Jakie maksymalne napięcie może wytrzymać krzem?

10

Dzisiaj, w wyścigu o wydajność, przeszliśmy z transformatorów do przełączania zasilaczy. Prawie wszystkie zasilacze zostały zaprojektowane do jednofazowego niskiego napięcia (220 V prądu przemiennego / 310 V prądu stałego w moim kraju). Nigdy nie widziałem zasilaczy ATX 380 V 3-fazowych 3+ kW dla komputerów PC pomimo ich wydajności i niższego szumu tętnień. Byłyby bardzo przydatne w stosach GPU. Myślę, że dzieje się tak głównie dlatego, że kondensatory elektrolityczne nie są w stanie przetrwać z rektyfikacją 660 V DC.

I może być jeszcze lepiej naprawić prostownicę linii średniego napięcia 10 kV, jak zwykle w przypadku wiejskiego transformatora. Ale jakie są krzemowe urządzenia ograniczające napięcie (MOSFET), które mogą przetrwać bez awarii?

— psmears
źródło

13

Czy uważasz, że istnieje duży rynek dla zasilaczy ATX 380 V, 3-fazowych, 3 kW? Czy to możliwe, że nikt nie buduje tych dostaw, ponieważ nie ma wystarczającej liczby nabywców, niż z powodu podstawowych ograniczeń technicznych?

— Elliot Alderson

9

Zakładam, że niewiele osób ma łatwo dostępne gniazdka trójfazowe w swoim domu. Ci, którzy to robią, mogą równie dobrze kupić specjalistyczny sprzęt, który może nie być w formacie ATX.

— ilkkachu

5

@ xakepp35 Wymaganie wysokiego prądu wyjściowego na określonej szynie nie oznacza, że potrzebujesz zasilacza trójfazowego. Z łatwością można uzyskać jednofazowe zasilacze o mocy 1200 W, a nawet 1500 W, które są bardziej wydajne niż 95% w standardowej obwiedni obciążenia 80-90%, co jest więcej niż wystarczające dla urządzeń, które faktycznie używają zasilacza ATX o współczynniku kształtu.

— Austin Hemmelgarn,

3

Trójfazowe zasilanie urządzenia o tak niskiej mocy jak 3kW wydaje się całkowicie bezcelowe. Standardowe gniazdka ścienne w brytyjskich domach mogą już dostarczać 3kW każdy (jednofazowy 240V 13A), a w pokoju, w którym wpisuję ten komentarz, jest 6 takich gniazd! Zakładam, że standardowe krajowe przepisy elektryczne w innych krajach są podobne.

— alephzero

2

W Wielkiej Brytanii zazwyczaj mamy nasze gniazda na obwodach 32A 240 V, więc rzadko musimy martwić się o zbyt duże obciążenie jednego obwodu. Inne kraje mają zwykle niższe obwody gniazdowe.

— Peter Green,

32

Można uzyskać tyrystory o wartości znamionowej 8 kV (przy kilku tysiącach amperów) do stosowania w przetwornicach HVDC. Bramka jest sprzężona optycznie z oczywistych powodów, a także dlatego, że gdy jest używana w tandemie na łączach HVDC, różnice prędkości napędu bramki między tyrystorami połączonymi szeregowo są ważne, a optyczny jest nieco bardziej wyraźny pod względem prędkości: -

Ułóż kilka razem w zasobniku z różnymi dodatkami, których potrzebujesz, aby bezpiecznie je kontrolować (lejki itp.), A otrzymasz jeden z tych:

Następnie budujesz pomnik bogów Megavolt, układając tace w taki sposób:

Zwróć uwagę na małego faceta na dole.

Jeśli chodzi o moc, przeczytałem, że potrzeba 40 gramów krzemu, aby kontrolować 20 MW mocy, a wiele z tych instalacji to dosłownie tysiąc MW lub więcej.

I może być jeszcze lepiej wyprostować linię średniego napięcia 10kV, ponieważ zwykle dochodzi do wiejskiego transformatora.

Ach, ale nie dostajesz bezpiecznej izolacji, która byłaby niezawodna - jeden awaria i 10 kV w twoim domu okablowanie nie jest dobre. Dodatkowo, próg rentowności łącza HVDC w porównaniu do zwykłego łącza AC wynosi wiele, wiele mil.

Gdzie są zasilacze 3-fazowe od 380v do 12V?

Cóż, istnieje problem techniczny związany z obwodem stosowanym od wielu lat w „standardowym” trójfazowym obwodzie prostownika:

Problem polega na tym, jak się przełączają i korekcji współczynnika mocy. W dawnych dobrych czasach nikogo to nie obchodziło, ale w dzisiejszych czasach czystość PF i podaż są najważniejsze w wielu krajach. I to jest problem ze standardowym prostownikiem 3-fazowym - nie można go skorygować PF, ponieważ diody nie mogą przewodzić od 0 woltów do 0 woltów (przez pół cyklu) z powodu efektu blokowania innych faz i ich diod. Prąd pulsujący pobierany z zasilania 3-fazowego jest naprawdę zły.

