یک قطع کننده مدار هیبریدی DC
بیشتر کلیدهای برش دی‌سی پلاستیکی از روش خاموش شدن قوس الکتریکی با هوا طبیعی استفاده می‌کنند و معمولاً دو روش خاموش شدن قوس وجود دارد: یکی روش باز و بسته شدن سنتی است که در آن تماس‌ها قوس را به صورت محوری کش می‌دهند، در حالی که مدار هدایت‌کننده میدان مغناطیسی تولید می‌کند که قوس را خم می‌کند و آن را دراز می‌کشد، آن را عمود بر محور قوس کش می‌دهد. این عمل نه تنها طول قوس را افزایش می‌دهد بلکه حرکت جانبی را القا می‌کند که باعث خنک شدن هوا و خاموش شدن قوس می‌شود.
روش دیگر شامل قرار گرفتن قوس در کانال قوس توسط نیروی مغناطیسی خود یا میدان مغناطیسی از لیف مغناطیسی باد کشی که باعث خاموش شدن سریع قوس می‌شود. وقتی جریان زیر یک مقدار مشخص (جریان بار بحرانی) برسد، در باز و بسته شدن سنتی، قوس به طور موثر خاموش نمی‌شود. در این حالت، نیروی باد کشی مغناطیسی ضعیف است و نیروی کافی برای حرکت قوس فراهم نمی‌کند، بنابراین قوس وارد کانال قوس نمی‌شود. در نتیجه کانال قوس بی‌اثر می‌شود و قوس متوقف می‌شود و به طولانی مدت می‌سوشد، که به طور قابل توجهی زمان برش را افزایش می‌دهد یا حتی منجر به شکست برش می‌شود. بنابراین به بهینه‌سازی فنی در هنگام برش در جریان بار بحرانی نیاز است تا خاموش شدن سریع قوس تضمین شود.
محتوای مدل سودمند
مدل سودمند فعلی با هدف غلبه بر نقاط ضعف فناوری موجود، به ویژه زمان طولانی سوختن قوس در هنگام برش در جریان بار بحرانی، یک کلید برش ترکیبی دی‌سی ارائه می‌دهد. این دستگاه می‌تواند به طور خودکار تعیین کند که آیا جریان بار در زمان برش در سطح بحرانی است و در صورت صحیح بودن، به طور خودکار از تکنیک جابجایی جریان برای خاموش شدن سریع قوس تولید شده توسط جریان بار بحرانی استفاده کند.
مدل سودمند فعلی به منظور حل مشکل ذکر شده از راه‌حل فنی زیر استفاده می‌کند: یک کلید برش ترکیبی دی‌سی شامل یک کلید مکانیکی اول که به صورت سری در مدار اصلی قرار گرفته است، یک مدار جابجایی که به موازات کلید مکانیکی اول قرار گرفته است، و یک مدار راننده برای فعال کردن مدار جابجایی هنگام تغذیه. کلید برش ترکیبی دی‌سی علاوه بر این شامل موارد زیر است:
منبع تغذیه تبدیل‌کننده که دو ترم ورودی آن به دو سر کلید مکانیکی اول وصل شده است؛
مدار تأخیر که به صورت سری بین خروجی منبع تغذیه تبدیل‌کننده و ورودی مدار راننده قرار گرفته است و از طریق سخت‌افزار پیاده‌سازی شده است تا خروجی منبع تغذیه تبدیل‌کننده را به مدت یک تأخیر اولیه پیش‌فرض تأخیر دهد و سپس آن را به مدار راننده ارسال کند؛ مجموع تأخیر اولیه و زمان برقراری منبع تغذیه تبدیل‌کننده تشکیل زمان تأخیر راننده را می‌دهد که بیشتر از زمان سوختن قوس کلید برش ترکیبی دی‌سی در شرایط جریان بار غیربحرانی است؛
یک کلید مکانیکی دوم که به صورت سری با کلید مکانیکی اول در مدار اصلی قرار گرفته است. کلید مکانیکی دوم با کلید مکانیکی اول مرتبط است اما با یک تأخیر زمانی پیش‌فرض نسبت به کلید اول کار می‌کند. این تأخیر پیش‌فرض کمتر از تفاوت بین زمان تأخیر راننده و زمان سوختن قوس در جریان بار غیربحرانی است.
علاوه بر این، مدار تأخیر همچنین برای توقف تغذیه مدار راننده پس از ارسال خروجی منبع تغذیه تبدیل‌کننده به مدار راننده و حفظ آن برای یک تأخیر ثانویه استفاده می‌شود. بهتر است مدار تأخیر از دو مدار تخلیه RC که از طریق یک اپتوكوپلر به هم وصل شده‌اند تشکیل شود.
در مقایسه با هنر پیشین، راه‌حل فنی مدل سودمند فعلی اثرات مفید زیر را دارد: با هدف چالش خاموش شدن قوس در جریان بار بحرانی در کلیدهای برش دی‌سی، مدل سودمند فعلی یک مدار جابجایی به طرح خاموش شدن موجود اضافه می‌کند و از طریق یک رویکرد کاملاً سخت‌افزاری، به کلید برش اجازه می‌دهد که به طور خودکار تعیین کند که آیا جریان بار در زمان برش در سطح بحرانی است. در زمان کار با جریان بار بحرانی، دستگاه به طور خودکار از تکنیک جابجایی برای خاموش شدن سریع و انتخابی قوس تولید شده در چنین شرایطی استفاده می‌کند.
همان‌طور که در شکل ۳ نشان داده شده است، فرآیند و اصل کار کلید برش ترکیبی دی‌سی در این نمونه به شرح زیر است:
از زمان ۰ تا T₀، سیستم در وضعیت عملکرد نرمال است. کلید مکانیکی اول و کلید مکانیکی دوم بسته هستند. مدار تغذیه تبدیل‌کننده تغذیه نمی‌شود و مدار جابجایی غیرفعال است.
از زمان T₀ شروع می‌شود، تماس‌های متحرک و ثابت کلید مکانیکی اول جدایی فیزیکی را آغاز می‌کنند و یک قوس بین دو سر آن تولید می‌شود. منبع تغذیه تبدیل‌کننده از ولتاژ قوس به عنوان منبع تغذیه ورودی استفاده می‌کند و شروع به برقراری خروجی می‌کند. اگر کلید برش یک جریان غیربحرانی را می‌برد، مدت سوختن قوس از T₀ تا T₁ است و موج ولتاژ قوس Uarc₁ است. اگر کلید برش یک جریان بار بحرانی را می‌برد، مدت سوختن قوس از T₀ تا T₂ تمدید می‌شود و موج ولتاژ قوس Uarc₂ است.
مدار جابجایی استفاده شده در این مدل سودمند فقط در شرایط جریان بار بحرانی کم‌جریان فعال می‌شود. بنابراین نیازی به مؤلفه‌های جابجایی با جریان اسمی بالا ندارد که منجر به کاهش هزینه ساخت مدار جابجایی می‌شود. علاوه بر این، کنترل جابجایی به طور کامل از طریق مدارهای سخت‌افزاری پیاده‌سازی می‌شود و نیازی به واحد کنترل منطقی یا الگوریتم‌های کنترل پیچیده ندارد.
