כיצד להשתמש בתיקון דיודות במערכת ייצור כוח רוח?

1, עקרון טכני: ארכיטקטורה בסיסית של תיקון דיודות
עקרון הליבה של יישור דיודות מבוסס על מוליכות חד-כיוונית של צומת PN. כאשר חצי המחזור החיובי של זרם חילופין מופעל על האנודה של הדיודה, צומת ה-PN מוטה קדימה והזרם עובר דרכו; במהלך חצי המחזור השלילי, ההטיה ההפוכה מנותקת והזרם נחסם. על ידי הגדרה סבירה של מספר ושיטת החיבור של דיודות, ניתן להשיג את ההמרה מ-AC ל-DC.

תיקון חצי גל: שימוש בדיודה בודדת ושימוש רק בחצי המחזור החיובי של הספק AC, היעילות נמוכה יחסית (מקסימום תיאורטי של 50%), אך המעגל פשוט והעלות נמוכה, מה שהופך אותו מתאים למערכות קטנות לייצור כוח רוח.
תיקון גל מלא: על ידי שימוש במבנה גשר (4 דיודות) או שנאי ברז מרכזי (2 דיודות), היעילות מוגברת ליותר מ-81% על ידי ניצול חצאי המחזור החיובי והשלילי של זרם חילופין. ביניהם, תיקון גשרים הפך לפתרון המיינסטרים לייצור כוח רוח בשל היעדר שנאים מיוחדים ותנודות קטנות במתח המוצא.
יישור תלת פאזי: עבור תפוקת החשמל AC תלת-פאזית מטורבינות רוח, נעשה שימוש במעגל מיישר גשר תלת- המורכב משש דיודות כדי להפחית עוד יותר את אדוות המוצא ולשפר את צפיפות ההספק. לדוגמה, במערכת המחוברת לרשת מחולל סינכרוני של מגנט קבוע עם הנעה ישירה, גשר מיישר דיודות תלת-ממיר את פלט הספק AC תלת-של הגנרטור להספק DC, אשר לאחר מכן מחובר לרשת באמצעות מעגל חיזוק ומהפך.
2, תרחיש יישום: כיסוי מלא מרשת מחוץ לרשת לחיבור לרשת
טכנולוגיית תיקון הדיודות עוברת לאורך כל מחזור החיים של מערכות לייצור כוח רוח, ותרחישי היישום שלה מכסים הן מערכות עצמאיות מחוץ לרשת והן תחנות כוח המחוברות לרשת- בקנה מידה גדול.

מערכת לייצור כוח רוח מחוץ לרשת -בקנה מידה קטן: באזורים מרוחקים או בתרחישים ללא כיסוי רשת, טורבינת הרוח טוענת את הסוללה באמצעות מיישר דיודה ומספקת חשמל לעומס באמצעות מהפך. לדוגמה, מערכת לייצור כוח רוח מחוץ לרשת של 5 קילוואט מאמצת מעגל מיישר גשר תלת-, בשילוב עם בקרת מעקב נקודת חשמל מקסימלית (MPPT), כדי להשיג עלייה של 15% ביעילות לכידת אנרגיית הרוח. במקביל, המוליכות החד-כיוונית של דיודות משמשת למניעת טעינה הפוכה של סוללות, מה שמבטיח את בטיחות המערכת.
מערכת ייצור כוח רוח המחוברת לרשת-בקנה מידה גדול: בתוכנית המחוברת לרשת של מחולל סינכרוני מגנט קבוע עם הנעה ישירה (PMSG), מיישר דיודה משמש כממיר הקצה הקדמי- כדי להמיר את תפוקת המתח המשתנה של המשרעת ותדר משתנה על ידי הגנרטור להספק DC, ולאחר מכן להשיג חיבור רשת של גורם כוח אחד באמצעות מהפך PWM. לדוגמה, טורבינת רוח בהנעה ישירה של 2MW מאמצת מבנה מהפך דיודה+Boost+PWM, עם נצילות מערכת של 96.5%, שהיא גבוהה ב-2 נקודות אחוז מהסכימה המסורתית של מחולל אינדוקציה עם הזנה כפולה (DFIG).
3, אופטימיזציה של יעילות: פריצת דרך בכל השרשרת מבחירת המכשיר ועד לשילוב המערכת
למרות שטכנולוגיית תיקון הדיודות בשלה, היעילות שלה עדיין מושפעת ממאפייני המכשיר, טופולוגיית המעגלים ואסטרטגיות בקרה. התעשייה משיגה פריצות דרך ליעילות באמצעות המסלולים הבאים:

בחירת מכשיר: איטרציה מסיליקון לסיליקון קרביד: לדיודות מסורתיות המבוססות על סיליקון-יש בעיות כגון הפסדי התאוששות הפוכים גבוהים וביצועים גרועים בטמפרטורה-גבוהה. דיודות סיליקון קרביד (SiC) הפכו לבחירה המועדפת עבור תרחישי מתח גבוה-ומתח גבוה{{4}, בשל היתרונות שלהן של שחזור מטען הפוך אפס (Qrr ≈ 0) ויציבות טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת צומת עד 200 מעלות). לדוגמה, לאחר החלפת מכשירים מבוססי סיליקון- בדיודות SiC, הפסדי המיישרים של טורבינת רוח ימית של 10MW הופחתו ב-40%, ויעילות המערכת שופרה ל-97.2%.
חדשנות טופולוגיה: שדרוג מבלתי נשלט לניתן לשליטה: למרות שהמבנה של תיקון דיודות בלתי מבוקר הוא פשוט, יש לו בעיות כמו הרמוניות זרם גבוהות ומקדם הספק נמוך. טכנולוגיית תיקון PWM משיגה זרם סינוסואידי בצד המכונה באמצעות התקנים בשליטה מלאה כגון IGBT, ומבטלת זיהום הרמוני. לדוגמה, טורבינת רוח של 3MW מאמצת מבנה גב-ל-גב של מהפך PWM rectification+PWM כדי להשיג פעולת ארבעה רביעיות, עם מקדם הספק של עד 0.99 ושיעור עיוות הרמוני (THD) של פחות מ-3%.
ניהול תרמי: אבולוציה מקירור טבעי לקירור נוזלי: 70% מהפסדי הדיודות מומרים לחום, ועל כל עלייה של 10 מעלות בטמפרטורת הצומת, טעינת ההתאוששות ההפוכה עולה ב-15% -20%. טכנולוגיית קירור נוזלי מייצבת את טמפרטורת הצומת מתחת ל-150 מעלות על ידי קירור ישיר של שבב הדיודה, ובכך מאריכה את תוחלת החיים של המכשיר. לדוגמה, לאחר שטורבינת רוח ימית של 15MW אימצה תוכנית פיזור חום קירור נוזלי, חיי הדיודה הוארכו מ-8 שנים ל-15 שנים, ועלויות התפעול והתחזוקה הופחתו ב-40%.