Một cầu chì DC lai

Hầu hết các cầu chì vỏ nhựa DC sử dụng phương pháp dập hồ quang bằng không khí tự nhiên, và thường có hai phương pháp dập hồ quang: một là mở và đóng thông thường, trong đó các tiếp điểm kéo dài hồ quang theo trục, trong khi mạch dẫn tạo ra từ trường uốn cong và kéo dài hồ quang, kéo nó theo chiều dọc vuông góc với trục hồ quang. Điều này không chỉ tăng chiều dài hồ quang mà còn tạo ra chuyển động ngang, cho phép làm mát bằng không khí để đạt được dập hồ quang.

Phương pháp khác liên quan đến việc hồ quang bị đẩy vào khe dập hồ quang bởi lực điện từ của chính nó hoặc từ trường từ cuộn dây thổi hồ quang, gây ra sự dập hồ quang nhanh chóng. Khi dòng điện giảm xuống dưới một giá trị nhất định (dòng tải giới hạn), trong quá trình mở thông thường, hồ quang không thể được dập hiệu quả. Tại thời điểm này, lực thổi hồ quang yếu, cung cấp lực đẩy không đủ cho sự di chuyển của hồ quang, ngăn chặn hồ quang đi vào khe dập hồ quang. Do đó, khe dập hồ quang trở nên không hiệu quả, khiến hồ quang dừng lại và cháy liên tục trong thời gian dài, làm tăng đáng kể thời gian cắt hoặc thậm chí dẫn đến sự cố cắt. Do đó, cần tối ưu hóa kỹ thuật trong quá trình cắt tại dòng tải giới hạn để đảm bảo dập hồ quang nhanh chóng.

Nội dung Sáng chế Hợp lý

Sáng chế hợp lý hiện tại nhằm khắc phục nhược điểm của công nghệ hiện tại, đặc biệt là thời gian hồ quang quá dài trong quá trình cắt tại dòng tải giới hạn, bằng cách cung cấp một cầu chì DC lai. Thiết bị này có thể tự xác định xem dòng tải có ở mức giới hạn hay không trong quá trình cắt và, nếu có, tự động sử dụng kỹ thuật chuyển đổi dòng để dập hồ quang do dòng tải giới hạn tạo ra một cách nhanh chóng.

Sáng chế hợp lý hiện tại cụ thể áp dụng giải pháp kỹ thuật sau đây để giải quyết vấn đề nêu trên: Một cầu chì DC lai bao gồm một công tắc cơ học thứ nhất nối tiếp trong mạch chính, một mạch chuyển đổi nối song song với công tắc cơ học thứ nhất, và một mạch điều khiển để kích hoạt mạch chuyển đổi khi có điện. Cầu chì DC lai còn bao gồm:

• Một nguồn điện chuyển mạch, hai đầu vào của nó được kết nối với cả hai đầu của công tắc cơ học thứ nhất;

• Một mạch trì hoãn, nối tiếp giữa đầu ra của nguồn điện chuyển mạch và đầu vào của mạch điều khiển, được thực hiện qua phần cứng, để trì hoãn đầu ra của nguồn điện chuyển mạch trong một khoảng thời gian trì hoãn thứ nhất đã đặt trước trước khi gửi nó đến mạch điều khiển; tổng thời gian trì hoãn thứ nhất và thời gian thiết lập của nguồn điện chuyển mạch tạo thành thời gian trì hoãn điều khiển, lớn hơn thời gian hồ quang của cầu chì DC lai trong điều kiện dòng tải không giới hạn;

• Một công tắc cơ học thứ hai, nối tiếp với công tắc cơ học thứ nhất trong mạch chính. Công tắc cơ học thứ hai được liên kết cơ học với công tắc cơ học thứ nhất nhưng hoạt động với một khoảng thời gian trì hoãn đã đặt trước so với công tắc thứ nhất. Khoảng thời gian này nhỏ hơn sự khác biệt giữa thời gian trì hoãn điều khiển và thời gian hồ quang của dòng tải không giới hạn.

