EN
Gyorslinkek
A decentralizált energiatermelés gyors fejlődésével a háztartási energiatároló rendszerek egyre fontosabbá váltak az energiahatékonyság javításában és az áramellátás stabilitásának növelésében. A háztartási energiatároló rendszerek alapvető elemeiként az irányváltó DC-DC átalakítók kulcsszerepet játszanak a hatékony és rugalmas kétirányú energiaáramlás megvalósításában az akkumulátorok, a hálózat vagy a fogyasztók között. Az irányváltó DC-DC átalakítók különféle alkatrészei között a nagyáramú teljesítményinduktorok kiemelkedő szerepet töltenek be, teljesítményük pedig közvetlenül befolyásolja az átalakítók általános hatásfokát, stabilitását és megbízhatóságát.
1- Az irányváltó DC-DC átalakítók működési elvének áttekintése a FOLOLDAL Energiatároló rendszerek
A kétirányú DC-DC átalakítók energiát tudnak továbbítani különböző DC feszültségszintek között. Töltési üzemmódban a hálózatból vagy fotovoltaikus forrásokból származó magasabb feszültséget alakítják át alacsonyabb, akkumulátor-töltéshez alkalmas feszültséggé az energia tárolása céljából. Kimerítési üzemmódban az alacsonyabb akkumulátorfeszültséget emelik magasabb feszültségre, amely megfelel a terhelés igényeinek, vagy visszatáplálható a hálózatba. Vegyük példaként a gyakori Buck-Boost típusú kétirányú DC-DC átalakítót: a Buck lefokozó üzemmódban, amikor a teljesítménykapcsoló (MOSFET) be van kapcsolva, a bemeneti tápegység az induktoron keresztül táplálja a terhelést, növelve az induktor áramát és energiát tárolva. Amikor a kapcsoló ki van kapcsolva, az induktor árama tovább folyik a terhelés felé egy szabadonfutó diódán (vagy szinkron egyszerűsítőn) keresztül, felszabadítva a tárolt energiát, így biztosítva a folyamatos energiaellátást a kapcsoló kikapcsolt állapotában is. A Boost emelő üzemmódban, amikor a kapcsoló be van kapcsolva, a bemeneti tápegység feltölti az induktort, amely energia tárolására szolgál. Amikor a kapcsoló ki van kapcsolva, az induktor és a bemeneti tápegység együttesen növelik a kimeneti feszültséget.
1. ábra. Lakóövezeti energiatárolási alkalmazási forgatókönyv diagram
2- Az erőátviteli tekercsek szerepe a kétirányú DC-DC átalakítókban
Az erőátviteli tekercsek kulcsfontosságú alkatrészekként döntő szerepet játszanak a kétirányú DC-DC átalakítókban az energia tárolása és átvitele során. Amikor a kapcsoló bekapcsolódik, a tekercs árama fokozatosan növekszik, és az elektromos energiát mágneses energiaként tárolja a tekercs. Amikor a kapcsoló kikapcsol, a tekercs árama csökken, és a mágneses energia visszaváltozik elektromos energiává, biztosítva ezzel az áram folytonosságát az áramkörben, valamint a feszültség emelését vagy csökkentését. Mivel az erőátviteli tekercsek a kétirányú DC-DC átalakítókban elsősorban nagy hullámzású áramkörnyezetben működnek, jelentős veszteségek lépnek fel. A tekercs DCR értékének csökkentése és a működési frekvencia növelése segíthet a veszteségek mérséklésében nagy hullámzású áramkörülmények között.
3- Az erőátviteli tekercsek hatása a kétirányú DC-DC átalakítókra
3.1 Induktivitás értéke
Az induktivitás értéke közvetlenül befolyásolja az átalakító feszültségátalakítási arányát, áramlökését és dinamikus válaszsebességét. Amikor az induktivitás értéke nagy, az áramlökés kicsi, ami simább kimeneti feszültséget eredményez, elősegítve ezzel az átalakító hatásfokának és stabilitásának javulását. Ugyanakkor ez lassíthatja az átalakító dinamikus válaszát, így terhelésváltozáskor nem tud gyorsan reagálni a kimeneti feszültség szabályozásában. Ha az induktivitás értéke túl kicsi, bár a dinamikus válasz gyors, az áramlökés nagy lesz, növelve az aktív elemek veszteségeit, csökkentve az átalakító hatásfokát, sőt rezgéseket is okozhat a körben, így zavarva a rendszer normál működését. A gyakorlati tervezés során figyelembe kell venni az átalakító működési módját, a terhelés jellemzőit és a teljesítménykövetelményeket, hogy pontosan meg lehessen határozni az induktivitás értékét.
3.2 Telítési áram
Amikor az induktoron áthaladó áram túl nagy, a mag mágneses fluxussűrűsége eléri a telítési értéket, az induktor mágneses telítődési állapotba kerül, és az induktivitás értéke hirtelen csökken. Kétirányú DC-DC átalakítók esetén az induktor mágneses telítődése az áram irányításának elvesztéséhez, a hullámosság jelentős növekedéséhez és a kapcsolókészülékek túláram miatti meghibásodásához vezethet, ami súlyosan befolyásolja az átalakító normál működését. A mágneses telítődés elkerülése érdekében megfelelően meg kell tervezni a mag anyagát és méretét, hogy biztosítsuk, az induktor ne kerüljön telítődési állapotba az átalakító maximális üzemi árama mellett. Ugyanakkor olyan módszerek alkalmazhatók, mint a légrés növelése, amely kiterjeszti az induktor lineáris működési tartományát, és javítja az átalakító megbízhatóságát. Codaca függetlenül fejlesztett ki több sorozatot nagyáramú mágneses por maggal rendelkező tekercsekben, amelyek szabadalmaztatott összetételű mágneses por magokat használnak a tekercsek telítődési jellemzőinek javítására.
