brasهیبریدی DC
بیشتر کلیدهای پرکننده مدار در حالت مستقیم از خاموش شدن قوس الکتریکی با استفاده از هوا طبیعی استفاده می‌کنند و معمولاً دو روش خاموش کردن قوس وجود دارد: یکی باز و بسته شدن معمولی است که در آن تماس‌ها قوس را به صورت محوری کش می‌دهند، در حالی که مدار رسانا میدان مغناطیسی تولید می‌کند که قوس را خم می‌کند و طول می‌دهد، آن را عمود بر محور قوس کش می‌دهد. این عمل نه تنها طول قوس را افزایش می‌دهد بلکه حرکت جانبی را القا می‌کند که با خنک کردن هوا منجر به خاموش شدن قوس می‌گردد.
روش دیگر شامل سوق دادن قوس به داخل مسیر قوس توسط نیروی مغناطیسی خود یا میدان مغناطیسی از لوله مغناطیسی می‌باشد که منجر به خاموش شدن سریع قوس می‌گردد. وقتی جریان زیر یک مقدار معین (جریان بار بحرانی) بیفتد، در باز و بسته شدن معمولی، قوس به طور موثر خاموش نمی‌شود. در این زمان، نیروی مغناطیسی ضعیف است و نیروی کافی برای حرکت قوس فراهم نمی‌کند، بنابراین قوس وارد مسیر قوس نمی‌شود. در نتیجه، مسیر قوس بی‌اثر می‌شود و قوس متوقف شده و به طولانی مدت می‌سوخت، زمان قطع را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد یا حتی منجر به شکست قطع می‌گردد. بنابراین، بهینه‌سازی فنی در زمان قطع در جریان بحرانی بار ضروری 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 قوس در زمان قطع در جریان بحرانی بار، یک کلیدهای پرکننده مدار هیبریدی DC ارائه می‌دهد. این دستگاه می‌تواند به طور خودکار تعیین کند که آیا جریان بار در زمان قطع کلیدهای در سطح بحرانی است و در صورت صحیح بودن، به طور خودکار از تکنیک جابجایی جریان برای خاموش کردن سریع قوس تولید شده توسط جریان بحرانی بار استفاده کند.
مدل سودمند فعلی به منظور حل مشکل ذکر شده از راه‌حل فنی زیر استفاده می‌کند: یک کلیدهای پرکننده مدار هیبریدی DC شامل یک کلید مکانیکی اول که در مدار اصلی به صورت سری متصل شده است، یک مدار جابجایی جریان که به صورت موازی با کلید مکانیکی اول متصل شده است، و یک مدار محرک برای فعال کردن مدار جابجایی جریان هنگام تغذیه. کلیدهای پرکننده مدار هیبریدی DC علاوه بر این شامل موارد زیر است:
یک منبع تغذیه تبدیل، که دو ترمینال ورودی آن به دو سر کلید مکانیکی اول متصل شده است؛
یک مدار تأخیر، که به صورت سری بین خروجی منبع تغذیه تبدیل و ورودی مدار محرک متصل شده است و از طریق سخت‌افزار پیاده‌سازی شده است تا خروجی منبع تغذیه تبدیل را تا زمان تأخیر اولیه پیش‌فرض تأخیر دهد و سپس آن را به مدار محرک ارسال کند؛ مجموع زمان تأخیر اولیه و زمان تثبیت منبع تغذیه تبدیل زمان تأخیر محرک را تشکیل می‌دهد که بزرگتر از زمان قوس کلیدهای پرکننده مدار هیبریدی DC در شرایط جریان بار غیربحرانی است؛
یک کلید مکانیکی دوم، که به صورت سری با کلید مکانیکی اول در مدار اصلی متصل شده است. کلید مکانیکی دوم به صورت مکانیکی با کلید مکانیکی اول پیوند دارد اما با یک زمان تأخیر پیش‌فرض نسبت به کلید اول عمل می‌کند. این زمان پیش‌فرض کمتر از تفاوت بین زمان تأخیر محرک و زمان قوس جریان بار غیربحرانی است.
علاوه بر این، مدار تأخیر نیز برای قطع تغذیه مدار محرک پس از ارسال خروجی منبع تغذیه تبدیل به مدار محرک و حفظ آن برای یک زمان تأخیر دوم استفاده می‌شود. بهتر است که مدار تأخیر از دو مدار تخلیه RC که از طریق یک کوپلر نوری متصل شده‌اند تشکیل شود.
در مقایسه با فناوری موجود، راه‌حل فنی مدل سودمند فعلی اثرات مفید زیر را دارد: با هدف چالش خاموش کردن قوس در جریان بحرانی بار در کلیدهای پرکننده مدار DC، مدل سودمند فعلی یک مدار جابجایی جریان به طرح خاموش کردن قوس موجود اضافه می‌کند و از طریق رویکرد کاملاً سخت‌افزاری، کلیدهای پرکننده مدار را قادر می‌سازد که به طور خودکار تعیین کنند که آیا جریان بار در زمان قطع در سطح بحرانی است. هنگام عملکرد در جریان بحرانی بار، دستگاه به طور خودکار از تکنیک جابجایی جریان برای خاموش کردن سریع و انتخابی قوس تولید شده در چنین شرایطی استفاده می‌کند.
همان‌طور که در شکل ۳ نشان داده شده است، فرآیند و اصول عملکرد کلیدهای پرکننده مدار هیبریدی DC در این نمونه به شرح زیر است:
از زمان ۰ تا T₀، سیستم در حالت عملکرد معمولی است. کلید مکانیکی اول و کلید مکانیکی دوم بسته هستند. مدار تغذیه تبدیل تغذیه نمی‌شود و مدار جابجایی جریان غیرفعال است.
از زمان T₀، تماس‌های متحرک و ثابت کلید مکانیکی اول شروع به جدا شدن فیزیکی می‌کنند و قوسی بین دو سر آن تولید می‌شود. مدار تغذیه تبدیل از ولتاژ قوس به عنوان منبع تغذیه ورودی خود استفاده می‌کند و شروع به تثبیت خروجی خود می‌کند. اگر کلیدهای پرکننده مدار در حال قطع جریانی که در سطح بحرانی بار نیست، زمان قوس از T₀ تا T₁ است و موج‌شکل ولتاژ قوس Uarc₁ است. اگر کلیدهای پرکننده مدار در حال قطع جریان بحرانی بار باشد، زمان قوس از T₀ تا T₂ ادامه می‌یابد و موج‌شکل ولتاژ قوس Uarc₂ است.
مدار جابجایی جریان استفاده شده در این مدل سودمند فقط در شرایط جریان بحرانی بار با جریان کم فعال می‌شود. بنابراین، اجزای جابجایی جریان با جریان اسمی بالا مورد نیاز نیستند و هزینه ساخت مدار جابجایی جریان کمتر می‌شود. علاوه بر این، کنترل جابجایی کاملاً از طریق مدارهای سخت‌افزاری پیاده‌سازی شده است و نیازی به واحد‌های کنترل منطقی یا الگوریتم‌های کنترل پیچیده نیست.
