電磁推進(jìn)在交通領(lǐng)域?yàn)椋么艌?chǎng)為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)提供了清潔、可持續(xù)的選擇，因此已展現(xiàn)出積極的成果。這種推進(jìn)力有望實(shí)現(xiàn)更節(jié)能的運(yùn)輸，成為火車、車輛和航天器的心跳。電磁推進(jìn)系統(tǒng)的是固態(tài)高壓開關(guān)半導(dǎo)體。與傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)不同，柵極關(guān)斷器 (GTO)、晶閘管和絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 等固態(tài)器件可提供電磁場(chǎng)調(diào)制精度。
　　選擇高壓開關(guān)器件時(shí)必須考慮一些因素，以確保其滿足高壓開關(guān)規(guī)范。
　　要考慮的主要因素之一是開關(guān)的電壓處理能力。在操作期間，評(píng)估特定電磁推進(jìn)系統(tǒng)中使用的電壓范圍以確定該容量。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，選擇電壓開關(guān)裝置來處理電壓電平而不影響安全。
　　過壓保護(hù)等措施對(duì)于防止損壞和保持推進(jìn)系統(tǒng)完好無損也至關(guān)重要。電壓鉗位或浪涌抑制可以處理影響電壓切換的電壓浪涌。
　　選擇高壓開關(guān)器件時(shí)的另一個(gè)重要因素是開關(guān)速度，必須考慮開關(guān)瞬態(tài)和推進(jìn)系統(tǒng)速度規(guī)格的影響。由于電磁推進(jìn)系統(tǒng)的控制需要，開關(guān)裝置必須快速操作。然而，這些快速速度也會(huì)產(chǎn)生必須密切監(jiān)測(cè)的瞬態(tài)影響。
　　選擇高壓開關(guān)器件時(shí)的一個(gè)考慮因素是其可靠性。這涉及使用平均故障間隔時(shí)間 (MTBF) 等評(píng)估指標(biāo)來評(píng)估交換機(jī)在不同操作條件下的使用壽命。除了耐用性之外，還應(yīng)考慮容錯(cuò)性，以確保推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)因本可預(yù)防的故障而受到影響?？紤]溫度和濕度方面的耐受性還可以確保開關(guān)設(shè)備即使在惡劣的環(huán)境下也能提供效率和一致性。
　　電磁推進(jìn)高壓開關(guān)中的 GTO
　　為了調(diào)制和控制推進(jìn)系統(tǒng)中的電磁場(chǎng)，GTO 提供固態(tài)高壓電源開關(guān)來產(chǎn)生磁場(chǎng)。固態(tài)開關(guān)與電源逆變器和轉(zhuǎn)換器一起工作，切換電壓水平和交流波形，以根據(jù)推進(jìn)系統(tǒng)的要求調(diào)整幅度和頻率。
　　在設(shè)計(jì)使用高功率 GTO 的推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，必須優(yōu)化控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)更快的關(guān)斷并計(jì)算關(guān)斷時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制和動(dòng)態(tài)關(guān)斷。為了更好地理解如何做到這一點(diǎn)，我們首先了解門極可關(guān)斷晶閘管的設(shè)計(jì)。

　　考慮圖 2，它表示 GTO 的橫截面，其中 A 表示陽極連接，K 表示陰極，G 表示固態(tài)高壓開關(guān)的開關(guān)柵極信號(hào)。GTO 由四層半導(dǎo)體 (NPNP) 組成，其中 N 和 P 允許 GTO 晶閘管中功率流的正向和反向偏置，以便于柵極關(guān)斷。

