Hibridni preklopnik za enosmerne struje

Večina DC preklopnikov z oblikovanimi steklenicami uporablja naravno dušenje loka z zrakom, in obstajata tipično dva načina dušenja loka: en je konvencionalno odpiranje in zapiranje, kjer se kontakti osno raztegajo, medtem ko vodilna krožnica ustvari magnetno polje, ki loki poveče in ga izkrivi, ter ga potegne vzdolž, pravokotno na os loka. To ne le poveča dolžino loka, ampak tudi povzroči bočni gibanje, omogoča hladnjenje z zrakom in doseže dušenje loka.

Drugi način vključuje, da loki lastna elektromagnetska sila ali magnetno polje iz magnetnega izgonnega čevlja magnetno gonijo v izgonni kanal, kar povzroči hitro ugasnitev loka. Ko tok pada pod določeno vrednost (kritični optni tok), pri konvencionalnem odpiranju loka ni mogoče učinkovito ugasniti. V tem trenutku je magnetna izgonna sila šibka, zagotavlja premalo pogonske sile za gibanje loka, tako da loki ne more vstopiti v izgonni kanal. Tako postane izgonni kanal neučinkovit, loki se zastoji in neprekinjeno gore dlje časa, kar znatno podaljša čas prekinitve ali celo vodi do neuspeha prekinitve. Zato je potrebna tehnična optimizacija med prekinitvijo pri kritičnem optnem toku, da bi se zagotovila hitra ugasnita loka.

Tehnično vsebino koristnega modela

Ta koristen model želi premostiti pomanjkljivosti obstoječih tehnologij, zlasti prekomerno dolgo trajanje loka med prekinitvijo pri kritičnem optnem toku, s ponujanjem hibridnega DC preklopnika. Ta naprava lahko samostojno določi, ali je optni tok na kritični ravni med prekinitvijo preklopnika, in, če je to tako, avtomatsko uporabi tehniko komutacije, da hitro ugasne loki, ki jih generira kritični optni tok.

Ta koristen model specifično uporablja naslednjo tehnično rešitev za reševanje navedenega problema: Hidridni DC preklopnik, ki vključuje prvi mehanski preklopnik, vezan serije v glavni krožnici, komutacijsko krožnico, vezano vzporedno z prvim mehanskim preklopnikom, in pogonsko krožnico, ki aktivira komutacijsko krožnico, ko je energizirana. Hidridni DC preklopnik nadalje vključuje:

• Prenosni strmi napajalnik, katerega dva vhodna terminala sta povezana z obema kraji prvega mehanskega preklopnika;

• Zamudna krožnica, vezana serije med izhodom prenosnega strmega napajalnika in vhodom pogonske krožnice, implementirana preko strojne opreme, da zamudi izhod prenosnega strmega napajalnika za prednastavljen čas prve zamude, preden ga pošlje pogonski krožnici; vsota časa prve zamude in časa vzpostavitve prenosnega strmega napajalnika tvori pogonsko zamudo, ki je večja od trajanja loka hidridnega DC preklopnika pod pogoji, ki niso kritični optni tok;

• Drugi mehanski preklopnik, vezan serije z prvim mehanskim preklopnikom v glavni krožnici. Drugi mehanski preklopnik je mehansko povezan z prvim mehanskim preklopnikom, vendar deluje z prednastavljenim časovnim zamikom glede na prvi preklopnik. Ta prednastavljeni čas je manjši od razlike med pogonsko zamudo in trajanjem loka pri nenakritičnem optnem toku.

Nadalje se zamudna krožnica uporablja tudi za ustavitev napajanja pogonske krožnice po pošiljanju izhoda prenosnega strmega napajalnika pogonski krožnici in ohranjanju druge zamude. Po možnosti je zamudna krožnica sestavljena iz dveh RC razpolnilnih krožnic, povezanih preko optokoplerja.

V primerjavi z obstoječo tehnologijo ima tehnična rešitev tega koristnega modela naslednje koristne učinke: S ciljem reševanja izziva dušenja loka pri kritičnem optnem toku v DC preklopnikih, ta koristen model dodaja komutacijsko krožnico obstoječemu shemi dušenja loka, in preko popolnoma strojnega pristopa omogoča preklopniku, da samostojno določi, ali je optni tok na kritični ravni med prekinitvijo. Pri delovanju pri kritičnem optnem toku naprava samostojno uporablja tehniko komutacije, da hitro in selektivno ugasne loki, ki so nastali pod takšnimi pogoji.

Kot je prikazano na Sliki 3, postopek in princip delovanja hidridnega DC preklopnika v tej izvedbi je naslednji:

• Od časa 0 do T₀ je sistem v normalnem delovanju. Prvi mehanski preklopnik in drugi mehanski preklopnik sta zaprti. Prenosna strma napajalna krožnica ni napajana, komutacijska krožnica pa je neaktivna.

• Ob začetku časa T₀ se gibljivi in fiksni kontakti prvega mehanskega preklopnika začnejo fizično ločevati, kar povzroči nastanek loka na njegovih krajih. Prenosni strmi napajalnik uporablja napon loka kot vir napajanja in začne vzpostavljati svoj izhod. Če preklopnik prekida tok, ki ni na kritični ravnini optnega toka, je trajanje loka od T₀ do T₁, in valovna oblika napona loka je Uarc₁. Če preklopnik prekida kritični optni tok, se trajanje loka podaljša od T₀ do T₂, in valovna oblika napona loka je Uarc₂.

Komutacijska krožnica, uporabljena v tem koristnem modelu, se aktivira samo pri nizkotokovih kritičnih pogoji. Torej, ne zahteva visokotokovih komutacijskih elementov, kar vodi do nižjih stroškov gradnje komutacijske krožnice. Poleg tega je komutacijska kontrola implementirana popolnoma preko strojnih krožnic, kar onemogoča potrebo po logičnih kontrolnih enotah ali kompleksnih kontrolnih algoritmih.