Темпы и разнообразие электрификации во многих аспектах нашей повседневной жизни продолжаются, что обусловлено конвергенцией множества факторов. К ним относятся увеличение возобновляемых источников, таких как солнечная энергия от фотоэлектрических панелей и ветровая энергия через большие турбины в сочетании с более плотными, недорогими перезаряжаемыми батареями для хранения, сложными системами управления батареями для контроля их зарядки/разрядки и инверторами для преобразования накопленной энергии в полезную мощность.

Мы видим широкий спектр приложений, от хорошо заметных установок в масштабе сети и средних офисных и жилых приложений до растущего внедрения электромобилей (ЭМ) и их зарядных устройств (рисунок 1) и даже менее заметных ролей, таких как промышленные погрузчики без пропана. Размер и область применения этих систем варьируются от широкомасштабных и региональных до узкоспециализированных и локализованных.

Проблема в деталях

Независимо от размера или масштаба проекта, есть одна истина, которую знает каждый инженер с реальным опытом: именно менее заметные и менее эффектные компоненты часто определяют разницу между системой, которая работает на определенном уровне, но имеет множество недостатков и проблем с производительностью, и системой, которая является прочной, герметичной, надежной и к тому же соответствует многочисленным стандартам безопасности и нормативным требованиям, регламентирующим ее работу.

Компоненты с точными функциями, такие как солнечные панели, ветряные турбины, системы управления аккумуляторами (BMS) и инверторы мощности, получают большую часть усилий и внимания при проектировании. Общественность даже узнает их в некоторой степени из-за их высокого профиля. Тем не менее, реальность такова, что для полной и правильно функционирующей системы требуется гораздо больше «меньших» компонентов. Например, в дополнение к основным блокам скромной солнечно-инверторной установки (рисунок 2) необходимы меньшие и критические функции.

Два из них :

• Контакторы (оранжевый круг 3) — это высокопроизводительные, электрически управляемые переключатели включения/выключения (похожие на реле), используемые для распределения электроэнергии, выполнения функций главного выключателя и общего управления. Контактор позволяет коммутировать и контролировать пути подачи электроэнергии.
• Фильтры ЭМП (оранжевый круг 4) обеспечивают необходимое ослабление синфазных и дифференциальных помех и электромагнитных помех (ЭМП), которые неизбежно создаются инверторами мощности переключения. Без этих фильтров системы хранения энергии на аккумуляторных батареях (BESS) создают чрезмерные помехи, которые влияют не только на их работу, но и на соседние системы, а также, скорее всего, не пройдут сертификацию по нормативным ограничениям.

Размер и материалы должны масштабироваться

Хотя эти контакторы и фильтры имеют принципиальные схемы и функции, аналогичные их аналогам в системе малой мощности, на этом сходство заканчивается (рисунки 3 и 4).

Компоненты должны быть физически более значительными, иметь более прочные внутренние и внешние контакты и соединения, использовать различные материалы и контактное покрытие, а также быть пригодными для жесткого обращения и открытых установок. Из-за более высоких напряжений и токов существуют проблемы, связанные с эрозией контактов, локальным нагревом, а также высоковольтным пробоями и искрением, которые могут ухудшить производительность или привести к прямому отказу.

Более детальный анализ контактора и фильтра дает представление об этих функциях в приложениях с более высокой мощностью.

Серия  высоковольтных контакторов постоянного тока ECK150/200/250  от TE Connectivity (TE) предназначена для управления зарядными станциями для электромобилей, солнечными инверторами, системами хранения энергии от аккумуляторных батарей, автоматизированными управляемыми транспортными средствами (AGV) и аккумуляторными вилочными погрузчиками (рисунок 5). Устройства могут использоваться для напряжения отключения постоянного тока 1000 В постоянного тока и тока отключения 2000 А (оба максимальных значения) с непрерывным током переноса 250 А.

Для достижения этой эффективности они помещены в герметичные цилиндрические корпуса с использованием керамической технологии, что делает их безопасными и надежными.

Контакторы имеют длину 52 мм и диаметр 56 мм, при этом они соответствуют всем соответствующим утверждениям UL, CE и CCC. В качестве дополнительного преимущества встроенный активатор «экономайзера» с широтно-импульсной модуляцией означает, что требуемая мощность удержания контактора составляет всего 1,7 Вт, несмотря на высокие номинальные значения напряжения/тока, что сводит к минимуму потери энергии и тепловое рассеяние.

Серия Corcom AHV трехфазных высокопроизводительных фильтров электромагнитных помех, также от TE Connectivity, представляет собой модули с номинальным напряжением до 760 В переменного тока и номинальным током до 1000 А. Они имеют одно- или двухступенчатую дельта-конфигурацию в компактной конструкции книжной полки или шасси, а также небольшую занимаемую площадь для экономии места и затрат (рисунок 6); наименьшее устройство (7 А) имеет размеры приблизительно 300 мм в глубину × 140 мм в высоту × 70 мм в ширину, в то время как соответствующие размеры наибольшего устройства (180 А) составляют 310 × 265 × 165 мм.

Они хорошо подходят для преобразователей/инверторов возобновляемой энергии, зарядных устройств для электромобилей и другого промышленного оборудования и устройств. Они доступны в одно- и двухкаскадной конфигурации для достижения требуемых целей подавления ЭМП. Например, однокаскадный блок 75-A  с клеммным блоком на входе и выходе имеет следующие синфазные и дифференциальные вносимые потери в дБ (рисунок 7):

Напротив, соответствующий двухкаскадный блок 75A имеет несколько более высокое затухание для обоих режимов на всех частотах (рисунок 8).

Заключение

Хотя высокопрофильные функциональные блоки BESS или более мелкие системы имеют решающее значение, проектировщикам также важно обращать внимание и на выбор пассивных, менее заметных компонентов, таких как контакторы, фильтры электромагнитных помех и даже разъемы. Выбор устройств, не имеющих необходимых номиналов или механической или электрической, механической или экологической прочности, приводит к немедленным недостаткам производительности, проблемам с регулированием и краткосрочным и долгосрочным проблемам надежности. Компания TE Connectivity предлагает полный спектр продукции в широком диапазоне номиналов и форм-факторов для удовлетворения этих потребностей и заполнения больших и малых частей для успешных систем хранения и доставки энергии.

5 просмотров