　　圖2 . 門極可關(guān)斷晶閘管層截面。圖片由 Bob Odhiambo 提供當(dāng)調(diào)制高壓開關(guān)速度時(shí)，關(guān)斷時(shí)間是通過將柵極控制信號(hào)、GTO 從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)的時(shí)間以及 GTO 中的集電極電流相關(guān)來計(jì)算的。關(guān)斷時(shí)間 (T off  ) 的關(guān)系由以下公式確定：　t o f = t r + t f + t d
　　其中反向恢復(fù)時(shí)間為 tr ，關(guān)斷啟動(dòng)延遲時(shí)間為 t d  ，t f 為柵極電壓下降時(shí)間。
　　該關(guān)閉時(shí)間的準(zhǔn)確性對(duì)于確保調(diào)制過程能夠獨(dú)立有效地實(shí)現(xiàn)而不會(huì)出現(xiàn)開啟和關(guān)閉動(dòng)作或事件的任何重疊至關(guān)重要。 在切換為推進(jìn)系統(tǒng)中的磁場(chǎng)供電的高壓時(shí)，這一點(diǎn)非常重要。
　　用于動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)制的 IGBT
　　構(gòu)成高壓 IGBT 設(shè)計(jì)的兩個(gè)結(jié)構(gòu)是用于電壓控制的金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOSFET) 和處理高功率的混合型雙極結(jié)型晶體管 (BJT)。IGBT 中的半導(dǎo)體層排列有集電極、發(fā)射極和柵極端子，可在柵極驅(qū)動(dòng)電路中動(dòng)態(tài)控制電壓時(shí)提供度，確保為磁場(chǎng)供電的電壓頻率在指定范圍內(nèi)。然而，在實(shí)現(xiàn)電路時(shí)，考慮死區(qū)時(shí)間（低側(cè)和高側(cè)關(guān)閉以防止同時(shí)導(dǎo)通可能導(dǎo)致的直通電流的時(shí)間）非常重要。

　　柵極信號(hào)傳播延遲 (t prop ) 也是影響柵極驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的一個(gè)因素，可以與建立時(shí)間 (t setup ) 相加得到死區(qū)時(shí)間 (t dead )。

 　t de a d = t prop + t set up

　　對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)電磁場(chǎng)的影響
　　固態(tài)開關(guān)允許磁場(chǎng)通過改變頻率和開關(guān)電壓產(chǎn)生相互或排斥的相互作用，為磁場(chǎng)提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)電磁推進(jìn)。因此，推進(jìn)系統(tǒng)的效率受到可變開關(guān)頻率 (f sw ) 的積極影響，防止與電磁推進(jìn)系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生諧波諧振，并且可以使用以下公式確定：
　f s w ≠ n × f s　　其中 n 是表示諧波次數(shù)的整數(shù)，而 f res 是推進(jìn)電磁系統(tǒng)中的諧振頻率，可以使用以下公式確定：

   f r e s 1 2 π √ L C

    Fres12πLC

　　其中，L表示電磁系統(tǒng)的電感，C表示系統(tǒng)電容。
　　電磁和電動(dòng)懸架應(yīng)用
　　在電磁推進(jìn)系統(tǒng)中，由于產(chǎn)生的磁力而產(chǎn)生的懸?。ㄍǔ７Q為電磁懸浮）需要控制提供給用于磁化磁懸浮列車等懸浮系統(tǒng)的磁性線圈的功率。電壓調(diào)制使磁力保持恒定，以維持所需的高度。為了實(shí)現(xiàn)高效推進(jìn)，高壓固態(tài)開關(guān)還控制線圈中饋送的功率，從而增加或減少拉動(dòng)或推力系統(tǒng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。電動(dòng)懸架是另一種通過電磁線圈通電產(chǎn)生的懸浮和推力實(shí)現(xiàn)推進(jìn)的方法。這兩種方法通常用于速度較高的運(yùn)輸系統(tǒng)，提供穩(wěn)定、高效的電磁懸浮和推進(jìn)系統(tǒng)。
　　電磁推進(jìn)中的高壓固態(tài)開關(guān)
　　為了地提供可持續(xù)的電磁推進(jìn)系統(tǒng)，IGBT 和 GTO 等固態(tài)開關(guān)可以改變電壓和調(diào)制頻率，以控制磁場(chǎng)和開關(guān)。這種自適應(yīng)調(diào)制策略可以靈活地平衡推進(jìn)系統(tǒng)的功率需求，同時(shí)提高系統(tǒng)的響應(yīng)能力。
　　從傳統(tǒng)方法到高壓固態(tài)開關(guān)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變?yōu)榇艖腋×熊嚭秃教炱鞯?電磁推進(jìn)系統(tǒng)帶來了精度和控制。由于技術(shù)旨在提供具有先進(jìn)設(shè)計(jì)和組件的清潔解決方案，電磁推進(jìn)將不斷改進(jìn)，以提供低功耗高效的運(yùn)輸解決方案。