Quel est l'effet retard des diodes dans la commutation automatique des réseaux de distribution ?

一, La base physique des caractéristiques de retard des diodes
Les caractéristiques de retard d'une diode proviennent des processus dynamiques de ses porteurs de charge internes. Lorsqu'une diode passe d'un état conducteur à un état de coupure, les porteurs hors équilibre accumulés dans la jonction PN (tels que les électrons dans la région P et les trous dans la région N) ne disparaissent pas instantanément, mais diminuent progressivement selon deux voies : le mouvement de dérive sous l'action d'un champ électrique inverse et la recombinaison avec la plupart des porteurs. Ce processus amène le courant inverse à maintenir une valeur élevée dans la phase initiale, puis à décroître progressivement jusqu'à une valeur d'état stable -, formant un temps de récupération inverse (Trr). La durée du temps de récupération inverse affecte directement la vitesse de commutation de la diode, qui à son tour détermine ses caractéristiques de retard en commutation automatique.

Les données expérimentales montrent que le temps de récupération inverse des diodes est étroitement lié à la capacité de jonction et à la charge stockée. Plus la zone de jonction PN est grande, plus les charges stockées sont importantes et plus le temps de retard est long ; Plus le courant direct est important, plus la quantité de charge stockée est importante et plus le temps d'arrêt est long ; Plus le courant inverse est important, plus la charge disparaît rapidement et plus le temps d'arrêt est court. Par exemple, dans le circuit redresseur d'un commutateur automatique dans un réseau de distribution, si des diodes de redressement ordinaires sont utilisées, le temps de récupération inverse peut atteindre des centaines de nanosecondes à microsecondes, tandis que les diodes Schottky peuvent raccourcir le temps de récupération inverse à des nanosecondes grâce au mécanisme de conduction de la porteuse majoritaire, améliorant considérablement la vitesse de réponse du commutateur.

2, mise en œuvre du circuit de contrôle du retard de diode dans la commutation automatique
Dans la commutation automatique des réseaux de distribution, le contrôle du retard des diodes est principalement réalisé par deux formes de circuit : l'un est un circuit à retard basé sur la charge et la décharge RC, et l'autre est un circuit de suppression des transitoires basé sur les caractéristiques de récupération inverse des diodes.

1. Application des diodes dans les circuits à retard RC
Le circuit de retard RC réalise un retard grâce au processus de charge et de décharge des condensateurs, et la diode joue un rôle dans le contrôle du chemin de charge et de décharge dans ce circuit. Par exemple, dans le circuit de commande de fermeture d'un interrupteur automatique, lorsque le signal d'entrée est élevé, la diode conduit dans le sens direct et le condensateur se charge rapidement à travers une petite résistance, raccourcissant ainsi le temps de fermeture ; Lorsque le signal d'entrée est faible, la diode est éteinte en sens inverse et le condensateur se décharge lentement à travers une grande résistance, prolongeant ainsi le temps d'ouverture. Cette conception permet d'obtenir un contrôle de retard allant de dizaines de microsecondes à millisecondes en ajustant le rapport de résistance directe et inverse de la diode, répondant ainsi aux exigences de temps pour l'isolation des défauts et la récupération dans le réseau de distribution.

2. Application des diodes dans les circuits de suppression des transitoires
Dans le circuit de protection contre les surtensions des interrupteurs automatiques, les diodes (telles que les diodes TVS) absorbent les surtensions transitoires grâce à leurs caractéristiques de claquage inverse, et leur temps de récupération inverse affecte directement la vitesse de réponse de la protection. Par exemple, lorsque la foudre ou les opérations de commutation génèrent une surtension dans le réseau de distribution, la diode TVS conduit en quelques nanosecondes, limitant la surtension à un niveau sûr, puis rétablissant l'état de coupure via un processus de récupération inverse. Si le temps de récupération inverse est trop long, cela peut provoquer une surtension secondaire, donc des diodes de récupération ultra rapides (telles que UF4007, Trr<50ns) need to be selected to optimize the protection effect.

3, application typique des caractéristiques de retard des diodes dans l'automatisation des réseaux de distribution
1. Contrôle de synchronisation pour l'isolation et la récupération des défauts
Dans l'automatisation des départs des réseaux de distribution, les commutateurs automatiques doivent isoler rapidement les sections défectueuses en fonction des signaux de défaut et rétablir l'alimentation électrique des sections non défectueuses. Les caractéristiques de retard des diodes permettent d'obtenir une coordination temporelle des actions de commutation. Par exemple, dans un circuit de réenclenchement, le temps de charge du condensateur est contrôlé par une diode pour assurer un délai de plusieurs secondes avant la réenclenchement après isolation du défaut, évitant ainsi l'impact répété des défauts transitoires. Après avoir adopté ce schéma dans un projet de réseau de distribution 10 kV, le temps d'isolation des défauts a été réduit à moins de 200 ms et le taux de réussite du réenclenchement a été augmenté à 98 %.

2. Protection anti-reflux pour l'accès à l'alimentation distribuée
Avec la popularisation des systèmes photovoltaïques et de stockage d'énergie distribués, le réseau de distribution doit empêcher les sources d'énergie distribuées de renvoyer de l'électricité au réseau en cas de panne. La diode est connectée en série avec la borne de sortie de l'onduleur, utilisant sa conductivité unidirectionnelle pour bloquer le courant inverse, tout en contrôlant la vitesse de réponse de la protection anti-reflux grâce au temps de récupération inverse. Par exemple, lorsqu'une certaine centrale photovoltaïque adopte des diodes Schottky (telles que SS14, Trr<10ns), the anti backflow protection action time is shortened from milliseconds to microseconds, effectively avoiding the expansion of power grid faults.

3. Contrôle synchrone des interrupteurs dans les systèmes de distribution DC
Dans le réseau de distribution DC, l’ouverture et la fermeture synchrones des interrupteurs automatiques doivent résoudre le problème du rallumage de l’arc. La diode réalise une synchronisation de phase de l'action de commutation en retardant le contrôle de la charge et de la décharge du condensateur. Par exemple, dans un disjoncteur DC, une diode forme un circuit résonant avec une inductance et un condensateur. En ajustant l'angle de conduction de la diode pour contrôler la fréquence de résonance, l'interrupteur peut se briser au passage par zéro du courant, réduisant ainsi l'énergie de l'arc à moins de 1 % et améliorant considérablement la durée de vie de l'interrupteur.