Khi Giáo sư Fang Peng của Trường Cao đẳng Kỹ thuật FAMU-FSU còn là một cậu bé, ông đã tận mắt nhìn thấy sức mạnh và sự nguy hiểm của điện. Anh đang học cấp hai khi quê hương Trung Quốc xa xôi của anh lần đầu tiên nhận được dịch vụ điện. Gia đình anh dùng chung một bóng đèn 15 watt di động được gắn vào một sợi cáp. Công việc của anh là thay bóng đèn.
Đặc tính V-I của nguồn điện áp Nguồn: Báo cáo khoa học (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-53452-y
Peng kể: “Một đêm nọ, bóng đèn tắt và tôi cố gắng thay nó trong bóng tối hoàn toàn. “Tôi vô tình đút ngón tay cái bên trái vào ổ cắm và bị giật ngay lập tức. Tôi bị mất thăng bằng và rơi xuống sàn đất, run rẩy khi có dòng điện chạy qua người. May mắn thay, tay phải của tôi vướng vào dây cáp và kéo được ổ cắm. khỏi tay trái của tôi, nếu không tôi đã không thể sống sót."
Sau trải nghiệm cận kề cái chết đó, Peng coi điện là một thử thách. Anh coi công việc cả đời của mình là nghiên cứu hiện tượng này và "thuần hóa con thú" khiến anh gặp nguy hiểm nhưng cũng cho phép gia đình anh đi xem vào ban đêm.
Nghiên cứu mới nhất của Peng tiếp tục sứ mệnh đó. Trong một nghiên cứu được công bố trên Scientific Reports, ông đã chỉ ra cách một thiết bị bán dẫn do ông tạo ra, được đặt tên là biến tần nguồn Z, có thể nhanh chóng giảm điện áp và dòng điện trong trường hợp xảy ra lỗi ngắn mạch hoặc hở mạch.
Các cơ chế an toàn hiện tại giúp dừng điện khi có sự cố hoạt động nhanh chóng nhưng không phải lúc nào cũng đủ nhanh. Một cầu dao thông thường có thể mất khoảng 50 mili giây để kích hoạt—vẫn đủ lâu để giết chết một người hoặc gây hỏa hoạn. Bộ chuyển đổi/biến tần nguồn Z kỹ thuật số của Peng có thể bảo vệ trong 5 micro giây hoặc nhanh hơn 1.000 lần.
Khi mạch điện hoạt động bình thường, đường dây điện và cáp mang dòng điện đi một quãng đường dài từ máy phát điện đến người dùng cuối, mục đích sử dụng của dòng điện này được gọi là phụ tải trong hệ thống điện. Các kỹ sư thường muốn nó chạy mạnh nhất có thể để cung cấp năng lượng cho người dùng cuối. Nhưng dòng điện sẽ truyền qua vật thể khi có thứ gì đó bị đứt hoặc làm chập mạch, chẳng hạn như một cái cây bị đổ. Các tia sáng điện đạt tới 35.000 độ F có thể khiến các vật thể tiếp xúc với mạch điện nóng lên nhanh chóng và cháy với cường độ mạnh.
Công tắc điện tử của Peng phát hiện đoản mạch nhanh hơn các phương pháp hiện có. Nó cũng có thể xử lý nhiều loại điện áp đầu vào mà không cần thêm linh kiện. Tính linh hoạt này giúp nó hữu ích trong những trường hợp nguồn điện không ổn định hoặc khi bạn cần làm việc với các mức điện áp khác nhau một cách hiệu quả.
Fang Peng, Giáo sư xuất sắc về Kỹ thuật Kỹ thuật Điện và Máy tính tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật FAMU-FSU. Tín dụng: Mark Wallheiser/Trường Cao đẳng Kỹ thuật FAMU-FSU
Ông nói: “Chúng tôi đã phát triển một cách để nguồn điện phản ứng nhanh hơn với tải. "Không cần người dùng cuối nhận ra, chúng tôi có thể ngay lập tức đưa lưới điện trở lại bình thường mà không cần dòng điện đột biến."
Đường dây điện bị đứt gây ra hàng trăm vụ cháy rừng mỗi năm ở Mỹ. Vụ cháy rừng ở Maui năm 2023 là một trong những vụ cháy rừng nguy hiểm nhất trong lịch sử Hoa Kỳ. Theo Hiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc gia, ngọn lửa đó bắt đầu khi một cái cây đổ vào đường dây điện bốc cháy.
Peng cho biết: “Mục đích nghiên cứu của chúng tôi là làm cho nguồn năng lượng (điện áp) phản ứng nhanh hơn với điều kiện tải. "Nếu có dòng điện lớn bất ngờ, chúng tôi muốn giảm điện áp xuống phạm vi an toàn để ngăn ngừa hỏa hoạn. Các máy phát điện truyền thống tiếp tục tạo ra điện áp không đổi bất kể dòng điện."
Giải pháp của Peng có thể được sử dụng để trang bị thêm cơ sở hạ tầng hiện có nhằm đảm bảo an toàn hơn.
Đa dạng hóa lưới điện bằng các nguồn năng lượng tái tạo như tua bin gió, pin quang điện và pin nhiên liệu là một cách để điều chỉnh tăng giảm điện áp.
Peng nói: “Bên cạnh năng lượng tái tạo, một cách khác mà chúng tôi có thể ngăn chặn sự gia tăng điện năng là điều chỉnh hệ thống bằng bộ chuyển đổi năng lượng một cách nhân tạo”. "Dù là tự nhiên hay nhân tạo, chúng tôi muốn tạo ra thứ gì đó hoạt động tự động với khả năng tự bảo vệ, khả năng phục hồi và dự phòng. Một ý tưởng là sử dụng một điện trở ảo được thực hiện bởi thiết bị điện tử công suất và điều khiển để cung cấp khả năng giảm chấn và ổn định cho hệ thống mạch."
Phần lớn lưới điện ở Hoa Kỳ được xây dựng và mở rộng vào những năm 1960 và 1970. Cùng với hỏa hoạn do đường dây điện bị rơi, cơ sở hạ tầng cũ kỹ còn gây ra các vấn đề khác, chẳng hạn như mất điện hoặc dễ bị tấn công mạng.
Peng nói: “Đã đến lúc làm lại lưới điện của chúng ta và ‘thuần hóa quái vật’ bằng điện tử công suất, một công nghệ năng lượng mới bắt đầu phát triển mạnh mẽ vào những năm 1980 khi tôi bắt đầu sự nghiệp nghiên cứu của mình”. "Tôi thực sự may mắn khi trở thành học trò của một số nhà tiên phong về điện tử công suất và các nhà lãnh đạo thế giới. Cần một ngôi làng để nuôi dạy một đứa trẻ và cần cả xã hội/thế giới để biến lưới điện mới này thành hiện thực."
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLtd
