قاطع دارة كهربائية هجينة

تستخدم معظم مفاتيح الدائرة القاطعة ذات الجسم المصبوب للتيار المستمر إخماد قوس الكهرباء بالهواء الطبيعي، وهناك عادةً طريقتان لإخماد القوس: الأولى هي الفتح والإغلاق التقليدي، حيث تمتد الأقواس المحورية بين نقاط الاتصال، بينما يولد الدائرة الموصلة مجالًا مغناطيسيًا ينحني ويتمدد عبر القوس، مما يسحبه طوليًا عموديًا على محور القوس. هذا لا يزيد فقط من طول القوس ولكنه يثير أيضًا حركة جانبية، مما يمكن تبريد الهواء لتحقيق إخماد القوس.

الطريقة الأخرى تتضمن دفع القوس إلى قناة القوس بواسطة قوة مغناطيسية خاصة بها أو المجال المغناطيسي من ملف النفخ المغناطيسي، مما يؤدي إلى إخماد القوس بسرعة. عندما ينخفض التيار عن قيمة معينة (التيار الحرج للحمل)، أثناء الفتح التقليدي، لا يمكن إخماد القوس بشكل فعال. في هذه المرحلة، تكون قوة النفخ المغناطيسي ضعيفة، مما يوفر قوة دافعة غير كافية لحركة القوس، مما يمنع القوس من دخول قناة القوس. نتيجة لذلك، تصبح قناة القوس غير فعالة، مما يؤدي إلى توقف القوس واحتراقها بشكل مستمر لفترة طويلة، مما يطيل وقت القطع بشكل كبير أو حتى يؤدي إلى فشل القطع. لذا، يتطلب الأمر تحسين تقني عند القطع عند التيار الحرج للحمل لضمان إخماد القوس بسرعة.

محتوى النموذج العملي

يهدف النموذج العملي الحالي إلى التغلب على العيوب التقنية الموجودة، وخاصة وقت الشرر الطويل جداً أثناء القطع عند التيار الحرج للحمل، من خلال توفير مفتاح دائرة هجين للتيار المستمر. يمكن لهذا الجهاز تحديد بشكل مستقل ما إذا كان التيار الحامل عند المستوى الحرجي أثناء القطع، وإذا كان كذلك، يستخدم تقنية التحويل التلقائي لإخماد القوس الذي ينتج عن التيار الحرج للحمل بسرعة.

يتبناى النموذج العملي الحالي الحل التقني التالي لحل المشكلة المذكورة أعلاه: مفتاح دائرة هجين للتيار المستمر يتكون من مفتاح ميكانيكي أول متصل في سلسلة داخل الدائرة الرئيسية، دائرة تحويل متصلة بالتوازي مع المفتاح الميكانيكي الأول، ودائرة تشغيل لتفعيل دائرة التحويل عند تغذيتها بالطاقة. يحتوي مفتاح الدائرة الهجين أيضاً على:

• مصدر طاقة تبديل، حيث يتم توصيل طرفيه الإدخال بطرفي المفتاح الميكانيكي الأول؛

• دائرة تأخير، متصلة في سلسلة بين خرج مصدر الطاقة التبديل وإدخال دائرة التشغيل، مصممة عبر الأجهزة لتؤخر خرج مصدر الطاقة التبديل لمدة تأخير أولى محددة قبل إرساله إلى دائرة التشغيل؛ مجموع فترة التأخير الأولى ومدة تأسيس مصدر الطاقة التبديل يشكلان فترة تأخير التشغيل، والتي تكون أكبر من مدة الشرر لمفتاح الدائرة الهجين للتيار المستمر تحت ظروف التيار غير الحرجة للحمل؛

• مفتاح ميكانيكي ثانٍ، متصل في سلسلة مع المفتاح الميكانيكي الأول في الدائرة الرئيسية. يتم ربط المفتاح الميكانيكي الثاني ميكانيكياً بالمفتاح الميكانيكي الأول ولكنه يعمل بتأخير زمني محدد بالنسبة للمفتاح الأول. يكون هذا التأخير الزمني أقل من الفرق بين فترة تأخير التشغيل ومدة الشرر للتيار غير الحرجة للحمل.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام دائرة التأخير أيضاً للتوقف عن تزويد دائرة التشغيل بالطاقة بعد إرسال خرج مصدر الطاقة التبديل إلى دائرة التشغيل والحفاظ عليه لمدة تأخير ثانية. بشكل مفضل، تتكون دائرة التأخير من دائرتين لتفريغ RC متصلتين عبر جهاز توصيل ضوئي.

مقارنة بالتقنيات السابقة، فإن الحل التقني للنموذج العملي الحالي له الآثار المفيدة التالية: استهداف تحدي إخماد القوس عند التيار الحرجة للحمل في مفاتيح الدائرة القاطعة للتيار المستمر، يضيف النموذج العملي الحالي دائرة تحويل إلى نظام إخماد القوس الموجود، ومن خلال نهج مبني بالكامل على الأجهزة، يمكن للمفتاح أن يحدد بشكل مستقل ما إذا كان التيار الحامل عند المستوى الحرجي أثناء القطع. عند العمل بتيار حرجة للحمل، يقوم الجهاز بتوجيه تقنية التحويل بشكل مستقل لإخماد القوس الذي ينتج تحت هذه الظروف بسرعة وبشكل انتقائي.

كما هو موضح في الشكل 3، العملية والمبادئ التشغيلية لمفتاح الدائرة الهجين للتيار المستمر في هذا التطبيق هي كالتالي:

• من الوقت 0 إلى T₀، يكون النظام في حالة التشغيل العادية. المفتاح الميكانيكي الأول والمفتاح الميكانيكي الثاني مغلقان. دائرة مصدر الطاقة التبديل ليست مشحونة، ودائرة التحويل غير نشطة.

• بدءًا من الوقت T₀، تبدأ نقاط الاتصال المتحركة والسكونية للمفتاح الميكانيكي الأول في الانفصال الجسدي، مما ينتج عنه قوس بين طرفيه. يستخدم مصدر الطاقة التبديل جهد القوس كمصدر طاقة إدخال ويبدأ في إنشاء خروجه. إذا كان مفتاح الدائرة يقطع تيارًا ليس في المستوى الحرجي للحمل في هذه اللحظة، تكون مدة الشرر من T₀ إلى T₁، ورسم موجة جهد القوس هو Uarc₁. إذا كان مفتاح الدائرة يقطع تيارًا حرجة للحمل، فإن مدة الشرر تمتد من T₀ إلى T₂، ورسم موجة جهد القوس هو Uarc₂.

تُستخدم دائرة التحويل في هذا النموذج العملي فقط تحت ظروف التيار الحرجة للحمل المنخفض. لذا، فهي لا تتطلب مكونات تحويل ذات تصنيف عالي للتيار، مما يؤدي إلى تكلفة بناء أقل لدائرة التحويل. بالإضافة إلى ذلك، يتم تنفيذ التحكم في التحويل بالكامل عبر دوائر الأجهزة، مما يتجنب الحاجة إلى وحدات التحكم المنطقية أو الخوارزميات المعقدة للتحكم.