Гибридный выключатель постоянного тока

Большинство коммутационных аппаратов постоянного тока с литой оболочкой используют естественное воздушное гашение дуги, и обычно существуют два метода гашения дуги: один - это обычное открытие и закрытие, при котором контакты осевым образом растягивают дугу, в то время как проводящая цепь создает магнитное поле, которое изгибает и удлиняет дугу, вытягивая ее вдоль, перпендикулярно оси дуги. Это не только увеличивает длину дуги, но и вызывает боковое движение, что позволяет воздуху охлаждать дугу для ее гашения.

Другой метод заключается в том, что дуга магнитным способом направляется в дугогасительное устройство собственной электромагнитной силой или магнитным полем от катушки продувки, что приводит к быстрому гашению дуги. Когда ток падает ниже определенного значения (критический нагрузочный ток), при обычном отключении дуга не может быть эффективно погашена. В этот момент сила продувки слаба, предоставляя недостаточную движущую силу для движения дуги, что препятствует попаданию дуги в дугогасительное устройство. В результате дугогасительное устройство становится неэффективным, что приводит к застою и длительному горению дуги, значительно увеличивая время разрыва или даже приводя к его отказу. Поэтому требуется техническая оптимизация при разрыве на критическом нагрузочном токе для обеспечения быстрого гашения дуги.

Содержание полезной модели

Настоящая полезная модель направлена на преодоление недостатков существующих технологий, особенно чрезмерно длительного времени горения дуги при разрыве на критическом нагрузочном токе, путем предоставления гибридного коммутационного аппарата постоянного тока. Этот прибор может самостоятельно определять, находится ли нагрузочный ток на критическом уровне во время разрыва, и, если это так, автоматически использовать метод коммутации тока для быстрого гашения дуги, созданной критическим нагрузочным током.

Настоящая полезная модель использует следующее техническое решение для решения указанной проблемы: гибридный коммутационный аппарат постоянного тока, включающий первый механический выключатель, соединенный последовательно в основной цепи, цепь коммутации, соединенную параллельно с первым механическим выключателем, и цепь управления, активирующую цепь коммутации при подаче питания. Гибридный коммутационный аппарат постоянного тока дополнительно включает:

• Импульсный источник питания, у которого два входных вывода подключены к обоим концам первого механического выключателя;

• Цепь задержки, соединенную последовательно между выходом импульсного источника питания и входом цепи управления, реализованную через аппаратные средства, для задержки выхода импульсного источника питания на предустановленное первое время задержки перед отправкой его в цепь управления; сумма первого времени задержки и времени установления импульсного источника питания составляет время задержки управления, которое больше времени горения дуги гибридного коммутационного аппарата постоянного тока при ненакритических значениях нагрузочного тока;

• Второй механический выключатель, соединенный последовательно с первым механическим выключателем в основной цепи. Второй механический выключатель механически связан с первым механическим выключателем, но работает с предустановленным временным лагом относительно первого выключателя. Это предустановленное время меньше разницы между временем задержки управления и временем горения дуги при ненакритических значениях нагрузочного тока.

Кроме того, цепь задержки также используется для прекращения подачи питания на цепь управления после отправки выхода импульсного источника питания в цепь управления и его поддержания в течение второго времени задержки. Предпочтительно, цепь задержки состоит из двух RC-цепей разрядки, соединенных через оптрон.

По сравнению с известными техническими решениями, техническое решение настоящей полезной модели имеет следующие преимущественные эффекты: направлено на проблему гашения дуги при критическом нагрузочном токе в коммутационных аппаратах постоянного тока, добавляя цепь коммутации к существующей схеме гашения дуги, и через чисто аппаратный подход, позволяет коммутационному аппарату самостоятельно определять, находится ли нагрузочный ток на критическом уровне во время разрыва. При работе на критическом нагрузочном токе устройство самостоятельно использует метод коммутации для быстрого и выборочного гашения дуги, возникающей в таких условиях.

Как показано на рисунке 3, процесс работы и принцип действия гибридного коммутационного аппарата постоянного тока в этом варианте исполнения следующие:

• От момента 0 до T₀ система находится в нормальной работе. Первый механический выключатель и второй механический выключатель закрыты. Цепь импульсного источника питания не подключена, и цепь коммутации не активна.

• Начиная с момента T₀, подвижные и неподвижные контакты первого механического выключателя начинают физическое разделение, образуя дугу между его выводами. Импульсный источник питания использует напряжение дуги в качестве источника входного питания и начинает формирование своего выхода. Если коммутационный аппарат разрывает ток, который не находится на критическом уровне нагрузки, продолжительность горения дуги составляет от T₀ до T₁, и форма напряжения дуги Uarc₁. Если коммутационный аппарат разрывает критический нагрузочный ток, продолжительность горения дуги увеличивается от T₀ до T₂, и форма напряжения дуги Uarc₂.

Цепь коммутации, используемая в данной полезной модели, активируется только при низком токе критической нагрузки. Следовательно, она не требует компонентов коммутации с высокой номинальной мощностью, что приводит к более низкой стоимости строительства цепи коммутации. Кроме того, управление коммутацией полностью реализуется через аппаратные цепи, исключая необходимость логических блоков управления или сложных алгоритмов управления.