Ein hybrider Gleichstrom-Schaltkreisunterbrecher
Die meisten DC-Schmelzsicherungen verwenden eine natürliche Luftbogenlöschung. Es gibt in der Regel zwei Bogenlöschmethoden: Die erste ist das herkömmliche Öffnen und Schließen, bei dem die Kontakte den Bogen axial strecken, während die leitende Schaltung ein Magnetfeld erzeugt, das den Bogen beugt und verlängert, ihn längs senkrecht zur Bogenachse zieht. Dies erhöht nicht nur die Bogendauer, sondern induziert auch eine seitliche Bewegung, was durch Luftkühlung zur Bogenlöschung führt.
Die andere Methode besteht darin, dass der Bogen durch seine eigene elektromagnetische Kraft oder das Magnetfeld einer magnetischen Ausblasenspule in die Bogenröhre getrieben wird, was zu einer schnellen Bogenlöschung führt. Wenn der Strom unter einen bestimmten Wert (kritischer Laststrom) fällt, kann der Bogen beim herkömmlichen Öffnen nicht effektiv gelöscht werden. In diesem Fall ist die magnetische Ausblasenkraft schwach, bietet unzureichende Antriebskraft für die Bogenbewegung und verhindert, dass der Bogen in die Bogenröhre eindringt. Daher wird die Bogenröhre unwirksam, wodurch der Bogen stagniert und kontinuierlich über einen langen Zeitraum brennt, was die Unterbrechungszeit erheblich verlängert oder sogar zum Unterbrechungsausfall führt. Daher ist eine technische Optimierung erforderlich, um bei Unterbrechung des kritischen Laststroms eine schnelle Bogenlöschung sicherzustellen.
Praktisches Modellinhalt
Das vorliegende praktische Modell zielt darauf ab, die Mängel der bestehenden Technologie, insbesondere die zu lange Bogenzeit bei Unterbrechung des kritischen Laststroms, zu überwinden, indem es einen hybriden Gleichstromkreisschalter bereitstellt. Dieses Gerät kann selbstständig feststellen, ob der Laststrom während der Unterbrechung auf kritischem Niveau liegt, und wenn ja, automatisch eine Stromkommutationsmethode anwenden, um den durch den kritischen Laststrom erzeugten Bogen schnell zu löschen.
Das vorliegende praktische Modell verwendet speziell die folgende technische Lösung, um das oben genannte Problem zu lösen: Ein hybrider Gleichstromkreisschalter, bestehend aus einem ersten mechanischen Schalter, der in der Hauptleitung in Reihe geschaltet ist, einer Kommutationsschaltung, die parallel zum ersten mechanischen Schalter geschaltet ist, und einer Ansteuerschaltung, die die Kommutationsschaltung aktiviert, wenn sie mit Energie versorgt wird. Der hybride Gleichstromkreisschalter umfasst weiterhin:
Eine Schaltnetzteil, dessen beiden Eingangsklemmen an beide Enden des ersten mechanischen Schalters angeschlossen sind;
Eine Verzögerungsschaltung, die in Serie zwischen dem Ausgang des Schaltnetzteils und dem Eingang der Ansteuerschaltung geschaltet ist, um durch Hardware die Ausgabe des Schaltnetzteils um eine voreingestellte erste Verzögerungszeit zu verzögern, bevor sie an die Ansteuerschaltung gesendet wird; die Summe der ersten Verzögerungszeit und der Einrichtungszeit des Schaltnetzteils bildet die Ansteuerverzögerungszeit, die länger ist als die Bogenzeit des hybriden Gleichstromkreisschalters unter nicht-kritischen Laststrombedingungen;
Ein zweiter mechanischer Schalter, der in der Hauptleitung in Reihe mit dem ersten mechanischen Schalter verbunden ist. Der zweite mechanische Schalter ist mechanisch mit dem ersten mechanischen Schalter gekoppelt, arbeitet aber mit einer voreingestellten zeitlichen Verzögerung im Vergleich zum ersten Schalter. Diese voreingestellte Zeit ist kürzer als die Differenz zwischen der Ansteuerverzögerungszeit und der Bogenzeit unter nicht-kritischen Laststrombedingungen.
Darüber hinaus wird die Verzögerungsschaltung auch verwendet, um die Stromversorgung der Ansteuerschaltung nach dem Senden der Ausgabe des Schaltnetzteils an die Ansteuerschaltung und deren Aufrechterhaltung für eine zweite Verzögerungszeit zu stoppen. Vorzugsweise besteht die Verzögerungsschaltung aus zwei RC-Entladeschaltungen, die über einen Optokoppler verbunden sind.
Im Vergleich zum Stand der Technik hat die technische Lösung des vorliegenden praktischen Modells die folgenden Vorteile: Angesichts der Herausforderung der Bogenlöschung bei kritischem Laststrom in Gleichstromkreisschaltern fügt das vorliegende praktische Modell einer vorhandenen Bogenlöschungsschema eine Kommutationsschaltung hinzu und ermöglicht durch einen rein hardwarebasierten Ansatz, dass der Kreisschalter selbstständig feststellen kann, ob der Laststrom während der Unterbrechung auf kritischem Niveau liegt. Bei Betrieb mit kritischem Laststrom setzt das Gerät die Kommutationstechnik autonom ein, um den unter solchen Bedingungen erzeugten Bogen schnell und selektiv zu löschen.
Wie in Abbildung 3 dargestellt, verläuft der Arbeitsablauf und das Prinzip des hybriden Gleichstromkreisschalters in dieser Ausführung wie folgt:
Von Zeitpunkt 0 bis T₀ befindet sich das System im normalen Betrieb. Der erste mechanische Schalter und der zweite mechanische Schalter sind geschlossen. Das Schaltnetzteil ist nicht mit Strom versorgt, und die Kommutationsschaltung ist inaktiv.
Ab Zeitpunkt T₀ beginnen die beweglichen und festen Kontakte des ersten mechanischen Schalters, sich physisch zu trennen, was einen Bogen an seinen Enden erzeugt. Das Schaltnetzteil nutzt die Bogenspannung als Eingangsenergiequelle und beginnt, seine Ausgabe aufzubauen. Wenn der Kreisschalter in diesem Moment einen Strom unterbricht, der nicht auf kritischem Lastniveau liegt, dauert die Bogenbildung von T₀ bis T₁, und die Bogenspannungswelle ist Uarc₁. Wenn der Kreisschalter einen kritischen Laststrom unterbricht, erstreckt sich die Bogenbildung von T₀ bis T₂, und die Bogenspannungswelle ist Uarc₂.
Die in diesem praktischen Modell verwendete Kommutationsschaltung wird nur bei geringen Strömen und kritischem Lastniveau aktiviert. Daher erfordert sie keine Komponenten mit hoher Nennstrombelastung, was zu niedrigeren Herstellungskosten der Kommutationsschaltung führt. Darüber hinaus wird die Kommutationssteuerung vollständig durch Hardware-Schaltungen implementiert, so dass keine Logiksteuerungseinheiten oder komplexen Steuerungsalgorithmen erforderlich sind.
