بخشی از مقاله
چکیده
بهعنوان یک جزء کلیدی در سیستم توربین بادی، مبدل الکترونیکی نیرو و نیمه هادیهای توان آن از بارگذاریهای نیروی معکوس مربوط به محیط رنج میبرد و نرخهای خرابی خاصی دارند. بنابراین برآورد صحیح طول عمر مبدل نیروی بار برای بهبود قابلیت اطمینان و برای کاهش هزینه تکنولوژی نیروی باد حیاتی میباشد. متأسفانه، روشهای برآورد طول عمر موجود برای مبدل اکترونیکی نیرو در کاربرد نیروی باد هنوز مناسب نیستند زیرا پروفایلهای ماموریت به خوبی مشخص نشدهاند در نتیجه یک روش پیشرفتهتر در این مبدل نیرو در نظر گرفته میشوند. با روشهای ایجاد شده برای تولید پروفایل بارگذاری و تخمین طول عمر، اطلاعهات مفصلتری برای عملکرد مطمئن مبدل نیروی باد میتواند بدست آیند.
-1مقدمه
رشد سریع در تأسیسات کلی و ظرفیت اختصاصی باعث شده سات که خرابی توربینهای بادی، برای ثبات سیستم نیرو بحرانی روحیاتی تر و پرهزینهتر برای تعمیرات شود. بازخوردهای میدانی نشان دادهاند که الکترونیکهای نیرو تمایل دارند که نرخ خرابی بالاتری نسبت به سایر بخشها در سیستم توربین بادی داشته باشند. در نتیجه، تخمین عملکرد مطمئن مبدل نیروی باد برای افزایش طول عمر و کاهش هزینه تکنولوژی نیروی باد حیاتی است.
تحقیق و بررسی قابل اطیمنان بودن در الکترونیکهای توان برای چندین دهه انجام شدهاند. بهعنوان توافق پیشرفته، مهندسی مطمئن در الکترونیکهای نیرو اکنون از یک روش تنها آماری به یک روش مبتنی بر فیزیکیتر حرکت میکند که شامل آمارها میباشد و ریشه عوامل پیشت خرابیها میباشد. در این روش، نقشهبرداری صحیح پروفایل بارگذاری که میتواند خرابیهای اجزاء و مدلسازی طول عمر را ایجاد کند که بررسی میکند که چه مقدار بار اجزاء میتوانند تحمل کنند که دو فاکتور مهم برای تخمین طول عمر یا قابل اطمینان بودن میباشند که در شکل 1 نشان داده شده است. شکل .1 تخمین طول عمر مبتنی بر فیزیکها برای اجزاء الکترونیکی نیرو و توان نشان داده شده است که سیکل حرارتی یکی از بحرانیترین دلایل خرابی در سیستم الکترونیک نیرو میباشد.
سیکل حرارتی در بین مواد تماسی مختلف با ضرایب مختلف توسعه و بسط حرارتی - CTE - باعث ترک یا تغییر شکل در نقاط تماس میشود بنابراین منجر به خرابی ابزارها و دستگاهها میشود. بسیاری از تولیدکنندگان دستگاههای الکترونیکی نیرو مانند نیمه هادیها یا خازنهای توان مدلهای اطمینان و قابل اطمینان بودن آنها را ایجاد کردهاند که بهطور نرمال براساس تستهای تسریع یا رسانندگی میباشد و میتوانند سیکل حرارتی اجزا را به اطلاعات طول عمر مربوط انتقال دهند. با این حال، نقشهبرداری صحیح یک پروفایل ماموریت مبدل به پروفایل بارگذاری اختصاصی اجزاء الکترونیکی نیرو یک موضوع و وظیفه چالشبرانگیز میباشد. برای مثال در سیستم نیروی بادی، تغییرات دینامیکی مختلف سرعتهای باد یا دمای محیط در ثابتهای زمان در دامنمه ثانیه تا ماه به همراه رفتارهای کنترل توربین، ژنراتور و مبدل همه منجر به پروفایلهای بارگذاری پیچیده دستگاهها و ابزارها میشوند که به سختی بهکار گرفته میشوند هنگامی محاسبه اطمینانپذیری انجام میشود.
بعضی روشهای سادهسازی شده برای نقشهبرداری پروفایل بارگذاری در کاربردهای وسایل نقلیه الکتریکی بهکار گرفته شدهاند و آنها معمولاً بر روی یک شرایط راهاندازی انتخاب شده و محکم کنورتورها در زمان بسیار کوتاه متمرکز هستند æ سپس پروفایلهای بارگذاری طولانیتر توسط تکرار نتایج بدست آمده در کوتاهمدت تولید میشوند. با این حال این روش منجر به انحراف معنیدار از واقعیت در کاربردها با پروفایلهای ماموریت پیچیدهتر میشود. برای مثار در کنورتور نیروی بادی، بارگذاری حرارتی دستگاههای نیرو بهطور دورهای تکرار میکند اما بهطور رندوم با سرعت باد و دمای محیط تغییر میکند. همچنین براوردهای طول عمر موجود میتوانند طول عمر کلی دستگاهها را بدست آورد در حالیکه توزیع طول عمل برای طراحی و بهبود قابلیت اطمینان کنورتور مفیدتر میباشد.
در این مقاله، یک روش پیشرفتهتر برای نقشهبرداری پروفایل حرارتی و تخمین طول عمر مبدل توان بادی پیشنهاد شده است. آن براساس مکانیسم خرابی دستگاههای نیمههادی نیرو مانند تولید استرس حرارتی و مدلسازی طول عمر æ یک پروفایل ماموریت کاملتر کنورتور توان بادی با در نظر گرفتن ثابتهای زمانی مختلف پردازش میشوند. در انتها بعضی امکان پذیریها و محدودیتهای روش پیشنهاد شده بحث میشوند.
II پروفایل ماموریت و ایده اصلی برای مطالعه
همانطوریکه قبلاً گفته شد تبدیل صحیح پروفایل ماموریت کنورتور نیوی باد به پروفایل بارگذاری دستگاههای نیرو یک کار ساده نیست. ابتدا اینکه فاکتورهای زیادی که به باد حرارتی دستگاهها اثر میگذارند باید مانند تغییرات سرعت باد و دمای محیط، رفتار بخشهای مکانیکی، رفتارها و شرایط شبکه و غیره در نظر گرفته شوند. این ملاحظات شامل مدلهای چندرشتهای با ثابتهای زمانی مختلف میباشد. و بنابراین آن سخت است که این مدلها را به همراه یکدیگر در یک مرحله زمانی ارزیابی کرد تا رفتارهای حرارتی ورد نظر را بدست آورد.
دوم اینکه، در مورد آنالیز طولانیمدت به عنوان مثال فعالیت و عملیات یکساله که برای برآورد طول عمر ضروری است، مقدار زیادی از دادههای بارگذاری تولید میشوند که به سختی بهکار گرفته میشوند اگر جزئیات زیادی از سیستم در نظر گرفته شوند. در مقابل اگر مدلهای بیش از حد غیریکنواخت و مرحله زمانی طولانیتر بهکار گرفته شوند، پروفایل بارگذاری تولید شده حاوی دینامیکهای حرارتی کافی نمیباشد و اطلاعات طول عمر بهطور معنیداری از واقعیت انحراف دارد. بنابراین اول مهم این است که یک روش جهت استخراج و جداسازی صحیح بار حرارتی در کنورتور نیروی باید برای تخمین طول عمر
