Hybrydowy przerywacz obwodów stałoprądowych
Większość przewodników obwodowych z wyłącznikiem o formie skrzynkowej do prądu stałego używa naturalnego gaśnięcia łuku elektrycznego przez powietrze, i istnieją zwykle dwie metody gaszenia łuku: jedna to konwencjonalne otwieranie i zamykanie, gdzie kontakty rozciągają łuk osiowo, podczas gdy obwód przewodzący generuje pole magnetyczne, które zakrzywia i wydłuża łuk, pociągając go wzdłuż prostopadle do osi łuku. To nie tylko zwiększa długość łuku, ale również indukuje ruch boczny, umożliwiając chłodzenie powietrza do osiągnięcia gaszenia łuku.
Druga metoda polega na tym, że łuk jest magnetycznie napędzany do kanału łuku przez własne siły elektromagnetyczne lub pole magnetyczne od cewki wdmuchującej, co powoduje szybkie gaszenie łuku. Gdy prąd spadnie poniżej pewnej wartości (krytyczny prąd obciążenia), przy konwencjonalnym otwieraniu, łuk nie może być skutecznie zgaszony. W tym momencie siła wdmuchu magnetycznego jest słaba, dostarczając niewystarczającą siłę napędową dla ruchu łuku, uniemożliwiając wejście łuku do kanału łuku. W rezultacie kanał łuku staje się nieskuteczny, powodując stagnację łuku i ciągłe palenie przez dłuższy czas, znacznie przedłużając czas przerwania lub nawet prowadząc do awarii przerwania. Dlatego wymagana jest techniczna optymalizacja podczas przerwania przy krytycznym prądzie obciążenia, aby zapewnić szybkie gaszenie łuku.
Zawartość Rozwiązania Użyteczności
Obecne rozwiązanie użyteczności ma na celu przezwyciężenie wad istniejącej technologii, szczególnie zbyt długiego czasu łukowania podczas przerwania przy krytycznym prądzie obciążenia, poprzez dostarczenie hybrydowego wyłącznika DC. To urządzenie może samodzielnie określić, czy prąd obciążenia jest na poziomie krytycznym podczas przerwania wyłącznika, i jeśli tak, automatycznie zastosować technikę komutacji prądu, aby szybko zgaszyć łuk wygenerowany przez krytyczny prąd obciążenia.
Obecne rozwiązanie użyteczności specyficznie stosuje następujące rozwiązanie techniczne, aby rozwiązać wspomniany problem: Hybrydowy wyłącznik DC składający się z pierwszego przełącznika mechanicznego połączonego szeregowo w głównym obwodzie, obwodu komutacyjnego połączonego równolegle z pierwszym przełącznikiem mechanicznym, oraz obwodu napędowego do aktywacji obwodu komutacyjnego podczas zasilania. Hybrydowy wyłącznik DC zawiera ponadto:
Zasilacz przestawny, którego dwa wejścia są połączone z obu końców pierwszego przełącznika mechanicznego;
Obwód opóźniający, połączony szeregowo między wyjściem zasilacza przestawnego a wejściem obwodu napędowego, zaimplementowany sprzętowo, aby opóźnić wyjście zasilacza przestawnego o uprzednio ustawiony pierwszy czas opóźnienia przed wysłaniem go do obwodu napędowego; suma pierwszego czasu opóźnienia i czasu ustanowienia zasilacza przestawnego stanowi czas opóźnienia napędowego, który jest większy niż czas łukowania hybrydowego wyłącznika DC w warunkach niekrytycznego prądu obciążenia;
Drugi przełącznik mechaniczny, połączony szeregowo z pierwszym przełącznikiem mechanicznym w głównym obwodzie. Drugi przełącznik mechaniczny jest mechanicznie połączony z pierwszym przełącznikiem, ale działa z uprzednio ustawionym opóźnieniem względnym do pierwszego przełącznika. To uprzednio ustawione opóźnienie jest mniejsze niż różnica między czasem opóźnienia napędowego a czasem łukowania przy niekrytycznym prądzie obciążenia.
Ponadto, obwód opóźniający służy również do zatrzymania zasilania obwodu napędowego po wysłaniu wyjścia zasilacza przestawnego do obwodu napędowego i utrzymaniu go przez drugi czas opóźnienia. Preferowalnie, obwód opóźniający składa się z dwóch obwodów rozładowania RC połączonych przez optokopler.
W porównaniu z technologią dotychczasową, rozwiązanie techniczne obecnego rozwiązania użyteczności ma następujące korzystne efekty: Skierowane przeciwko wyzwaniu gaszenia łuku przy krytycznym prądzie obciążenia w wyłącznikach DC, obecne rozwiązanie dodaje obwód komutacyjny do istniejącego schematu gaszenia łuku, i dzięki czysto sprzętowemu podejściu, umożliwia wyłącznikowi samodzielną ocenę, czy prąd obciążenia jest na poziomie krytycznym podczas przerwania. Podczas działania przy krytycznym prądzie obciążenia, urządzenie samodzielnie zastosuje technikę komutacji, aby szybko i selektywnie zgaszyć łuk wygenerowany w takich warunkach.
Jak pokazano na Rysunku 3, proces i zasada działania hybrydowego wyłącznika DC w tej realizacji są następujące:
Od czasu 0 do T₀ system pracuje normalnie. Pierwszy przełącznik mechaniczny i drugi przełącznik mechaniczny są zamknięte. Obwód zasilacza przestawnego nie jest zasilany, a obwód komutacyjny jest nieaktywny.
Od czasu T₀, poruszające i stałe kontakty pierwszego przełącznika mechanicznego zaczynają fizyczne rozdzielenie, generując łuk między jego końcami. Zasilacz przestawny używa napięcia łuku jako źródła zasilania wejściowego i zaczyna ustanawiać swoje wyjście. Jeśli wyłącznik przerzuca prąd, który nie jest na poziomie krytycznego prądu obciążenia w tym momencie, czas łukowania wynosi od T₀ do T₁, a fala napięcia łuku to Uarc₁. Jeśli wyłącznik przerzuca krytyczny prąd obciążenia, czas łukowania przedłuża się od T₀ do T₂, a fala napięcia łuku to Uarc₂.
Obwód komutacyjny używany w tym rozwiązaniu użyteczności jest aktywowany tylko w warunkach niskoprądowego krytycznego obciążenia. Dlatego nie wymaga komponentów komutacyjnych o wysokiej nominalnej wartości prądu, co prowadzi do niższych kosztów budowy obwodu komutacyjnego. Ponadto, kontrola komutacji jest w pełni realizowana przez obwody sprzętowe, eliminując potrzebę jednostek kontroli logicznej lub złożonych algorytmów sterujących.
