מהן ההשלכות של קצר דיודה או מעגל פתוח על מערכת האנרגיה?

一, תגובת שרשרת של תקלת קצר במעגל דיודה
1. מנגנון קצר חשמלי ותנאי הפעלה
קצר בדיודה נגרם בדרך כלל מהתמוטטות שבב, פיצוח אריזה או הלחמה לקויה. בסביבות טמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה, ספיגת הלחות והתרחבותם של חומרי האריזה עלולים לגרום לשבירת שכבת המתכת הפנימית; בתרחישי מתח יתר, צמתי PN עשויים להתנהל לצמיתות עקב התמוטטות מפולת. לדוגמה, פרויקט מהפך פוטו-וולטאי חווה קצר חשמלי בתוך 10ms עקב מתח יתר הפוך של הדיודה שנגרם מפגיעת ברק.

2. השפעה ברמת המערכת
(1) שינוי בנתיב העברת האנרגיה
כשל במעגל מיישר: במעגל מיישר גשר, אם דיודה קצרה, היא תגרום להולכה ישירה בין הצדדים AC ו-DC, מה שיוביל לרוויה של שנאי או משרן. עקב קצר חשמלי בדיודה המיישרת של פרויקט מסוים של מערכת אחסון אנרגיה, זרם הכניסה עלה פי שלושה מהערך הנקוב, והשנאי נשרף תוך 5 שניות.
קצר חשמלי במעגל הגלגל החופשי: במעגלי הנע מנוע או אחסון אנרגיה אינדוקטיביים, קצר- בדיודה החופשית עלול לפגוע בנתיב משוב האנרגיה. לדוגמה, בפרויקט מסוים של מהפך לרכב חשמלי, עקב קצר בדיודה החופשית, הכוח האלקטרו-מוטיבי האחורי של המנוע הופעל ישירות על התקן הכוח, מה שגרם למודול ה-IGBT להתפוצץ תוך 100 μ שניות.
(2) כשל במנגנון ההגנה
כשל בהגנה נגד הפוך: במערכות DC, קצר חשמלי בדיודה נגד היפוך עלול לגרום לנזק ישיר לציוד כאשר קוטביות ההספק מתהפכת. פרויקט ה-UPS במרכז נתונים מסוים ספג הפסדים של למעלה מ-500,000 יואן עקב קצר-במעגל של דיודה נגד הפוך, מה שגרם למודול המיישר להישרף במהלך פעולת תחזוקה שגויה.
מעקף הגנת מתח יתר: קצר בדיודות TVS יגרום לה לאבד את פונקציית ההידוק שלה, ומתח יתר ישודר ישירות למעגל הבא. עקב קצר במעגל דיודה של TVS בפרויקט מסוים של מערך פוטו-וולטאי, מתח המוצא של הרכיבים זינק ל-1000V (מדורג 600V), מה שגרם לכשלים בממירים בקנה מידה גדול.
(3) סכנת בריחה תרמית
קצר חשמלי גורם לשינוי בנתיב הזרם, וכתוצאה מכך לעלייה משמעותית בצפיפות הזרם המקומית. בדיקה של פרויקט ממיר כוח רוח הראתה כי לאחר קצר בדיודה, טמפרטורת הצומת של מכשירי חשמל סמוכים עלתה מ-85 מעלות ל-200 מעלות תוך 2 שניות, מה שגרם לבריחת השרשרת התרמית.

2, סיכונים מערכתיים של תקלות במעגל פתוח של דיודה
1. מנגנון מעגל פתוח ותרחישים אופייניים
מעגל פתוח נגרם בדרך כלל מקריסת ריתוך, שבירה של שבב או שבירה של עופרת. בסביבות רטט (כגון רכבים חשמליים), שבר עייפות עופרת הוא גורם שכיח; בתרחישים של טמפרטורה גבוהה, חוסר ההתאמה בין מקדם ההתפשטות התרמית של האריזה והשבב עלול להוביל לסדקים.

