配電網の自動切り替えにおけるダイオードの遅延効果は何ですか?

一、ダイオード遅延特性の物理的基礎
ダイオードの遅延特性は、内部の電荷キャリアの動的プロセスから生じます。ダイオードが導通状態から遮断状態に切り替わるとき、PN 接合に蓄積された非平衡キャリア (P 領域の電子や N 領域の正孔など) はすぐには消えませんが、逆電界の作用下でのドリフト運動とほとんどのキャリアとの再結合という 2 つの経路を通じて徐々に減少します。このプロセスにより、逆電流は初期段階で高い値を維持し、その後徐々に定常状態の値まで減衰し、逆回復時間 (Trr) が形成されます。逆回復時間の長さはダイオードのスイッチング速度に直接影響し、自動スイッチングにおける遅延特性が決まります。

実験データは、ダイオードの逆回復時間は接合容量と蓄積電荷に密接に関係していることを示しています。 PN 接合面積が大きいほど、蓄積される電荷​​が多くなり、遅延時間が長くなります。順電流が大きいほど、蓄積される電荷​​の量が多くなり、ターンオフ時間が長くなります。逆電流が大きいほど、電荷の消失が早くなり、ターンオフ時間が短くなります。たとえば、配電網の自動スイッチの整流回路では、通常の整流ダイオードを使用すると逆回復時間が数百ナノ秒からマイクロ秒に達することがありますが、ショットキーダイオードは多数キャリア伝導機構により逆回復時間をナノ秒に短縮でき、スイッチの応答速度が大幅に向上します。

2、自動スイッチングにおけるダイオード遅延制御の回路実装
配電網の自動切替では、ダイオードの遅延制御は主に 2 つの回路形式で実現されます。1 つは RC 充放電に基づく遅延回路、もう 1 つはダイオードの逆回復特性に基づく過渡抑制回路です。

1. RC遅延回路におけるダイオードの応用
RC遅延回路はコンデンサの充放電プロセスを通じて時間遅延を実現し、ダイオードはこの回路の充放電経路を制御する役割を果たします。たとえば、自動スイッチの投入制御回路では、入力信号が高い場合、ダイオードが順方向に導通し、コンデンサが小さな抵抗を介して急速に充電され、投入時間が短縮されます。入力信号が低い場合、ダイオードは逆にオフになり、コンデンサは大きな抵抗を介してゆっくりと放電し、開放時間が長くなります。この設計は、ダイオードの順方向と逆方向の抵抗比を調整することで、数十マイクロ秒からミリ秒の範囲の遅延制御を実現し、配電ネットワークの障害分離と回復の時間要件を満たします。

2. 過渡現象抑制回路におけるダイオードの応用
自動スイッチの過電圧保護回路では、ダイオード (TVS ダイオードなど) が逆降伏特性によって過渡過電圧を吸収し、その逆回復時間が保護応答速度に直接影響します。たとえば、落雷やスイッチ操作によって配電網に過電圧が発生すると、TVS ダイオードがナノ秒で導通し、過電圧を安全なレベルにクランプし、逆回復プロセスを通じて遮断状態を復元します。逆回復時間が長すぎると二次過電圧サージが発生する可能性があるため、超高速リカバリダイオード(UF4007、Trrなど)を使用してください。<50ns) need to be selected to optimize the protection effect.

3、配電網自動化におけるダイオード遅延特性の典型的な応用
1. 障害の切り分けと回復のためのタイミング制御
配電網フィーダの自動化では、自動スイッチは障害信号に基づいて障害のあるセクションを迅速に隔離し、障害のないセクションへの電力供給を復旧する必要があります。ダイオードの遅延特性により、スイッチ動作のタイミング調整を実現できます。たとえば、再閉路回路では、コンデンサの充電時間がダイオードによって制御され、故障分離後の再閉路までに数秒の遅延が確保され、一時的な故障の繰り返しの影響が回避されます。 10kV 配電網プロジェクトにこの方式を採用したところ、障害分離時間が 200ms 未満に短縮され、再閉路の成功率が 98% に向上しました。

2. 分散型電源アクセスのための逆流防止保護
分散型太陽光発電およびエネルギー貯蔵システムの普及に伴い、配電ネットワークは、障害発生時に分散型電源が電力網に電力を送り返さないようにする必要があります。ダイオードはインバータの出力端子と直列に接続されており、その一方向導電性を利用して逆電流を阻止し、逆回復時間を通じて逆流防止保護の応答速度を制御します。例えば、ある太陽光発電所がショットキーダイオード（SS14、Trrなど）を採用している場合、<10ns), the anti backflow protection action time is shortened from milliseconds to microseconds, effectively avoiding the expansion of power grid faults.

3. 直流配電システムにおける開閉器の同期制御
DC 配電ネットワークでは、自動スイッチの同期開閉によってアーク再点火の問題を解決する必要があります。ダイオードはコンデンサの充放電の制御を遅らせることでスイッチング動作の位相同期を実現します。たとえば、DC サーキットブレーカーでは、ダイオードがインダクタおよびコンデンサとともに共振回路を形成します。ダイオードの導通角を調整して共振周波数を制御することにより、電流のゼロクロスでスイッチを遮断することができ、アークエネルギーが 1% 未満に減少し、スイッチの寿命が大幅に向上します。