Was ist die maximale Spannung, die Silizium verarbeiten kann?

Sie können Thyristoren mit einer Nennspannung von 8 kV (bei mehreren tausend Ampere) für den Einsatz in HGÜ-Wandlern erhalten. Das Gate ist aus offensichtlichen Gründen optisch gekoppelt und auch, weil bei Verwendung im Tandem auf HGÜ-Verbindungen die Unterschiede in der Gate-Antriebsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten Thyristoren wichtig sind und optisch in Bezug auf die Geschwindigkeit etwas eindeutiger ist: -

Stapeln Sie ein paar zusammen in einem Tablett mit den verschiedenen Extras, die Sie benötigen, um sie sicher zu kontrollieren (Snubber usw.), und Sie erhalten eines davon: -

Dann baust du den Göttern von Megavolt ein Denkmal, indem du die Tabletts wie folgt stapelst: -

Beachten Sie den kleinen Kerl unten.

In Bezug auf die Leistung habe ich gelesen, dass 40 Gramm Silizium benötigt werden, um 20 MW Leistung zu steuern, und viele dieser Installationen haben buchstäblich tausend MW oder mehr.

Und es könnte noch besser sein, die 10kV-Mittelspannungsleitung gleichzurichten, da es normalerweise um Dorftransformatoren geht.

Ah, aber Sie erhalten keine sichere Trennung, die zuverlässig ist - ein Ausfall und 10 kV in Ihrer Hausverkabelung sind nicht gut. Außerdem liegt der Break-Even-Punkt einer HGÜ-Verbindung im Vergleich zu einer normalen Wechselstromverbindung bei vielen, vielen Kilometern.

Wo sind 3-phasige 380-V- bis 12-V-Netzteile?

Nun, es gibt einen technischen Haken, der der Schaltung eigen ist, die seit vielen Jahren in der "Standard" -3-Phasen-Gleichrichterschaltung verwendet wird: -

Das Problem ist, wie sie schalten und den Leistungsfaktor korrigieren. In der guten alten Zeit hat sich niemand darum gekümmert, aber heutzutage ist die Sauberkeit von PF und Versorgung in vielen Ländern von größter Bedeutung. Und das ist das Problem mit dem Standard-3-Phasen-Gleichrichter - er kann nicht PF-korrigiert werden, da Dioden aufgrund der Sperrwirkung der anderen Phasen und ihrer Dioden nicht von 0 Volt bis 0 Volt (während einer Halbperiode) leiten können. Der pulsierende Strom aus der 3-Phasen-Versorgung ist wirklich schlecht.

Die Lösung besteht darin, drei einphasige (und PF-korrigierte) Versorgungen zu verwenden, die alle Beiträge zu einem gemeinsamen DC-Bus liefern. Das moderne 3-Phasen-Schaltnetzteil besteht also tatsächlich aus drei einphasigen Netzen.

Wie machen die HGÜ-Thyristoren das, fragen Sie sich vielleicht? Sie verwenden Filter, die so groß wie kleine Häuser sind, um die erzeugten Oberwellen zu löschen.

Beachten Sie die relative Größe der harmonischen Filter im Vergleich zur "Ventilhalle", in der sich alle Thyristor-"Ventile" befinden. Alle Arten von doppelt und einfach abgestimmten Filtern werden verwendet, um diese Oberwellen zu entfernen, und wenn die gleiche Technik für gewöhnlichere Standard-3-Phasen-Schaltversorgungen verwendet würde (diejenigen, die niemals der modernen Gesetzgebung entsprechen werden), dann wissen Sie was; Die Kosten für die Filterung sind höher als die zusätzlichen Kosten für einzelne Verbrauchsmaterialien mit eingebauter PF-Korrektur.

Könnten Sie einen Link zum Modellnamen bereitstellen oder zumindest die Produktserie benennen?

Infineon Thyristorscheiben mit einer Nennspannung von bis zu 8 kV und 4800 Ampere .