2. השפעה ברמת המערכת
(1) הפסקת העברת אנרגיה
אובדן פלט תיקון: במעגל תיקון תלת-פאזי, אם דיודה פתוחה במעגל, היא תגרום לעלייה באדוות מתח המוצא. פרויקט מסויים של אספקת חשמל תעשייתי גרם לאדוות מתח המוצא לעלות מ-5% ל-30% בגלל המעגל הפתוח של הדיודה, וכתוצאה מכך לפעולה שגויה של ציוד העומס.
מעגל גלגל חופשי מנותק: במעגל אחסון אנרגיה אינדוקטיבי, דיודת גלגל חופשי פתוחה עלולה לגרום לאנרגיה של המשרן להשתחרר לשום מקום, וכתוצאה מכך לקוצים במתח גבוה. פרויקט נהג LED מסוים חווה עלייה במתח המשרן ל-800V (מדורג 400V) עקב מעגל פתוח בדיודה החופשית, וכתוצאה מכך התמוטטות MOSFET.
(2) אובדן פונקציית ההגנה
כשל בהגנה מפני זרם יתר: בקבוצת דיודות מקבילות, אם אחת מהדיודות פתוחה, הדיודות הנותרות צריכות לשאת זרם גדול יותר. פרויקט מסוים של איזון סוללות אחסון אנרגיה גרם לעומס יתר ושחיקה של דיודות אחרות עקב מעגל פתוח של דיודה אחת, וכתוצאה מכך טעינת יתר של ערכת הסוללות.
כשל בפונקציית הבידוד: בהגנה על רמת המודול הפוטו-וולטאי, מעגל פתוח בדיודה המעקף יכול להחמיר את אפקט הנקודה החמה. בשל המעגל הפתוח של דיודת המעקף בפרויקט מסוים של תחנת כוח פוטו-וולטאית, הטמפרטורה של רכיב מסוים עלתה ל-150 מעלות תחת חסימת צל, מה שגרם לשבירת זכוכית.
(3) יציבות המערכת יורדת
מעגל פתוח יכול לגרום לשינויים בטופולוגיית המעגל, מה שעלול להוביל לתהודה או תנודה. פרויקט מסוים של מודול טעינת רכב חשמלי חווה מעגל פתוח של דיודה, מה שגרם למעגל התהודה של LLC להתנתק ולמתח המוצא להשתנות ביותר מ-±15%, מה שגרם לכיבוי מגן.