Rozwiązaniem jest użycie trzech jednofazowych (z poprawką PF) wszystkich źródeł zasilania do wspólnej szyny prądu stałego. Zatem nowoczesne 3-fazowe zasilanie przełączające to tak naprawdę trzy jednofazowe źródła zasilania.

W jaki sposób tyrystory HVDC mogą to zrobić? Używają filtrów tak dużych jak małe domy, aby tłumić generowane harmoniczne.

Zwróć uwagę na względny rozmiar filtrów harmonicznych w porównaniu do „komory zaworów”, w której znajdują się wszystkie „zawory” tyrystora. Wszystkie rodzaje podwójnie i pojedynczo dostrojonych filtrów są używane tylko do usunięcia tych harmonicznych, a jeśli ta sama technika byłaby zastosowana w przypadku bardziej zwykłych standardowych zasilaczy z przełączaniem trójfazowym (takich, które nigdy nie spełnią nowoczesnych przepisów), to zgadnij co; koszt filtrowania jest większy niż dodatkowy koszt poszczególnych dostaw z wbudowaną korekcją PF.

Czy możesz podać link do nazwy modelu, a przynajmniej nazwać serię produktów?

Tarcze tyrystorowe Infineon o mocy do 8 kV i 4800 amperów .

— Andy aka
źródło

Nie wiedziałem, co masz na myśli przez sprzężenie optyczne (ani jakie oczywiste powody miały zastosowanie), więc zacząłem czytać w Wikipedii, co wystarczająco dobrze wyjaśniło sytuację. Zauważam jednak, że artykuł z Wikipedii, chociaż odnotowuje zastosowanie i zalety sprzężenia optycznego, sugeruje, że wciąż nie jest on powszechny, a sprzężenie elektryczne jest nadal bardziej normą. Czy zatem ten artykuł byłby nieaktualny? A może wersje 8 kV są tymi, które otrzymują sprzęgło optyczne?

— KRyan,

@KRyan, na pewno, optycznie połączone diody LED są rezerwą typów znamionowych wysokiego napięcia, o których wspomniałem w mojej odpowiedzi.

— Andy aka

Ach, mówiłem niejasno: Wikipedia mówiła o „HVDC” - czy 8 kV jest szczególnie wysokie nawet w tej kategorii?

— KRyan,

1

Mogę odpowiedzieć na jedno z nich. W latach 80. przestaliśmy używać optycznie sprzężonych tyrystorów.

— winny

1

@Barleyman Nie, to nie zadziała - pomyśl o tym lub narysuj, aby zobaczyć problemy. Przynajmniej najbardziej aktywna faza (ta, która osiąga maksimum) odwróci uprzedzenie mostków pozostałych dwóch faz, co oznacza, że nie będzie od nich prądu przez znaczny okres cyklu, a to oznacza, że korekcja PF nie może praca.

— Andy aka

8

Ale czym są silikonowe klucze (mosfety) z limitem napięcia, które mogą przetrwać bez przebicia?

Praktycznie nie ma limitu; jeśli twoje napięcie przekracza napięcie przebicia elementu, cóż, umieść dwa w szeregu.

Istnieją krzemowe prostowniki półprzewodnikowe do przenoszenia prądu stałego o wysokim napięciu. Działają one na poziomie około 800 kV lub więcej.

Mimo to próba użycia wielu kV jako źródła zasilania, które ostatecznie generuje napięcie o trzy rzędy wielkości mniejsze, byłaby głupio droga. Ponadto niezwykle niebezpieczne jest manipulowanie wieloma kV w instalacjach domowych, co jest po prostu niemożliwe (izolacja może z łatwością stać się grubsza niż otwory kablowe).

— Marcus Müller
źródło

Hmm, przede wszystkim interesowałem się procesorami \ GPU, wydaje się, że potrzebują one około 1 wolta i nieskończenie wielu wzmacniaczy (więcej masz = więcej układów, które możesz wzmocnić). Czy istnieje jakieś urządzenie, które może przekształcić 10kV 1amp na 1v 10kAmp?

1

Co byś umieścił pomiędzy wejściem 10kV a 10000 GPU? Transformator 10k-> 380? A może istnieje jakiś zasilacz o mocy 10 kilowoltów?

10 kV zostałoby obniżone prawdopodobnie 2 lub więcej razy, aby uzyskać napięcie około 400 V, które można by następnie skorygować w prąd stały, a zasilacze przełączające obniżają go w razie potrzeby.

— CrossRoads,

6

Zasilacz 1v 10kA bardziej przypomina dużą zgrzewarkę punktową niż cokolwiek sensownego dla wnętrza komputera. Biorąc pod uwagę straty rezystancyjne, rozsądnie wydaje się rozdział mocy przy 240 V i konwersja w dół tak blisko punktu użytkowania, jak to możliwe.

