Un interruttore a corrente continua ibrido
La maggior parte degli interruttori differenziali a carrello utilizza l'estinzione dell'arco ad aria naturale, e ci sono generalmente due metodi di estinzione dell'arco: uno è l'apertura e chiusura convenzionale, in cui i contatti allungano l'arco assialmente, mentre il circuito conduttivo genera un campo magnetico che piega ed allunga l'arco, tirandolo perpendicolarmente all'asse dell'arco. Questo non solo aumenta la lunghezza dell'arco, ma induce anche un movimento laterale, consentendo il raffreddamento dell'aria per raggiungere l'estinzione dell'arco.
L'altro metodo prevede che l'arco venga spinto nel canale dell'arco dalla propria forza elettromagnetica o dal campo magnetico di una bobina di soffiaggio magnetico, causando un'estinzione rapida dell'arco. Quando la corrente scende al di sotto di un certo valore (corrente critica del carico), durante l'apertura convenzionale, l'arco non può essere estinto efficacemente. In questo caso, la forza di soffiaggio magnetico è debole, fornendo una forza di spinta insufficiente per il movimento dell'arco, impedendo all'arco di entrare nel canale dell'arco. Di conseguenza, il canale dell'arco diventa inefficace, causando l'arresto e la combustione continua dell'arco per un periodo prolungato, prolungando significativamente il tempo di spegnimento o addirittura portando al fallimento dello spegnimento. Pertanto, è necessaria un'ottimizzazione tecnica durante l'interruzione alla corrente critica del carico per garantire un'estinzione rapida dell'arco.
Contenuto del Modello di Utilità
Il presente modello di utilità mira a superare i difetti della tecnologia esistente, in particolare il tempo di arco eccessivamente lungo durante l'interruzione alla corrente critica del carico, fornendo un interruttore differenziale ibrido. Questo dispositivo può determinare autonomamente se la corrente del carico è al livello critico durante l'interruzione dell'interruttore e, in tal caso, impiegare automaticamente una tecnica di commutazione di corrente per estinguere rapidamente l'arco generato dalla corrente critica del carico.
Il presente modello di utilità adotta specificamente la seguente soluzione tecnica per risolvere il problema menzionato: Un interruttore differenziale ibrido composto da un primo interruttore meccanico connesso in serie nel circuito principale, un circuito di commutazione connesso in parallelo con il primo interruttore meccanico, e un circuito di pilotaggio per attivare il circuito di commutazione quando alimentato. L'interruttore differenziale ibrido comprende inoltre:
Un alimentatore a commutazione, le cui due terminali di ingresso sono connessi alle estremità del primo interruttore meccanico;
Un circuito di ritardo, connesso in serie tra l'uscita dell'alimentatore a commutazione e l'ingresso del circuito di pilotaggio, implementato tramite hardware, per ritardare l'uscita dell'alimentatore a commutazione di un tempo di ritardo preimpostato prima di inviarla al circuito di pilotaggio; la somma del tempo di ritardo e del tempo di stabilizzazione dell'alimentatore a commutazione costituisce il tempo di ritardo di pilotaggio, che è maggiore del tempo di arco dell'interruttore differenziale ibrido in condizioni di corrente del carico non critica;
Un secondo interruttore meccanico, connesso in serie con il primo interruttore meccanico nel circuito principale. Il secondo interruttore meccanico è collegato meccanicamente al primo interruttore, ma opera con un ritardo temporale preimpostato rispetto al primo interruttore. Questo ritardo preimpostato è inferiore alla differenza tra il tempo di ritardo di pilotaggio e il tempo di arco in condizioni di corrente del carico non critica.
Inoltre, il circuito di ritardo viene utilizzato anche per interrompere l'alimentazione del circuito di pilotaggio dopo aver inviato l'uscita dell'alimentatore a commutazione al circuito di pilotaggio e mantenerla per un secondo tempo di ritardo. Preferibilmente, il circuito di ritardo è composto da due circuiti di scarica RC connessi tramite un optocoupler.
In confronto all'arte precedente, la soluzione tecnica del presente modello di utilità presenta i seguenti effetti benefici: Mirando alla sfida dell'estinzione dell'arco alla corrente critica del carico negli interruttori differenziali, il presente modello di utilità aggiunge un circuito di commutazione allo schema di estinzione dell'arco esistente, e attraverso un approccio puramente basato su hardware, consente all'interruttore di determinare autonomamente se la corrente del carico è al livello critico durante l'interruzione. Quando opera a corrente critica del carico, il dispositivo impiega autonomamente la tecnica di commutazione per estinguere rapidamente e selettivamente l'arco generato in tali condizioni.
Come mostrato nella Figura 3, il processo di funzionamento e il principio dell'interruttore differenziale ibrido in questa realizzazione sono i seguenti:
Dal tempo 0 a T₀, il sistema è in funzione normale. Il primo interruttore meccanico e il secondo interruttore meccanico sono chiusi. Il circuito dell'alimentatore a commutazione non è alimentato, e il circuito di commutazione è inattivo.
A partire dal tempo T₀, i contatti mobile e fisso del primo interruttore meccanico iniziano la separazione fisica, generando un arco ai suoi terminali. L'alimentatore a commutazione utilizza la tensione dell'arco come sorgente di alimentazione e inizia a stabilire la sua uscita. Se l'interruttore sta interrompendo una corrente che non è al livello critico del carico in quel momento, la durata dell'arco è da T₀ a T₁, e la forma d'onda della tensione dell'arco è Uarc₁. Se l'interruttore sta interrompendo una corrente critica del carico, la durata dell'arco si estende da T₀ a T₂, e la forma d'onda della tensione dell'arco è Uarc₂.
Il circuito di commutazione utilizzato in questo modello di utilità viene attivato solo in condizioni di corrente critica a bassa intensità. Pertanto, non richiede componenti di commutazione ad alta intensità nominale, risultando in un costo di costruzione più basso per il circuito di commutazione. Inoltre, il controllo di commutazione è implementato interamente attraverso circuiti hardware, eliminando la necessità di unità di controllo logico o algoritmi di controllo complessi.
