為什麼電壓要從 50V 拉高到 800V?研究 HVDC 背後「以高壓換低損」的小秘密!

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投資理財內容聲明

最近看到很多HVDC的文章,我想說我來分享一下我的學習過程,僅供參考,有錯在跟我說

Why?

可以參考下圖,目前的都是,將交流電轉換成直流電,交流電是市電,所以沒辦法改變,所以目前改變的是DC 端,從原本的54V 變成800V

那這樣的意義是甚麼,我們先來上課

輸出功率 = 效率 x 輸入功率 ( Po=eff(%) x Pin )

我們先假設效率100%,所以這兩個會相等,那功率在直流的情況下可以列為以下公式

功率 = 電壓 x 電流 ( P=V x I )

好了,所以我們就來算數學,假設輸出功率為4000W,把我們的電壓拉高,從50V變成800V,我們可以得出,電流會從80A 變成5A

那電流變小的好處有甚麼?

那又要算數學了,導通損失公式

損失 = 電流平方 x 電阻 ( Ploss = I^2 x R )

所以我們可以知道,假設我們的銅線粗度不變,我們的電流從80A 降低到5A,我們的損失就會是原本的 1/256 大大的減少了損失

反過來說,假設我們控制的是損失,那就可以將銅線的粗度變細

將電壓拉高,可以見少銅線的粗度或是可以降低導通損失

現在來說會遇到甚麼問題

最大的問題應該就是成本上升

原本為50V的情況下,我所選用的的MOSFET,只需要抓大概100V 左右的電壓應力 (根據架構會不太一樣),但如果我們將輸出拉高到800V,我們所選用的MOSFET 電壓應力可能就要拉到1000~1200V,那這個輸出電壓下,我們大多會選用SiC MOSFET 這就是為甚麼SiC 對於HVDC 會重要的原因,但SiC 有一個極大的缺點,他的價格是比Si 高出許多,雖然我們可以更改架構,分攤電壓應力,但這樣就又要考慮成本

簡單來說就是原本的架構需要請一個大學生,現在的架構可能要請一個博士生,或是兩個碩士生

所以更改架構後,需要考量的就是銅線的成本以及MOSFET的成本,怎麼去抓平衡,這就是工程師要煩惱的

但我覺得,會將電壓升上去的原因,主要是效率以及熱,效率差,理論上熱量就高,所以我的想法是,最大的問題是在解熱,因為解熱有上限,成本沒有

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想入門卻不知道如何入門嗎?一對專業術語還是都看不懂嗎?菜鳥我專門設計了一些課程,讓完全不懂的小白可以稍微的上手有關股票的世界
2025/02/02
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