— pjc50,

2

@ xakepp35 największe materiały eksploatacyjne, jakie widziałem u renomowanego producenta, to 2KW (bez FSP ). Widziałem nieznacznie wyższe jednostki bez nazwy z Chin, ale nie chciałbym być w żadnym budynku, w którym ktoś jest pod napięciem. Prawdopodobnie> 90% ich mocy wyjściowej jest ostatecznie dostarczane wokół 1 V, ale z oczywistych powodów w odległości kilku cali PCB od zużywających się układów. Nie zdziwiłbym się, gdyby niektóre duże obudowy typu blade / PDU w szafie mogły trafić do 10 kW, chociaż myślę, że normalnie używają wyższego pośredniego napięcia stałego niż 12V ATX.

— Dan Is Fiddling By Firelight

2

W rzeczywistości budują transformatory półprzewodnikowe o większej wydajności i kontroli, pracujące przy 7,2 kV

Lepszym rozwiązaniem jest przełącznik roboczy elektroniki mocy, oparty na krzemie tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT). Urządzenia te zostały wykorzystane do budowy SST do zastosowań kolejowych w Europie. I z pewnością są szybsze. Ale najbardziej rygorystyczne urządzenia komercyjne są w stanie wytrzymać napięcia nawet do około 6,5 kilowolta. Chociaż to napięcie przebicia jest idealnie odpowiednie dla szeregu zastosowań energetycznych, nie wystarcza do obsługi energii elektrycznej przepływającej przez transformatory dystrybucyjne; w Stanach Zjednoczonych typowe napięcie na dolnym końcu widma wynosi 7,2 kV.

Używają węglika krzemu, który ma większą szczelinę i jest bardziej odporny na problemy z ogrzewaniem również:

Na szczęście krzem nie jest jedyną opcją. W ciągu ostatnich 10 lat poczyniono ogromne postępy w rozwoju przełączników opartych na złożonych półprzewodnikach - w szczególności węgliku krzemu. Węglik krzemu ma szereg atrakcyjnych właściwości, które wynikają z jego dużego odstępu - przeszkodę energetyczną, którą należy pokonać, aby przejść z izolatora na przewód. Pasmo wzbronione węglika krzemu wynosi 3,26 wolta elektronowego do 1,1 eV krzemu, co oznacza, że materiał może być narażony na znacznie wyższe pola elektryczne i temperatury niż krzem bez rozpadu. Ponieważ ten złożony półprzewodnik jest w stanie wytrzymać znacznie wyższe napięcia, zbudowane z niego tranzystory mocy mogą być bardziej kompaktowe, co z kolei pozwala im przełączać się znacznie szybciej niż ich odpowiedniki na bazie krzemu.

Źródła: https://spectrum.ieee.org/energy/renewables/smart-transformers-will-make-the-grid-cleaner-and-more-f Flexible

— Skok napięcia
źródło

Trudno mi w to uwierzyć (7 kV). Czyż nie ustawiają w stos urządzeń z każdym złączem o napięciu 1200 V?

— Peter Mortensen,

Europejskie pociągi dużych prędkości AFAIK jeżdżą przy 25kV.

— MSalters

25 kV to napięcie zasilania; w pociągach jest przekształcany do około 1500 V.

— Michael Harvey

@PeterMortensen Uważam, że artykuł źródłowy próbuje rozwiązać ten problem (między dwoma cytowanymi tutaj paragrafami). Nie mam uprawnień do oceny jego ważności.

— Dan Is Fiddling By Firelight

2

Hybrydy Mitsubishi IGBT z wejściem FET Wyjścia BJT mogą teraz przełączać megawaty i bardzo wysokie napięcie 15kV, a także są używane w inteligentnych falownikach i 600V GTI w macierzach w celu redundancji do mniejszych GTI, takich jak jednostki Huawei 2000S 50kW.

Poniżej znajduje się hybrydowy IGBT Mitsubishi, który ma wiele patentów na wyjątkowo wysoką energię przełączania i wyjątkowo niski wewnętrzny sterownik ESL i ESR. (indukcyjność i opór) Myślę, że teraz pracują nad ósmą generacją.

TI ma również świetne informacje o projekcie na swoich IGBT

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
źródło

4

Dzięki! Czy możesz podać link do nazwy modelu, a przynajmniej nazwać serię produktów?

3

czy uważasz, że możesz samemu zbadać

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

(-1 za wredny komentarz „po prostu google to” w obronie odpowiedzi naprawdę niskiego wysiłku)

— user371366

@ dn3s Zwykle wkładam więcej wysiłku niż pytanie, to nie jest ponure, to uczenie uczniów, jak być mniej zależnym google.com/...

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

to nie jest rodzaj szkolenia, które ma zapewnić ta strona. Celem stackexchange jest bycie referencją, a nie forum. W każdym razie, ciesząc się, że poprawiłeś swoją odpowiedź, usunąłem moje -1 (chociaż nadal wydaje się bardziej jak reklama konkretnego produktu, podczas gdy inne odpowiedzi bardziej bezpośrednio dotyczą samego pytania)

— użytkownik371366