3.3 Egyenáramú ellenállás (DCR)
A DC ellenállás a tekercselés belső ellenállását jelenti egyenáramú körülmények között. Minél alacsonyabb a DCR, annál kisebb az áramvezetés során keletkező veszteség, így növelve az általános hatásfokot.
Kiválasztáskor elsősorban az alacsony DCR-jellemzőkkel rendelkező termékeket érdemes részesíteni előnyben a vezetési veszteségek csökkentése és az átalakító hatásfokának javítása érdekében.
3.4 Üzemeltetési frekvencia
A kétirányú DC-DC átalakítók kapcsolási frekvenciájának növelésével csökkenthetők a passzív alkatrészek, például tekercsek és kondenzátorok méretei, javulva ezzel az átalakító teljesítménysűrűsége és dinamikus válaszideje. Azonban amikor a tekercsek magas frekvencián működnek, a parazita paraméterek hatása erősödik, a bőrhattyantás és a közelségi hatás miatt jelentősen megnő a tekercsveszteség. A hagyományos mágneses anyagok nem mindig felelnek meg az elvárásoknak, ami súlyosbítja a magveszteségből adódó felmelegedés problémáját. Ezért az induktivitások kiválasztása magas frekvenciás alkalmazásokhoz kulcsfontosságú lépés a rendszer stabil működésének biztosításában.
3.5 Üzemelési hőmérséklet
A háztartási energiatároló rendszerek összetett környezetben működnek, ezért a teljesítményinduktivitásoknak kitűnő fizikai tulajdonságokkal és környezeti alkalmazkodóképességgel kell rendelkezniük. Az induktor méretének és súlyának meg kell felelnie a háztartási energiatároló berendezések kompakt tervezési követelményeinek. Magas hőmérsékleten és páratartalom mellett fellépő kemény körülmények között az induktornak stabil teljesítményt kell nyújtania, olyan maganyaggal, amely kevéssé érzékeny a hőmérsékletre és a páratartalomra, jó hőelvezetést, valamint nedvesség-, penész- és korrózióállóságot mutat. Kiválasztáskor előnyben részesítendők a magas üzemi hőmérsékleten működő, alacsony hőmérsékleti és DC előfeszítési jellemzőkkel rendelkező induktorok, például nagyáramú ferritmagos termékek.
4 - Codaca megoldásai háztartási energiatároló kétirányú DC-DC átalakítókhoz
A Codaca több adaptált indukciós megoldást is kínál lakóépületekhez való kétirányú DC-DC átalakítókhoz, amelyeket önálló kutatás-fejlesztés és technológiai innováció eredményeként dolgozott ki, hozzájárulva a zöld és alacsony szén-dioxid-kibocsátású fejlődéshez. A CODACA több modelljű nagyáramú teljesítményinduktort is piacra dobott, különféle villamos jellemzőkkel és csomagolási tervekkel, hogy eleget tegyen az ilyen alkalmazásokban szükséges magas teljesítményű induktorok követelményeinek. Ezek közül a Codaca által önállóan kifejlesztett, mágneses porból készült maggal rendelkező nagyáramú teljesítményinduktor kiemelkedik magas telítődési áramértékével, alacsony veszteségével, magas átalakítási hatásfokával és magas üzemelési hőmérsékletével, így kielégíti a lakóépületek kétirányú DC-DC átalakító rendszereinek igényeit a magas üzemi áram, az alacsony veszteség és a magas teljesítménysűrűség tekintetében.
2. ábra. Codaca nagyáramú induktor
A teljesítményinduktivitások a háztartási kétirányú DC-DC átalakítók alapvető alkotóelemei, és elhelyezhetetlen szerepet töltenek be az energiatárolásban és -átalakításban, valamint az áramlökés-csökkentésben. Teljesítményük közvetlenül befolyásolja az átalakítók hatékonyságát, stabilitását és megbízhatóságát. A háztartási energiatárolási technológia folyamatos fejlődésével egyre szigorúbbak lesznek a teljesítményinduktivitásokkal szemben támasztott követelmények, ahol a nagy teljesítménysűrűség, a magas frekvenciás működés és az integráció kulcsfontosságú fejlesztési irányvonalakká váltak. Ezekre a kihívásokra válaszul a Codaca Electronics mélyreható kutatásokat végez a mágneses maganyagok fejlesztése és a szerkezeti tervezés optimalizálása terén, folyamatosan javítva ezzel a teljesítményinduktivitások teljesítményét, így megalapozva a háztartási kétirányú DC-DC átalakítók teljesítményfokozását és technológiai innovációját. Ez hozzájárul a háztartási energiatároló rendszerek szélesebb körű és hatékonyabb alkalmazásához a decentralizált energia területén.