研究人員控制電壓響應(yīng)以實(shí)現(xiàn)更安全的電網(wǎng)

FAMU-FSU 工程學(xué)院方鵬教授小時(shí)候就親眼目睹了電的威力和危險(xiǎn)。當(dāng)他的中國(guó)偏遠(yuǎn)家鄉(xiāng)首次通電時(shí)，他正在上中學(xué)。他的家人共用一個(gè)連接到電纜的便攜式 15 瓦燈泡。更換燈泡是他的工作。

“有一天晚上，燈泡壞了，我試圖在完全黑暗的情況下更換它，”彭說(shuō)。“我不小心把左手拇指插進(jìn)了插座，立刻就被電擊了。我失去平衡，摔倒在泥土地上，電流灼燒著我的身體，我渾身發(fā)抖。幸運(yùn)的是，我的右手被電纜纏住了，把插座拔了出來(lái)。”離開(kāi)我的左手，否則我就活不下去了。”

在那次瀕臨死亡的經(jīng)歷之后，彭將電力視為一個(gè)挑戰(zhàn)。他把研究這種現(xiàn)象并“馴服這頭野獸”作為自己一生的工作，這種現(xiàn)象讓他陷入危險(xiǎn)，但也讓他的家人在晚上能看見(jiàn)東西。

彭的最新研究延續(xù)了這一使命。在《科學(xué)報(bào)告》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，他展示了他創(chuàng)建的一種名為 Z 源逆變器的半導(dǎo)體器件如何在發(fā)生短路或開(kāi)路故障時(shí)快速降低電壓和電流。

現(xiàn)有的安全機(jī)制可以在故障期間快速停止供電，但速度并不總是足夠快。典型的斷路器可能需要大約 50 毫秒才能啟動(dòng)，但仍然足以導(dǎo)致人員死亡或引發(fā)火災(zāi)。Peng 的數(shù)字 Z 源轉(zhuǎn)換器/逆變器可以在 5 微秒或快 1,000 倍的時(shí)間內(nèi)提供保護(hù)。

當(dāng)電路正常運(yùn)行時(shí)，電力線和電纜將電流從發(fā)電機(jī)長(zhǎng)距離傳送到最終用戶，其用途稱為電力系統(tǒng)中的負(fù)載。工程師通常希望它盡可能強(qiáng)勁地運(yùn)行，以便為最終用戶提供電力。但是，當(dāng)電路斷開(kāi)或短路時(shí)，電流會(huì)流過(guò)物體，例如倒下的樹(shù)。達(dá)到 35,000 華氏度的電閃光會(huì)導(dǎo)致接觸電路的物體快速升溫并劇烈燃燒。

彭的電子開(kāi)關(guān)檢測(cè)短路的速度比現(xiàn)有方法更快。它還可以處理寬范圍的輸入電壓，而無(wú)需額外的組件。這種靈活性使其在電源不穩(wěn)定或需要高效使用不同電壓電平的情況下非常有用。

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