Un disjoncteur hybride à courant continu
La plupart des disjoncteurs à boîtier moulé en courant continu utilisent l'extinction naturelle de l'arc par air, et il existe généralement deux méthodes d'extinction d'arc : l'une est l'ouverture et la fermeture conventionnelles, où les contacts étirent axialement l'arc, tandis que le circuit conducteur génère un champ magnétique qui courbe et allonge l'arc, le tirant perpendiculairement à son axe. Cela augmente non seulement la longueur de l'arc, mais induit également un mouvement latéral, permettant un refroidissement par air pour atteindre l'extinction de l'arc.
L'autre méthode implique que l'arc soit entraîné dans le chemin d'arc par sa propre force électromagnétique ou par le champ magnétique provenant d'une bobine de soufflage magnétique, provoquant une extinction rapide de l'arc. Lorsque le courant tombe en dessous d'une certaine valeur (courant critique de charge), lors de l'ouverture conventionnelle, l'arc ne peut pas être éteint efficacement. À ce moment-là, la force de soufflage magnétique est faible, fournissant une force de propulsion insuffisante pour le mouvement de l'arc, empêchant l'arc d'entrer dans le chemin d'arc. Par conséquent, le chemin d'arc devient inefficace, faisant stagner l'arc et brûler continuellement pendant une période prolongée, prolongeant considérablement le temps de coupure ou même conduisant à un échec de coupure. Par conséquent, une optimisation technique est nécessaire lors de l'interruption au courant critique de charge pour assurer une extinction rapide de l'arc.
Contenu du Modèle Utilitaire
Le présent modèle utilitaire vise à surmonter les lacunes de la technologie existante, en particulier le temps d'arc excessivement long lors de l'interruption au courant critique de charge, en proposant un disjoncteur hybride en courant continu. Ce dispositif peut déterminer de manière autonome si le courant de charge est au niveau critique lors de l'interruption du disjoncteur et, si tel est le cas, utiliser automatiquement une technique de commutation de courant pour éteindre rapidement l'arc généré par le courant critique de charge.
Le présent modèle utilitaire adopte spécifiquement la solution technique suivante pour résoudre le problème mentionné ci-dessus : Un disjoncteur hybride en courant continu comprenant un premier interrupteur mécanique connecté en série dans le circuit principal, un circuit de commutation connecté en parallèle avec le premier interrupteur mécanique, et un circuit de commande pour activer le circuit de commutation lorsqu'il est alimenté. Le disjoncteur hybride en courant continu comprend en outre :
Une alimentation à découpage, dont les deux bornes d'entrée sont connectées aux deux extrémités du premier interrupteur mécanique ;
Un circuit de temporisation, connecté en série entre la sortie de l'alimentation à découpage et l'entrée du circuit de commande, mis en œuvre via du matériel, pour retarder la sortie de l'alimentation à découpage d'un premier temps de temporisation prédéfini avant de l'envoyer au circuit de commande ; la somme du premier temps de temporisation et du temps d'établissement de l'alimentation à découpage constitue le temps de temporisation de commande, qui est supérieur au temps d'arc du disjoncteur hybride en courant continu sous conditions de courant de charge non critique ;
Un deuxième interrupteur mécanique, connecté en série avec le premier interrupteur mécanique dans le circuit principal. Le deuxième interrupteur mécanique est lié mécaniquement au premier interrupteur mécanique, mais fonctionne avec un temps de retard prédéfini par rapport au premier interrupteur. Ce temps prédéfini est inférieur à la différence entre le temps de temporisation de commande et le temps d'arc sous conditions de courant de charge non critique.
De plus, le circuit de temporisation est également utilisé pour arrêter l'alimentation du circuit de commande après avoir envoyé la sortie de l'alimentation à découpage au circuit de commande et l'avoir maintenue pendant un second temps de temporisation. De préférence, le circuit de temporisation est composé de deux circuits de décharge RC connectés via un optocoupleur.
Comparé à l'état de la technique, la solution technique du présent modèle utilitaire présente les effets bénéfiques suivants : Face au défi de l'extinction de l'arc au courant critique de charge dans les disjoncteurs en courant continu, le présent modèle utilitaire ajoute un circuit de commutation au schéma d'extinction d'arc existant, et grâce à une approche purement matérielle, permet au disjoncteur de déterminer de manière autonome si le courant de charge est au niveau critique lors de l'interruption. Lors de la fonctionnement au courant critique de charge, le dispositif utilise de manière autonome la technique de commutation pour éteindre rapidement et sélectivement l'arc généré dans ces conditions.
Comme indiqué dans la figure 3, le processus de fonctionnement et le principe du disjoncteur hybride en courant continu de cet exemple sont les suivants :
De 0 à T₀, le système est en fonctionnement normal. Le premier interrupteur mécanique et le deuxième interrupteur mécanique sont fermés. Le circuit d'alimentation à découpage n'est pas alimenté, et le circuit de commutation est inactif.
À partir de T₀, les contacts mobiles et fixes du premier interrupteur mécanique commencent à se séparer physiquement, générant un arc entre ses bornes. L'alimentation à découpage utilise la tension d'arc comme source d'alimentation et commence à établir sa sortie. Si le disjoncteur interrompt un courant qui n'est pas au niveau critique de charge à ce moment, la durée d'arc est de T₀ à T₁, et la forme d'onde de la tension d'arc est Uarc₁. Si le disjoncteur interrompt un courant critique de charge, la durée d'arc s'étend de T₀ à T₂, et la forme d'onde de la tension d'arc est Uarc₂.
Le circuit de commutation utilisé dans ce modèle utilitaire n'est activé que sous des conditions de faible courant critique de charge. Par conséquent, il n'a pas besoin de composants de commutation à haut courant nominal, ce qui réduit le coût de construction du circuit de commutation. De plus, la commande de commutation est entièrement réalisée par des circuits matériels, éliminant la nécessité d'unités de contrôle logique ou d'algorithmes de contrôle complexes.