Aber welche Spannungsgrenze können Siliziumschlüssel (Mosfets) überleben, ohne durchzubrechen?

Es gibt praktisch keine Begrenzung; Wenn Ihre Spannung die Durchbruchspannung einer Komponente überschreitet, schalten Sie zwei in Reihe.

Es gibt Gleichrichter auf Siliziumhalbleiterbasis für die Hochspannungs-Gleichstromübertragung. Diese arbeiten um 800 kV oder höher.

Dennoch wäre es dumm teuer zu versuchen, mehrere kV als Eingang für eine Stromversorgung zu verwenden, die am Ende eine um drei Größenordnungen geringere Spannung erzeugt. Außerdem ist es unglaublich gefährlich, mehrere kV innerhalb von Hausinstallationen zu handhaben, bis hin zur Unmöglichkeit (Isolierung kann leicht dicker werden als Kabelöffnungen).

Sie bauen tatsächlich Festkörpertransformatoren mit größerer Effizienz und Kontrolle, diese laufen mit 7,2 kV

Das Arbeitspferd der Leistungselektronik, der siliziumbasierte Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ist besser geeignet. Diese Geräte wurden verwendet, um SSTs für Bahnanwendungen in Europa zu bauen. Und schneller sind sie auf jeden Fall. Aber die strengsten kommerziellen Geräte können Spannungen von nur etwa 6,5 ​​Kilovolt standhalten. Während diese Durchbruchspannung für eine Reihe von Leistungsanwendungen vollkommen in Ordnung ist, reicht sie nicht aus, um den Strom zu handhaben, der durch Verteilungstransformatoren fließt. In den Vereinigten Staaten beträgt eine typische Spannung am unteren Ende des Spektrums 7,2 kV.

Sie verwenden Siliziumkarbid, das eine größere Bandlücke hat und auch toleranter gegenüber Erwärmungsproblemen ist:

Glücklicherweise ist Silizium nicht die einzige Option. In den letzten 10 Jahren wurden große Fortschritte bei der Entwicklung von Schaltern auf Basis von Verbindungshalbleitern – insbesondere Siliziumkarbid – gemacht. Siliziumkarbid hat eine Reihe attraktiver Eigenschaften, die auf seine große Bandlücke zurückzuführen sind – die Energiehürde, die überwunden werden muss, um vom Isolator zum Leiter zu wechseln. Die Bandlücke von Siliziumkarbid beträgt 3,26 Elektronenvolt zu 1,1 eV von Silizium, was bedeutet, dass das Material deutlich höheren elektrischen Feldern und Temperaturen ausgesetzt werden kann als Silizium, ohne zu zerfallen. Und weil dieser Verbindungshalbleiter viel höheren Spannungen standhält, können daraus gebaute Leistungstransistoren kompakter gebaut werden, wodurch sie wiederum viel schneller schalten können als ihre Pendants auf Siliziumbasis. Eine schnellere Schaltgeschwindigkeit reduziert auch den Energieverlust,

Quellen: https://spectrum.ieee.org/energy/renewables/smart-transformers-will-make-the-grid-cleaner-and-more-flexible

Mitsubishi IGBT-Hybride mit BJT-Ausgängen mit FET-Eingang können jetzt Megawatt und sehr hohe Spannungen von 15 kV schalten und werden auch in intelligenten Wechselrichtern und 600-V- GTIs in Arrays zur Redundanz zu kleineren GTIs wie den 2000er 50-kW-Einheiten von Huawei verwendet.

Unten sehen Sie einen Hybrid-IGBT von Mitsubishi, der viele Patente für außergewöhnlich hohe Schaltenergie und extrem niedrige ESL und ESR des internen Treibers besitzt. (Induktivität und Widerstand) Ich glaube, sie arbeiten jetzt an ihrer 8. Generation.

TI hat auch großartige Designinformationen zu seinen IGBTs