电磁推进在交通领域为，它利用磁场为传统内燃机提供了清洁、可持续的选择，因此已展现出积极的成果。这种推进力有望实现更节能的运输，成为火车、车辆和航天器的心跳。电磁推进系统的是固态高压开关半导体。与传统的机械开关不同，栅极关断器 (GTO)、晶闸管和绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 等固态器件可提供电磁场调制精度。
选择高压开关器件时必须考虑一些因素，以确保其满足高压开关规范。
要考虑的主要因素之一是开关的电压处理能力。在操作期间，评估特定电磁推进系统中使用的电压范围以确定该容量。根据评估结果，选择电压开关装置来处理电压电平而不影响安全。
过压保护等措施对于防止损坏和保持推进系统完好无损也至关重要。电压钳位或浪涌抑制可以处理影响电压切换的电压浪涌。
选择高压开关器件时的另一个重要因素是开关速度，必须考虑开关瞬态和推进系统速度规格的影响。由于电磁推进系统的控制需要，开关装置必须快速操作。然而，这些快速速度也会产生必须密切监测的瞬态影响。
选择高压开关器件时的一个考虑因素是其可靠性。这涉及使用平均故障间隔时间 (MTBF) 等评估指标来评估交换机在不同操作条件下的使用寿命。除了耐用性之外，还应考虑容错性，以确保推进系统的运行不会因本可预防的故障而受到影响。考虑温度和湿度方面的耐受性还可以确保开关设备即使在恶劣的环境下也能提供效率和一致性。
电磁推进高压开关中的 GTO
为了调制和控制推进系统中的电磁场，GTO 提供固态高压电源开关来产生磁场。固态开关与电源逆变器和转换器一起工作，切换电压水平和交流波形，以根据推进系统的要求调整幅度和频率。
在设计使用高功率 GTO 的推进系统时，必须优化控制信号以实现更快的关断并计算关断时间，以实现自适应调制和动态关断。为了更好地理解如何做到这一点，我们首先了解门极可关断晶闸管的设计。
考虑图 2，它表示 GTO 的横截面，其中 A 表示阳极连接，K 表示阴极，G 表示固态高压开关的开关栅极信号。GTO 由四层半导体 (NPNP) 组成，其中 N 和 P 允许 GTO 晶闸管中功率流的正向和反向偏置，以便于栅极关断。
图2 . 门极可关断晶闸管层截面。图片由 Bob Odhiambo 提供当调制高压开关速度时，关断时间是通过将栅极控制信号、GTO 从导通状态转为关断状态的时间以及 GTO 中的集电极电流相关来计算的。关断时间 (T off ) 的关系由以下公式确定： t o f = t r + t f + t d
其中反向恢复时间为 tr ，关断启动延迟时间为 t d ，t f 为栅极电压下降时间。
该关闭时间的准确性对于确保调制过程能够独立有效地实现而不会出现开启和关闭动作或事件的任何重叠至关重要。 在切换为推进系统中的磁场供电的高压时，这一点非常重要。
用于动态电压和频率调制的 IGBT
构成高压 IGBT 设计的两个结构是用于电压控制的金属氧化物半导体 (MOSFET) 和处理高功率的混合型双极结型晶体管 (BJT)。IGBT 中的半导体层排列有集电极、发射极和栅极端子，可在栅极驱动电路中动态控制电压时提供度，确保为磁场供电的电压频率在指定范围内。然而，在实现电路时，考虑死区时间（低侧和高侧关闭以防止同时导通可能导致的直通电流的时间）非常重要。
栅极信号传播延迟 (t prop ) 也是影响栅极驱动电路实现的一个因素，可以与建立时间 (t setup ) 相加得到死区时间 (t dead )。
t de a d = t prop + t set up
对推进系统电磁场的影响
固态开关允许磁场通过改变频率和开关电压产生相互或排斥的相互作用，为磁场提供动力，从而实现电磁推进。因此，推进系统的效率受到可变开关频率 (f sw ) 的积极影响，防止与电磁推进系统的固有频率发生谐波谐振，并且可以使用以下公式确定：
f s w ≠ n × f s 其中 n 是表示谐波次数的整数，而 f res 是推进电磁系统中的谐振频率，可以使用以下公式确定：
f r e s 1 2 π √ L C
Fres12πLC
其中，L表示电磁系统的电感，C表示系统电容。
电磁和电动悬架应用
在电磁推进系统中，由于产生的磁力而产生的悬浮（通常称为电磁悬浮）需要控制提供给用于磁化磁悬浮列车等悬浮系统的磁性线圈的功率。电压调制使磁力保持恒定，以维持所需的高度。为了实现高效推进，高压固态开关还控制线圈中馈送的功率，从而增加或减少拉动或推力系统的磁场强度。电动悬架是另一种通过电磁线圈通电产生的悬浮和推力实现推进的方法。这两种方法通常用于速度较高的运输系统，提供稳定、高效的电磁悬浮和推进系统。
电磁推进中的高压固态开关
为了地提供可持续的电磁推进系统，IGBT 和 GTO 等固态开关可以改变电压和调制频率，以控制磁场和开关。这种自适应调制策略可以灵活地平衡推进系统的功率需求，同时提高系统的响应能力。
从传统方法到高压固态开关半导体的转变为磁悬浮列车和航天器等 电磁推进系统带来了精度和控制。由于技术旨在提供具有先进设计和组件的清洁解决方案，电磁推进将不断改进，以提供低功耗高效的运输解决方案。
