سمت ورودی (چپ) به سمت مصرف کننده (راست) در نمودار مدار حرکت می کند، با یک مقاومت (RI) که برای محدود کردن جریان شارژ و محافظت از خازن در برابر تداخل استفاده می شود. پس از روشن شدن، مقاومت باید مقدار زیادی انرژی پالس را بپذیرد. این جریان یا کاربرد انرژی در مدت زمان کوتاهی در حین شارژ خازنی اتفاق می‌افتد و معمولاً فقط باید یک بار (در هنگام راه‌اندازی و بدون دوره‌ای) اتفاق بیفتد. این امر الزامات خاصی را برای فناوری مقاومت مورد استفاده قرار می دهد. شرایط مرزی آدیاباتیک به دلیل کوتاه بودن مدت نبض وجود دارد. بنابراین، این انرژی فقط به ماده موثر مقاومت (مواد فعال) اعمال می شود و از طریق هدایت حرارتی در کل مقاومت منتشر نمی شود.

در مقایسه با تکنولوژی فیلم ضخیم یا فیلم نازک، مقاومت سیم‌پیچ دارای جرم موثر زیادی است و بنابراین می‌تواند با انرژی پالس بالا و توان پیوسته سازگار شود. اما مبدل های کم مصرف از تمام فناوری های مقاومتی استفاده می کنند. این شامل مقاومت های لایه نازک SMD-MELF، مقاومت های فیلم ضخیم LTO و مقاومت های سیم پیچ فوق الذکر می شود. اگر قدرت زیاد باشد، مقاومت های زخمی سری یا موازی را می توان در اجزای برد مدار چاپی (PCB) (G200، AC، RS، CW، FS و Z300) ترکیب کرد. هنگامی که توان از 50 وات فراتر رود، مقاومت های سیم پیچ ویژه زیادی (مانند سری GWK، GWS، CSxx، FST، FSE، EDGx، RSO، و GBS) یا مقاومت های فیلم ضخیم (مانند LPS یا RPS روی هیت سینک، که به دلیل استفاده از گزینه های بسیار متنوع برای استفاده در دسترس هستند، دور از PCB نصب می شوند) وجود دارد.

پس از تبدیل ولتاژ AC به سطح ولتاژ مناسب، از پل B6 برای تنظیم ولتاژ AC استفاده می شود و سپس از یک سلف برای سرکوب تداخل استفاده می شود. از یک طرف، اتصال سری بین مقاومت پیوند DC (RDC) و خازن پیوند DC برای محدود کردن جریان شارژ خازن پیوند DC استفاده می شود. این جریان بارهای پالسی نسبتاً زیاد اما نادری ایجاد می کند. از طرف دیگر، این اتصال سری برای سرکوب هارمونیک ها در مدار پیوند DC که معادل بار پیوسته هستند (به دلیل تکرار مداوم توالی پالس) استفاده می شود. بنابراین لازم است مقاومت مورد استفاده برای تحمل توان مداوم و توان پالس محدود شود.

جدیدترین مبدل های قدرت این امکان را دارند که توان راکتیو خازنی یا القایی را برای سیستم های قدرت یا مصرف کنندگان فراهم کنند. این امر با افزایش یا کاهش ولتاژ مدار پیوند DC حاصل می شود. این افزایش با استفاده از مبدل تقویت کننده داخلی یا مستقیماً در موقعیت ورودی مبدل قدرت حاصل می شود. مقاومت برش (RBR) برای کاهش ولتاژ مدارهای پیوند DC با تبدیل انرژی الکتریکی اضافی به انرژی حرارتی استفاده می شود. ماسفت های برقی، ماژول های IGBT یا تریستورها عملکرد سوئیچینگ مقاومتی را ارائه می دهند.

ماژول های پاور ماسفت و IGBT می توانند عملیات سوئیچینگ فرکانس بالا را انجام دهند، اما تریستور فقط از عملکرد فرکانس پایین پشتیبانی می کند. هنگامی که خطر تجاوز ولتاژ مدار پیوند DC از حداکثر مقدار مشخص شده وجود داشته باشد، این کلیدهای برق به یک مقاومت چاپر متصل می شوند. پس از افت ولتاژ مدار پیوند DC در اثر این عمل، مقاومت چاپر مجددا قطع می شود. این مقاومت های چاپر به راحتی نصب می شوند و گزینه های اتصال متعددی دارند، با اتلاف توان از 100 وات تا 1000 وات. در این حالت، اغلب ترکیبی از مقاومت برش و مقاومت کلاغی یافت می شود. وقتی پایین دست
قطعات خراب می شوند، این ترکیب باعث می شود که انرژی پیوند DC به طور کامل به مقاومت (RBR) هدر رود و در نتیجه از آسیب به مبدل قدرت جلوگیری شود. در اینجا می توانید شبکه های فولادی یا مقاومت های صفحه فولادی را انتخاب کنید که جزء اصلی آن فولاد است. برای این انواع مقاومت، صفحات فولادی آلیاژی بسیار متنوع دارای ساختارهای موج دار هستند و با آبشاری آنها، مقادیر مقاومت، توان پیوسته، توان پالس و حداکثر دمای سطح را می توان در صورت نیاز تنظیم کرد. عایق بین صفحات فولادی می تواند از مواد سرامیکی یا میکا ساخته شود. علاوه بر این، این مقاومت های صفحه فولادی اندوکتانس بسیار پایینی نیز دارند، بنابراین در هنگام سوئیچینگ هیچ ولتاژ اضافی ایجاد نمی شود.

مقاومت‌های شبکه فولادی (مانند Vishay GREx) به دلیل سطح بزرگی که خنک‌کننده همرفت طبیعی یا استفاده از فن‌ها را فراهم می‌کنند، برای توان مداوم بالا مناسب هستند. حداکثر اتلاف گرمای قابل دستیابی در این مورد فقط با فضای نصب و خروجی موجود فن محدود می شود. اما در صورت نیاز به توان بالاتر و فضای عایق کوچکتر می توان از مقاومت های آب خنک مانند سری ویشا WCR استفاده کرد.
علاوه بر محدودیت‌های جریان موج ورودی گذرا، فیلتر کردن، و تطبیق مدار پیوند DC توصیف شده، ولتاژ DC نیز از طریق مدار H-bridge نشان داده شده به ولتاژ AC با فرکانس متغیر و عرض پالس تبدیل می‌شود. مقاومت فیلتر (RHF) و خازن خروجی سری برای سرکوب هارمونیک ها در مرحله خروجی استفاده می شود. علاوه بر این، RHF همچنین عملکرد محدود کردن جریان شارژ فیلتر را دارد
خازن مقاومت های سیمی با کلاهک انتهایی (مانند سری GWK و FVT) به دلیل نصب راحت و توان پالس بالا و توان مداوم برای کاربردهای فیلتر مناسب هستند. تفاوت این سری از محصولات در این است که عایق شیشه ای پایدار آنها دارای مقاومت در برابر رطوبت و مقاومت مواد شوینده شیمیایی است. سری های GWK و FVT همچنین می توانند به راحتی اندوکتانس و مقاومت پایینی را بدست آورند. در این راستا، دو سیم مقاومتی وجود دارد که به صورت دو رشته ای پیچیده شده اند.