Un interruptor híbrido de circuito DC
La mayoría de los interruptores automáticos de corriente continua (CC) utilizan la extinción del arco por aire natural, y generalmente hay dos métodos de extinción del arco: uno es la apertura y cierre convencional, donde los contactos estiran el arco axialmente, mientras que el circuito conductor genera un campo magnético que dobla y alarga el arco, tirando de él longitudinalmente perpendicular al eje del arco. Esto no solo aumenta la longitud del arco, sino que también induce un movimiento lateral, permitiendo el enfriamiento por aire para lograr la extinción del arco.
El otro método implica que el arco es impulsado magnéticamente hacia el canal de arco por su propia fuerza electromagnética o por el campo magnético de una bobina de soplado magnético, causando una extinción rápida del arco. Cuando la corriente cae por debajo de un cierto valor (corriente de carga crítica), durante la apertura convencional, el arco no puede extinguirse eficazmente. En este punto, la fuerza de soplado magnético es débil, proporcionando una fuerza de conducción insuficiente para el movimiento del arco, impidiendo que el arco entre en el canal de arco. Como consecuencia, el canal de arco se vuelve ineficaz, causando que el arco se estanque y queme continuamente durante un período prolongado, prolongando significativamente el tiempo de interrupción o incluso llevando a un fallo de interrupción. Por lo tanto, se requiere una optimización técnica durante la interrupción a la corriente de carga crítica para asegurar una extinción rápida del arco.
Contenido del Modelo de Utilidad
El presente modelo de utilidad tiene como objetivo superar las deficiencias de la tecnología existente, especialmente el tiempo excesivamente largo de arco durante la interrupción a la corriente de carga crítica, proporcionando un interruptor híbrido de corriente continua. Este dispositivo puede determinar autónomamente si la corriente de carga está en el nivel crítico durante la interrupción del interruptor y, si es así, emplear automáticamente una técnica de conmutación de corriente para extinguir rápidamente el arco generado por la corriente de carga crítica.
El presente modelo de utilidad adopta específicamente la siguiente solución técnica para abordar el problema mencionado: Un interruptor híbrido de corriente continua que comprende un primer interruptor mecánico conectado en serie dentro del circuito principal, un circuito de conmutación conectado en paralelo con el primer interruptor mecánico y un circuito de accionamiento para activar el circuito de conmutación cuando está energizado. El interruptor híbrido de corriente continua comprende además:
Una fuente de alimentación conmutada, cuyas dos terminales de entrada están conectadas a ambos extremos del primer interruptor mecánico;
Un circuito de retardo, conectado en serie entre la salida de la fuente de alimentación conmutada y la entrada del circuito de accionamiento, implementado mediante hardware, para retrasar la salida de la fuente de alimentación conmutada por un tiempo de retardo preestablecido antes de enviarla al circuito de accionamiento; la suma del tiempo de retardo y el tiempo de establecimiento de la fuente de alimentación conmutada constituye el tiempo de retardo de accionamiento, que es mayor que el tiempo de arco del interruptor híbrido de corriente continua bajo condiciones de corriente de carga no crítica;
Un segundo interruptor mecánico, conectado en serie con el primer interruptor mecánico en el circuito principal. El segundo interruptor mecánico está vinculado mecánicamente al primer interruptor mecánico pero opera con un retraso preestablecido en relación con el primer interruptor. Este tiempo preestablecido es menor que la diferencia entre el tiempo de retardo de accionamiento y el tiempo de arco de la corriente de carga no crítica.
Además, el circuito de retardo también se utiliza para detener el suministro de energía al circuito de accionamiento después de enviar la salida de la fuente de alimentación conmutada al circuito de accionamiento y mantenerla durante un segundo tiempo de retardo. Preferiblemente, el circuito de retardo está compuesto por dos circuitos de descarga RC conectados a través de un acoplador óptico.
En comparación con la técnica anterior, la solución técnica del presente modelo de utilidad tiene los siguientes efectos beneficiosos: Dirigida al desafío de la extinción del arco a la corriente de carga crítica en interruptores de corriente continua, el presente modelo de utilidad añade un circuito de conmutación al esquema de extinción de arcos existente, y a través de un enfoque puramente basado en hardware, permite al interruptor determinar autónomamente si la corriente de carga está en el nivel crítico durante la interrupción. Cuando opera a la corriente de carga crítica, el dispositivo emplea autónomamente la técnica de conmutación para extinguir rápidamente y selectivamente el arco generado en tales condiciones.
Como se muestra en la Figura 3, el proceso de funcionamiento y el principio del interruptor híbrido de corriente continua en esta realización son los siguientes:
Desde el tiempo 0 hasta T₀, el sistema está en operación normal. El primer interruptor mecánico y el segundo interruptor mecánico están cerrados. El circuito de la fuente de alimentación conmutada no está alimentado, y el circuito de conmutación está inactivo.
A partir del tiempo T₀, los contactos móviles y fijos del primer interruptor mecánico comienzan a separarse físicamente, generando un arco a través de sus terminales. La fuente de alimentación conmutada utiliza el voltaje del arco como su fuente de alimentación de entrada y comienza a establecer su salida. Si el interruptor está interrumpiendo una corriente que no está en el nivel de carga crítica en este momento, la duración del arco es desde T₀ hasta T₁, y la forma de onda del voltaje del arco es Uarc₁. Si el interruptor está interrumpiendo una corriente de carga crítica, la duración del arco se extiende desde T₀ hasta T₂, y la forma de onda del voltaje del arco es Uarc₂.
El circuito de conmutación utilizado en este modelo de utilidad solo se activa bajo condiciones de corriente de carga crítica de baja corriente. Por lo tanto, no requiere componentes de conmutación de alta corriente nominal, resultando en un costo de construcción más bajo para el circuito de conmutación. Además, el control de conmutación se implementa completamente a través de circuitos de hardware, eliminando la necesidad de unidades de control lógico o algoritmos de control complejos.
