En hybrid DC strømbryder

De fleste DC-moldede kredsløbsbrydere bruger naturlig luft til buelukning, og der er typisk to metoder til buelukning: den ene er traditionel åbning og lukning, hvor kontakterne strækker bue axielt, mens ledningskredsløbet genererer et magnetfelt, der buer og forlænger bue, trækker den langs parallel med bueaksen. Dette øger ikke blot buelængden, men inducerer også en sidevise bevægelse, hvilket gør det muligt at opnå buelukning ved hjælp af luftkøling.

Den anden metode indebærer, at bue bliver magnetisk drevet ind i buekanalen af sin egen elektromagnetiske kraft eller magnetfeltet fra en magnetisk blæsningsspole, hvilket fører til hurtig buelukning. Når strømmen falder under en bestemt værdi (kritisk laststrøm), kan bue ikke effektivt slukkes under traditionel åbning. I dette tilfælde er magnetblæsningskraften svag, hvilket giver utilstrækkelig drivkraft til bevegelse af bue, og forhindrer bue i at komme ind i buekanalen. Derfor bliver buekanalen ineffektiv, hvilket får bue til at stagnere og brenne konstant over en lang periode, hvilket betydeligt forlænger tiden til at bryde eller endda fører til afbrydelsesfejl. Derfor er teknisk optimering nødvendig under afbrydelse ved kritisk laststrøm for at sikre hurtig buelukning.

Indhold af anvendelsesmodel

Denne anvendelsesmodel har til formål at overkomme mangler i eksisterende teknologi, især den for lange buetid under afbrydelse ved kritisk laststrøm, ved at levere en hybrid DC-kredsløbsbryder. Denne enhed kan selvstændigt fastslå, om laststrømmen er på kritisk niveau under bryderafbrydelse, og hvis så er tilfældet, automatisk anvende en strømkommuteringsteknik til hurtig buelukning af bue, der genereres ved kritisk laststrøm.

Denne anvendelsesmodel anvender specifikt følgende tekniske løsning for at løse det ovennævnte problem: En hybrid DC-kredsløbsbryder, der består af en første mekanisk switch forbundet i serie i hovedkredsløbet, en kommuteringskreds forbundet parallelt med den første mekaniske switch, og en drivkreds til aktivering af kommuteringskredsen, når den er spændt. Hybrid DC-kredsløbsbryderen indeholder yderligere:

• En switchende strømforsyning, hvis to inputkontakter er forbundet til begge ender af den første mekaniske switch;

• En forsinkelseskreds, forbundet i serie mellem outputtet af switchende strømforsyningen og inputtet til drivkredsen, implementeret via hardware, for at forsinke outputtet fra switchende strømforsyningen med en forudindstillet første forsinkelsestid, før det sendes til drivkredsen; summen af den første forsinkelsestid og opsætningsperioden for switchende strømforsyningen udgør drivforsinkelsen, som er større end buetiden for hybrid DC-kredsløbsbryderen under ikke-kritiske laststrømforhold;

• En anden mekanisk switch, forbundet i serie med den første mekaniske switch i hovedkredsløbet. Den anden mekaniske switch er mekanisk koblet til den første mekaniske switch, men fungerer med en forudindstillet tidsforskydning i forhold til den første switch. Denne forudindstillede tid er mindre end forskellen mellem drivforsinkelsen og buetiden under ikke-kritiske laststrømforhold.

Desuden bruges forsinkelseskredsen også til at stoppe strømforsyningen til drivkredsen efter at have sendt outputtet fra switchende strømforsyningen til drivkredsen og vedligeholdt det i en anden forsinkelsestid. Foretrækkeligt er forsinkelseskredsen sammensat af to RC-ladningskredsløb forbundet via en optokoppler.

I sammenligning med den tidligere kunst har den tekniske løsning i denne anvendelsesmodel følgende fordele: Med henblik på udfordringen med buelukning ved kritisk laststrøm i DC-kredsløbsbrydere, tilføjer denne anvendelsesmodel en kommuteringskreds til den eksisterende buelukningsmetode, og gennem en rent hardware-baseret tilgang, gør den det muligt for kredsløbsbryderen at selvstændigt fastslå, om laststrømmen er på kritisk niveau under afbrydelse. Når den opererer ved kritisk laststrøm, anvender enheden selvstændigt kommuteringsmetoden til hurtigt og selektivt at slukke bue, der dannes under disse forhold.

Som vist i figur 3, er driftsprocessen og princippet for den hybride DC-kredsløbsbryder i denne eksekution følgende:

• Fra tidspunkt 0 til T₀ er systemet i normal drift. Den første mekaniske switch og den anden mekaniske switch er lukket. Switchende strømforsyning er ikke spændt, og kommuteringskredsen er inaktiv.

• Fra tidspunkt T₀ starter de bevægelige og faste kontakter på den første mekaniske switch at skilles fysisk, hvilket genererer en bue over dens terminaler. Switchende strømforsyning bruger buevoltage som sin inputstrømkilde og begynder at etablere sit output. Hvis kredsløbsbryderen afbryder en strøm, der ikke er på kritisk lastniveau i dette øjeblik, er buevarigheden fra T₀ til T₁, og buevoltageformen er Uarc₁. Hvis kredsløbsbryderen afbryder en kritisk laststrøm, forlænges buevarigheden fra T₀ til T₂, og buevoltageformen er Uarc₂.

Kommuteringskredsen, der anvendes i denne anvendelsesmodel, aktiveres kun under lavstrømskritiske lastforhold. Derfor kræver den ikke kommuteringskomponenter med høj nominalstrøm, hvilket resulterer i en lavere konstruktionsomkostning for kommuteringskredsen. Desuden er kommuteringskontrollen implementeret helt via hardwarekredsløb, hvilket undgår behovet for logikkontrolenheder eller komplekse kontrolalgoritmer.