Een hybride gelijkstroomonderbreker
De meeste DC-gegoten kastenschakelaars gebruiken natuurlijke luchtboogextinctie, en er zijn doorgaans twee boogextinctiemethoden: de ene is conventioneel openen en sluiten, waarbij de contacten de boog axiaal uitrekken, terwijl het geleidende circuit een magnetisch veld genereert dat de boog buigt en verlengt, waardoor deze lengsgewijs loodrecht op de boogas wordt getrokken. Dit verhoogt niet alleen de booglengte, maar veroorzaakt ook laterale beweging, waardoor afkoeling door lucht de boogextinctie mogelijk maakt.
De andere methode betreft de boog die door eigen elektromagnetische kracht of het magnetisch veld van een magneetblusspoel magnetisch in de booguitlaat wordt gedreven, wat leidt tot snelle boogextinctie. Wanneer de stroom onder een bepaalde waarde (kritische belastingstroom) valt, kan bij conventioneel openen de boog niet effectief worden uitgedoofd. Op dit moment is de magneetbluskracht zwak, wat onvoldoende drijfkracht biedt voor de boogbeweging, waardoor de boog de booguitlaat niet kan bereiken. Hierdoor wordt de booguitlaat inefficiënt, waardoor de boog stagneert en continu brandt voor een langere periode, wat de uitschakeltijd aanzienlijk verlengt of zelfs leidt tot uitschakelfout. Daarom is technische optimalisatie nodig tijdens het onderbreken bij kritische belastingstroom om snelle boogextinctie te garanderen.
Utiliteitsmodelinhoud
Het huidige utiliteitsmodel heeft als doel de tekortkomingen van de bestaande technologie, vooral de te lange boogtijd tijdens het onderbreken bij kritische belastingstroom, te overwinnen door een hybride DC-schakelaar te verschaffen. Dit apparaat kan zelfstandig bepalen of de belastingstroom op kritiek niveau is tijdens het onderbreken van de schakelaar en, indien van toepassing, automatisch een stroomomzettingsmethode toepassen om de boog die door kritische belastingstroom wordt gegenereerd, snel uit te doven.
Het huidige utiliteitsmodel past specifiek de volgende technische oplossing toe om het bovengenoemde probleem aan te pakken: Een hybride DC-schakelaar die een eerste mechanische schakelaar bevat die serieel in het hoofdcircuit is verbonden, een omzettingscircuit dat parallel met de eerste mechanische schakelaar is verbonden, en een stuurcircuit om het omzettingscircuit te activeren wanneer het gevoed wordt. De hybride DC-schakelaar omvat verder:
Een schakelvoeding, waarvan de twee ingangsterminalen aan beide einden van de eerste mechanische schakelaar zijn verbonden;
Een vertragingscircuit, dat reeks tussen de uitgang van de schakelvoeding en de ingang van het stuurcircuit is verbonden, via hardware geïmplementeerd, om de uitgang van de schakelvoeding met een vooraf ingestelde eerste vertragingstijd te vertragen voordat deze naar het stuurcircuit wordt gestuurd; de som van de eerste vertragingstijd en de opbouwtijd van de schakelvoeding vormt de stuurvertragingstijd, die groter is dan de boogtijd van de hybride DC-schakelaar onder niet-kritische belastingstroomcondities;
Een tweede mechanische schakelaar, die serieel met de eerste mechanische schakelaar in het hoofdcircuit is verbonden. De tweede mechanische schakelaar is mechanisch gekoppeld aan de eerste mechanische schakelaar, maar werkt met een vooraf ingestelde tijdsachterstand ten opzichte van de eerste schakelaar. Deze vooraf ingestelde tijd is kleiner dan het verschil tussen de stuurvertragingstijd en de niet-kritische belastingstroom boogtijd.
Bovendien wordt het vertragingscircuit ook gebruikt om de voeding van het stuurcircuit na het versturen van de uitgang van de schakelvoeding naar het stuurcircuit en het behouden daarvan gedurende een tweede vertragingstijd stop te zetten. Het vertragingscircuit bestaat voorkeursgewijs uit twee RC-ontladingscircuits die via een optokoppelaar zijn verbonden.
In vergelijking met de stand van de techniek heeft de technische oplossing van het huidige utiliteitsmodel de volgende voordelen: Met het oog op de uitdaging van boogextinctie bij kritische belastingstroom in DC-schakelaars, voegt het huidige utiliteitsmodel een omzettingscircuit toe aan het bestaande boogextinctieschema, en door middel van een puur hardwaregebaseerde benadering, kan de schakelaar zelfstandig bepalen of de belastingstroom op kritiek niveau is tijdens het onderbreken. Bij werking bij kritische belastingstroom gebruikt het apparaat automatisch de omzettingstechniek om de boog die onder dergelijke omstandigheden wordt gegenereerd, snel en selectief uit te doven.
Zoals weergegeven in figuur 3, zijn de werkingsproces en -principes van de hybride DC-schakelaar in deze uitvoering als volgt:
Van tijdstip 0 tot T₀ is het systeem in normale bedrijfsmodus. De eerste mechanische schakelaar en de tweede mechanische schakelaar zijn gesloten. Het schakelvoedingcircuit wordt niet gevoed, en het omzettingscircuit is inactief.
Vanaf tijdstip T₀ beginnen de bewegende en vaste contacten van de eerste mechanische schakelaar fysiek van elkaar te scheiden, wat een boog over de terminals genereert. De schakelvoeding gebruikt de boogspanning als ingangsspanning en begint haar uitgang op te bouwen. Als de schakelaar op dit moment een stroom onderbreekt die niet op kritisch belastingsniveau is, is de boogduur van T₀ tot T₁, en is de boogspanningsgolfvorm Uarc₁. Als de schakelaar een kritische belastingstroom onderbreekt, strekt de boogduur zich uit van T₀ tot T₂, en is de boogspanningsgolfvorm Uarc₂.
Het omzettingscircuit dat in dit utiliteitsmodel wordt gebruikt, wordt alleen geactiveerd onder lage-stroom kritische belastingsomstandigheden. Daarom vereist het geen hoog-gestrateerde omzettingscomponenten, wat resulteert in lagere constructiekosten voor het omzettingscircuit. Bovendien wordt de omzettingcontrole volledig via hardwarecircuits geïmplementeerd, waardoor logische controle-eenheden of complexe controlealgoritmen niet nodig zijn.
