Naukowcy szukają wyłączników sieciowych prądu stałego
Bezpośrednie przesyłanie mocy prądu jest bardziej wydajne niż prąd przemienny (patrz poniżej), ale prąd stały o dużej mocy jest znacznie trudniejszy do przerwania niż prąd przemienny - nie ma przejścia przez zero prądu, w którym można by się przełączyć, i duży potencjał wyładowania łukowego.
Uniwersytet, we współpracy z Florida State University, wybiera trasę „hybrydowego” wyłącznika, który jest równoległy do wyłącznika mechanicznego z przełącznikiem półprzewodnikowym - na przykład stosu szeregowo-równoległych tranzystorów z węglika krzemu.
Podczas gdy przełącznik mechaniczny zwykle przenosi cały prąd, tranzystory są w stanie na krótko zewrzeć przełącznik, kierując prąd podczas przerwania.
Jednak tranzystory nie będą wymiarowane tak, aby długo wytrzymywały obciążenie, co wymagałoby bardzo szybkiego działania obwodu mechanicznego - z tego powodu opracowywane są siłowniki piezoelektryczne.
„Musimy być bardzo szybcy” - powiedział Lukas Graber, badacz z Gruzji. „Musimy rozdzielić styki w odległości 250 μs i całkowicie przerwać prąd w ciągu 500 μs. Z tego powodu nie możemy stosować sprężynowych lub hydraulicznych siłowników wspólnych dla wyłączników prądu przemiennego. Urządzenia, które polegają na działaniu piezoelektrycznym, mogą to dla nas zrobić. ”
GaTech szuka również izolatorów, które wytrzymają ekstremalne temperatury - zdjęcie przedstawia Grabera (po lewej) oraz Grabera i badacza Chanyeop Park badających takie materiały w plazmie - w tym przypadku niskoenergetyczną plazmę argonową.
Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, prototyp zostanie oceniony w placówce testowej FSU o mocy 5 MW w ciągu trzech lat.
W badaniach wzięli udział partnerzy przemysłowi plus 3,3 miliona dolarów od organizacji ARPA-E rządu USA, która jest programem BREAKERS (Budowanie niezawodnej elektroniki, aby bezpiecznie osiągnąć efektywne kilowolty), który wspiera także inne podejścia do przerywania prądu stałego o dużej mocy.
Wydajność ≥ 99,97% i ≥60 MW / m3) gęstość (pasywne lub wymuszone chłodzenie powietrzem) jest celem wyłączników automatycznych opracowanych w ramach BREAKERS, których żywotność wynosi co najmniej 30 000 cykli i 30 lat. Uciążliwe potknięcia muszą być <0.1%.
Według ARPA-E, ponad 1000 km połączeń prądu stałego powinno stracić tylko 3,5% przewożonej przez nie mocy, w porównaniu z 6,7% dla prądu przemiennego. Dc wymaga również dwóch, a nie trzech przewodów, a dla tych samych przewodów i izolatorów może przenosić moc 1,4x.
Materiał oceniany w plazmie niskociśnieniowej
Materiał oceniany do zastosowania w nowych wyłącznikach prądu stałego jest oceniany w plazmie niskociśnieniowej w Georgia Institute of Technology. Sonda Langmuira z końcówką wolframową jest wprowadzana do plazmy. (Zdjęcie: Rob Felt, Georgia Tech)