3, השלכות של תקלות במערכות אנרגיה טיפוסיות
1. מערכת ייצור חשמל פוטו-וולטאית
השפעה על רמת הרכיב: מעגל פתוח בדיודה המעקף יכול לגרום לטמפרטורת הנקודה התרמית של הרכיב לחרוג מהמגבלה כאשר חסימה חלקית, ולהאיץ את ההזדקנות של חומר האריזה; קצר חשמלי עלול לגרום לתקלת קשת צד DC. על פי נתונים סטטיסטיים מתחנת כוח פוטו-וולטאית של 5MW, תקלות דיודות מהוות 18% מהתקלות ברכיבים, וכתוצאה מכך אובדן שנתי של מעל 500,000 קילוואט בייצור חשמל.
השפעה על רמת המהפך: קצר חשמלי של דיודת המיישר עלול לגרום למתח אוטובוס DC בלתי מבוקר, המוביל לפיצוץ מודול IGBT; מעגל פתוח מוביל לזרם כניסה לסירוגין, הגורם לרעש ורטט של שנאי.
2. מערכת אגירת אנרגיה
השפעה על איזון הסוללה: מעגל פתוח בדיודה של מעגל האיזון יכול להוביל לחוסר עקביות מוגברת בחבילת הסוללות ולקצר את חיי המחזור; קצר חשמלי עלול לגרום לטעינת יתר/פריקת יתר. עקב תקלה בדיודה האיזון של פרויקט מסוים של תחנת כוח לאגירת אנרגיה, שיעור הפחתת הקיבולת של ערכת הסוללות גדל מ-3% לשנה ל-8% לשנה.
השפעת המרת DC/DC: מעגל פתוח של דיודת מיישר סינכרוני יכול להוביל לירידה ביעילות של יותר מ-10%; קצר חשמלי עלול לגרום לחריגה במתח המוצא.
3. מערכת טעינת רכב חשמלי
השפעת מודול הטעינה: קצר במעגל דיודה במעגל PFC יכול לגרום לקצב עיוות זרם הכניסה לחרוג מהסטנדרט, מה שמפעיל הגנת רשת; מעגל פתוח יגרום למקדם ההספק לרדת מתחת ל-0.7 ולגרום לקנס מרשת החשמל.
השפעת מטען הרכב: מעגל פתוח של דיודת מיישר פלט יגרום להפרעה בטעינה; קצר חשמלי עלול לגרום למתח יתר בסוללה. בתקרית ריקול מסויימת של רכבים, יותר מ-20,000 כלי רכב נזכרו בשל הסיכון לקצר של דיודות הפלט.
4, אבחון תקלות ואסטרטגיית הגנה
1. טכנולוגיית ניטור מקוונת
ניטור מתח/זרם: ניטור בזמן אמת של המתח והזרם על פני הדיודה באמצעות חיישני הול, הפעלת אזעקה אם יש תנודה חריגה העולה על 10%.
Infrared temperature measurement: Infrared thermal imager is used to monitor the surface temperature of the diode. When the junction temperature exceeds the limit (such as SiC diode>175 מעלות), הוא יכבה אוטומטית.
ניתוח ספקטרום עכבה: על ידי הזרקת אותות- בתדר גבוה כדי לזהות את ההתנגדות הסדרתית המקבילה של דיודות, העכבה מתקרבת לאינסוף במעגל פתוח ואפס בקצר.
2. עיצוב מיותר
יתירות מקבילה: דיודות מרובות מחוברות במקביל במעגלים קריטיים, והמערכת עדיין יכולה לפעול במקרה של תקלה בודדת. לדוגמה, מהפך כוח רוח מסוים משתמש ב-4 דיודות SiC מקבילות, ויעילות המערכת יורדת רק ב-2% לאחר מעגל פתוח בודד.
נתיב גיבוי: התקן מתג מכני במקביל לדיודה במעגל האנטי הפוך, ועבור אוטומטית לנתיב המתג כאשר הדיודה נכשלת.
3. שדרוגי חומרים ותהליכים
אריזה עמידה בפני לחות: אריזה קרמית או אטומה משמשת לאימות אמינות באמצעות בדיקות כפולות של 85 (85 מעלות / 85% RH/1000h).
הלחמת מתח נמוך: השתמש בהלחמה נטולת עופרת- ובמובילים אלסטיים כדי לאמת עמידות בפני עייפות באמצעות בדיקות רעידות (כגון 5-2000Hz/10g).
5, מקרה מבחן: תקלת דיודה בממיר כוח רוח בים
פרויקט כוח רוח בים מסוים ממוקם באזור מועד לטייפון, והתכנון המקורי השתמש בדיודות-רגילות מבוססות סיליקון. לאחר שנתיים של פעילות, מספר מובילי דיודות נשברו (מעגל פתוח) עקב רטט, ו-3 דיודות היו קצרים עקב קורוזיה בתרסיס מלח. תקלה הגורמת:

הפסקת העברת אנרגיה: 12 ממירים מושבתים, וכתוצאה מכך אובדן יומי של מעל 50MWh של ייצור חשמל לכל מהפך;
נזק לשרשרת הציוד: פיצוץ מודול IGBT שנגרם כתוצאה מקצר חשמלי, עלות התיקון עולה על 2 מיליון יואן;
פגיעה ביציבות המערכת: מעגל פתוח מוביל לזרם כניסה לסירוגין, ורעש שנאי מגיע ל-85dB (עיצוב<65dB).
תוכנית השיפור כוללת:

שדרוג מכשיר: החלף בדיודות SiC ואריזות קרמיות;
חיזוק מבני: שימוש בסוגריים להפחתת רעידות ושלושה ציפויי הוכחה;
שדרוג ניטור: פרוס חיישני טמפרטורה ורטט אינפרא אדום.
לאחר שיפור, המערכת פועלת ברציפות במשך 3 שנים ללא תקלות דיודות, עם עלייה שנתית של ייצור חשמל של 12% והפחתת עלויות תחזוקה של 70%.