Ngoài ra, mạch trì hoãn cũng được sử dụng để ngừng cung cấp điện cho mạch điều khiển sau khi gửi đầu ra của nguồn điện chuyển mạch đến mạch điều khiển và duy trì nó trong một khoảng thời gian trì hoãn thứ hai. Tốt nhất, mạch trì hoãn được tạo thành từ hai mạch xả RC kết nối qua một optocoupler.

So với công nghệ hiện tại, giải pháp kỹ thuật của sáng chế hợp lý hiện tại có những tác động có lợi sau: Nhắm vào thách thức dập hồ quang tại dòng tải giới hạn trong cầu chì DC, sáng chế hợp lý hiện tại thêm một mạch chuyển đổi vào phương án dập hồ quang hiện tại, và thông qua một cách tiếp cận hoàn toàn dựa trên phần cứng, cho phép cầu chì tự xác định xem dòng tải có ở mức giới hạn hay không trong quá trình cắt. Khi hoạt động tại dòng tải giới hạn, thiết bị tự động sử dụng kỹ thuật chuyển đổi để dập hồ quang nhanh chóng và chọn lọc được tạo ra trong điều kiện như vậy.

Như hình 3所示，本实施例中混合直流断路器的工作过程和原理如下：

• 从时间0到T₀，系统处于正常运行状态。第一机械开关和第二机械开关闭合。切换电源电路未通电，换流电路不工作。

• 从时间T₀开始，第一机械开关的动触点和静触点开始物理分离，在其端子之间产生电弧。切换电源使用电弧电压作为输入电源并开始建立其输出。如果此时断路器正在切断非临界负载电流，则电弧持续时间为T₀至T₁，电弧电压波形为Uarc₁。如果断路器正在切断临界负载电流，则电弧持续时间延长至T₀至T₂，电弧电压波形为Uarc₂。

本实用新型中使用的换流电路仅在低电流临界负载条件下激活。因此，它不需要高额定电流的换流组件，从而降低了换流电路的构建成本。此外，换流控制完全通过硬件电路实现，无需逻辑控制单元或复杂的控制算法。

Như hình 3, quy trình hoạt động và nguyên lý của cầu chì DC lai trong ví dụ này là như sau:

• Từ thời gian 0 đến T₀, hệ thống đang hoạt động bình thường. Công tắc cơ học thứ nhất và công tắc cơ học thứ hai đóng. Mạch nguồn điện chuyển mạch chưa được cấp điện, và mạch chuyển đổi không hoạt động.

• Bắt đầu từ thời gian T₀, các tiếp điểm di chuyển và cố định của công tắc cơ học thứ nhất bắt đầu tách rời vật lý, tạo ra hồ quang giữa các đầu cuối của nó. Nguồn điện chuyển mạch sử dụng điện áp hồ quang làm nguồn điện đầu vào và bắt đầu thiết lập đầu ra của nó. Nếu tại thời điểm này, cầu chì đang cắt dòng điện không phải là dòng tải giới hạn, thời gian hồ quang từ T₀ đến T₁, và dạng sóng điện áp hồ quang là Uarc₁. Nếu cầu chì đang cắt dòng tải giới hạn, thời gian hồ quang kéo dài từ T₀ đến T₂, và dạng sóng điện áp hồ quang là Uarc₂.

Mạch chuyển đổi được sử dụng trong sáng chế hợp lý này chỉ được kích hoạt trong điều kiện tải giới hạn dòng điện thấp. Do đó, nó không yêu cầu các thành phần chuyển đổi dòng cao, dẫn đến chi phí xây dựng mạch chuyển đổi thấp hơn. Hơn nữa, kiểm soát chuyển đổi được thực hiện hoàn toàn thông qua các mạch phần cứng, không cần đơn vị kiểm soát logic hoặc các thuật toán kiểm soát phức tạp.