Un interruptor híbrid de corrent contínua
La majoria de circuit breakers de corrent contínua (CC) amb carcassa mòlida utilitzen l'extinció d'arc per aire natural, i hi ha típicament dos mètodes d'extinció d'arc: un és l'obertura i tancament convencional, on els contactes estiren l'arc axil·larem, mentre que el circuit conductor genera un camp magnètic que corba i allarga l'arc, tirant-lo longitudinalment perpendicular a l'eix de l'arc. Això no només augmenta la longitud de l'arc, sinó que també induix un moviment lateral, permetent l'enrefredament per aire per aconseguir l'extinció de l'arc.
L'altre mètode implica que l'arc sigui conduït magnèticament cap al canal d'arc per la seva pròpia força electromagnètica o pel camp magnètic generat per una bobina de soplada magnètica, causant una extinció ràpida de l'arc. Quan la corrent cau per davall d'un cert valor (corrent crítica de càrrega), durant l'obertura convencional, l'arc no es pot extinguir efectivament. En aquest punt, la força de soplada magnètica és feble, proporcionant una força de propulsió insuficient per al moviment de l'arc, impedint que aquest arribi al canal d'arc. Com a conseqüència, el canal d'arc es converteix en ineficace, fent que l'arc stagni i s'incendi continuament durant un període llarg, prolongant significativament el temps de tall o fins i tot provocant un fracàs del tall. Per tant, s'ha de realitzar una optimització tècnica durant la interrupció a la corrent crítica de càrrega per assegurar una extinció ràpida de l'arc.
Contingut del model d'utilitat
El present model d'utilitat té com a objectiu superar les deficiències de la tecnologia existent, especialment el temps excessivament llarg d'arcing durant la interrupció a la corrent crítica de càrrega, proporcionant un circuit breaker híbrid de CC. Aquest dispositiu pot determinar de manera autònoma si la corrent de càrrega està al nivell crític durant la interrupció del circuit breaker i, si ho és, emprar automàticament una tècnica de commutació de corrent per extinguir ràpidament l'arc generat per la corrent crítica de càrrega.
El present model d'utilitat adopta específicament la següent solució tècnica per resoldre el problema mencionat: Un circuit breaker híbrid de CC que inclou un primer interruptor mecànic connectat en sèrie dins del circuit principal, un circuit de commutació connectat en paral·lel amb el primer interruptor mecànic, i un circuit de control per activar el circuit de commutació quan s'energita. El circuit breaker híbrid de CC també inclou:
Una font d'alimentació commutada, les dues entrades de la qual estan connectades als dos extrems del primer interruptor mecànic;
Un circuit de retard, connectat en sèrie entre la sortida de la font d'alimentació commutada i la entrada del circuit de control, implementat mitjançant hardware, per retardar la sortida de la font d'alimentació commutada per un temps de retard preestablert abans d'enviar-la al circuit de control; la suma del temps de retard i el temps d'establiment de la font d'alimentació commutada constitueix el temps de retard de control, que és més gran que el temps d'arcing del circuit breaker híbrid de CC en condicions de corrent de càrrega no crítica;
Un segon interruptor mecànic, connectat en sèrie amb el primer interruptor mecànic en el circuit principal. El segon interruptor mecànic està enllaçat mecànicament amb el primer interruptor mecànic, però opera amb un retard preestablert relatiu al primer interruptor. Aquest retard preestablert és menor que la diferència entre el temps de retard de control i el temps d'arcing de la corrent de càrrega no crítica.
A més, el circuit de retard també s'utilitza per aturar l'alimentació al circuit de control després d'enviar la sortida de la font d'alimentació commutada al circuit de control i mantenir-la durant un segon temps de retard. Preferiblement, el circuit de retard està compost per dos circuits de descàrrega RC connectats mitjançant un optocoupler.
En comparació amb l'estat de l'art, la solució tècnica del present model d'utilitat té els següents efectes beneficiosos: Dirigit al repte de l'extinció d'arc a la corrent crítica de càrrega en els circuit breakers de CC, el present model d'utilitat afegeix un circuit de commutació al esquema d'extinció d'arc existent, i mitjançant un enfocament purament basat en hardware, permet al circuit breaker determinar de manera autònoma si la corrent de càrrega està al nivell crític durant la interrupció. Quan opera a la corrent crítica de càrrega, el dispositiu empra de manera autònoma la tècnica de commutació per extinguir ràpidament i selectivament l'arc generat en aquestes condicions.
Com es mostra a la Figura 3, el procés i principi de funcionament del circuit breaker híbrid de CC en aquesta instància són els següents:
De l'instant 0 a T₀, el sistema està en funcionament normal. El primer interruptor mecànic i el segon interruptor mecànic estan tancats. El circuit de la font d'alimentació commutada no està alimentat, i el circuit de commutació està inactiu.
Començant a l'instant T₀, els contactes mòbils i fixos del primer interruptor mecànic comencen a separar-se físicament, generant un arc entre els seus terminals. La font d'alimentació commutada utilitza la tensió de l'arc com a font d'alimentació d'entrada i comença a establir la seva sortida. Si el circuit breaker està interrompent una corrent que no està al nivell crític de càrrega en aquest moment, la durada de l'arcing és de T₀ a T₁, i la forma d'ona de la tensió de l'arc és Uarc₁. Si el circuit breaker està interrompent una corrent crítica de càrrega, la durada de l'arcing s'estén de T₀ a T₂, i la forma d'ona de la tensió de l'arc és Uarc₂.
El circuit de commutació utilitzat en aquest model d'utilitat només s'activa en condicions de corrent baixa crítica de càrrega. Per tant, no requereix components de commutació de corrent elevada, resultant en un cost de construcció més baix per al circuit de commutació. A més, el control de commutació s'implementa totalment mitjançant circuits de hardware, eliminant la necessitat de unitats de control lògic o algoritmes de control complexos.
