Qual è l'effetto ritardante dei diodi nella commutazione automatica delle reti di distribuzione?

一, La base fisica delle caratteristiche di ritardo dei diodi
Le caratteristiche di ritardo di un diodo derivano dai processi dinamici dei suoi portatori di carica interni. Quando un diodo passa da uno stato di conduzione a uno stato di interruzione, i portatori di non-equilibrio accumulati nella giunzione PN (come gli elettroni nella regione P e le lacune nella regione N) non scompaiono istantaneamente, ma diminuiscono gradualmente attraverso due percorsi: movimento di deriva sotto l'azione di un campo elettrico inverso e ricombinazione con la maggior parte dei portatori. Questo processo fa sì che la corrente inversa mantenga un valore elevato nella fase iniziale e poi decada gradualmente fino a un valore di stato stazionario, formando un tempo di recupero inverso (Trr). La durata del tempo di recupero inverso influisce direttamente sulla velocità di commutazione del diodo, che a sua volta determina le sue caratteristiche di ritardo nella commutazione automatica.

I dati sperimentali mostrano che il tempo di recupero inverso dei diodi è strettamente correlato alla capacità di giunzione e alla carica immagazzinata. Maggiore è l'area di giunzione PN, maggiore è il numero di cariche immagazzinate e maggiore è il tempo di ritardo; Maggiore è la corrente diretta, maggiore è la quantità di carica immagazzinata e più lungo il tempo di spegnimento; Maggiore è la corrente inversa, più velocemente la carica scompare e più breve è il tempo di spegnimento. Ad esempio, nel circuito raddrizzatore del commutatore automatico nella rete di distribuzione, se vengono utilizzati diodi raddrizzatori ordinari, il tempo di recupero inverso può raggiungere centinaia di nanosecondi o microsecondi, mentre i diodi Schottky possono ridurre il tempo di recupero inverso a nanosecondi attraverso il meccanismo di conduzione della portante maggioritaria, migliorando significativamente la velocità di risposta del commutatore.

2, Implementazione del circuito del controllo del ritardo del diodo nella commutazione automatica
Nella commutazione automatica delle reti di distribuzione, il controllo del ritardo dei diodi si ottiene principalmente attraverso due forme di circuito: uno è un circuito di ritardo basato sulla carica e scarica RC, e l'altro è un circuito di soppressione transitoria basato sulle caratteristiche di recupero inverso dei diodi.

1. Applicazione dei diodi nei circuiti di ritardo RC
Il circuito di ritardo RC ottiene un ritardo temporale attraverso il processo di carica e scarica dei condensatori e il diodo svolge un ruolo nel controllo del percorso di carica e scarica in questo circuito. Ad esempio, nel circuito di controllo della chiusura di un interruttore automatico, quando il segnale di ingresso è alto, il diodo conduce nella direzione in avanti e il condensatore si carica rapidamente attraverso un piccolo resistore, abbreviando il tempo di chiusura; Quando il segnale di ingresso è basso, il diodo viene spento al contrario e il condensatore si scarica lentamente attraverso un grande resistore, prolungando il tempo di apertura. Questo progetto può ottenere un controllo del ritardo che va da decine di microsecondi a millisecondi regolando il rapporto di resistenza diretta e inversa del diodo, soddisfacendo i requisiti di tempo per l'isolamento e il ripristino dei guasti nella rete di distribuzione.

2. Applicazione dei diodi nei circuiti di soppressione dei transitori
Nel circuito di protezione da sovratensione degli interruttori automatici, i diodi (come i diodi TVS) assorbono le sovratensioni transitorie attraverso le loro caratteristiche di rottura inversa e il loro tempo di recupero inverso influisce direttamente sulla velocità di risposta della protezione. Ad esempio, quando i fulmini o le operazioni di commutazione generano sovratensione nella rete di distribuzione, il diodo TVS conduce in nanosecondi, bloccando la sovratensione a un livello di sicurezza e quindi ripristinando lo stato di interruzione attraverso un processo di recupero inverso. Se il tempo di recupero inverso è troppo lungo, potrebbe causare picchi di sovratensione secondaria, quindi i diodi a recupero ultrarapido (come UF4007, Trr<50ns) need to be selected to optimize the protection effect.

3, Applicazione tipica delle caratteristiche di ritardo dei diodi nell'automazione della rete di distribuzione
1. Controllo temporale per l'isolamento e il ripristino del guasto
Nell'automazione degli alimentatori delle reti di distribuzione, gli interruttori automatici devono isolare rapidamente le sezioni difettose in base ai segnali di guasto e ripristinare l'alimentazione alle sezioni non difettose. Le caratteristiche di ritardo dei diodi possono ottenere il coordinamento temporale delle azioni dell'interruttore. Ad esempio, in un circuito di richiusura, il tempo di carica del condensatore è controllato da un diodo per garantire un ritardo di diversi secondi prima della richiusura dopo l'isolamento del guasto, evitando l'impatto ripetuto di guasti transitori. Dopo aver adottato questo schema in un progetto di rete di distribuzione da 10 kV, il tempo di isolamento del guasto è stato ridotto a meno di 200 ms e il tasso di successo della richiusura è aumentato al 98%.

2. Protezione antiriflusso per l'accesso all'alimentazione distribuita
Con la diffusione del fotovoltaico distribuito e dei sistemi di accumulo dell'energia, la rete di distribuzione deve impedire che le fonti di energia distribuite reimmettano elettricità nella rete in caso di guasto. Il diodo è collegato in serie al terminale di uscita dell'inverter, utilizzando la sua conduttività unidirezionale per bloccare la corrente inversa, controllando al tempo stesso la velocità di risposta della protezione antiriflusso attraverso il tempo di recupero inverso. Ad esempio, quando una determinata centrale fotovoltaica adotta diodi Schottky (come SS14, Trr<10ns), the anti backflow protection action time is shortened from milliseconds to microseconds, effectively avoiding the expansion of power grid faults.

3. Controllo sincrono di interruttori nei sistemi di distribuzione DC
Nella rete di distribuzione DC, l'apertura e la chiusura sincrona degli interruttori automatici deve risolvere il problema della riaccensione dell'arco. Il diodo ottiene la sincronizzazione di fase dell'azione di commutazione ritardando il controllo della carica e della scarica del condensatore. Ad esempio, in un interruttore CC, un diodo forma un circuito risonante con un induttore e un condensatore. Regolando l'angolo di conduzione del diodo per controllare la frequenza di risonanza, l'interruttore può rompersi al passaggio per lo zero della corrente, riducendo l'energia dell'arco al di sotto dell'1% e migliorando significativamente la durata dell'interruttore.