پېښه کې د نوی ډیسی جریان وړاندیزونو لخوا د کورته مسیرې خرابۍ پروتېکسیون کارول
I. معرفی
با پیشرفت سریع فناوری اطلاعات مدرن، هوشمندسازی به یک روند بزرگ در توسعه تجهیزات صنعتی تبدیل شده است. در زمینه قطع کننده های ولتاژ بالا، قطع کننده های هوشمند - به عنوان مؤلفه های کنترلی کلیدی در سیستم های توزیع برق - پایه خودکارسازی و هوشمندسازی سیستم های توزیع برق را تشکیل می دهند. این مطالعه بر روی یک قطع کننده جریان مستقیم هوشمند مبتنی بر تک کامپیوتر (SCM) تمرکز دارد و تأکید بر کاربرد عملی آن در نظارت زنده بر جریان و قطع خطاهای در سیستم های تأمین برق DC کشتی است. علاوه بر یک کامپرس آتش‌نشانی معمولی، این قطع کننده شامل یک سیستم کاری هوشمند، واحد تشخیص جریان خطا و واحد پردازش سیگنال است که به او اجازه می دهد تا به طور موثر با نیازهای خاص حفاظت از خطا در سیستم های DC مقابله کند.
II. اصل انتقال جریان در قطع کننده های DC
چالش اصلی قطع کننده ها در سیستم های DC در خاموش کردن آتش سوخته است. بر اساس نظریه آتش سوخته، خاموش کردن آتش سوخته نیازمند نقطه صفر جریان است. با این حال، سیستم های DC نقطه صفر طبیعی جریان ندارند، که خاموش کردن آتش سوخته را بسیار دشوار می کند.
راه حل - اصل انتقال جریان:
با معرفی یک جریان معکوس به مدار، یک نقطه صفر جریان مصنوعی ایجاد می شود که شرایط لازم برای خاموش کردن آتش سوخته را فراهم می کند. اصل خاص به شرح زیر است:
|
حالت مدار |
عملکرد مؤلفه |
تغییر جریان و فرآیند خاموش کردن آتش سوخته |
|
حالت عادی |
قطع کننده QF بسته است. |
توان DC ولتاژ بالا از طریق QF به بار تأمین می شود و عملکرد پایدار مدار را تضمین می کند. |
|
حالت خطا (کوتاه شدن A-B) |
1. جریان به سرعت افزایش می یابد (نرخ وابسته به L₁, L₂). |
1. جریان تخلیه I₂ با جریان اصلی I₁ مخالف است. |
III. طراحی سیستم
(1) ماژول نظارت
ماژول نظارت به عنوان منبع سیگنال کنترلی برای سیستم کاری الکترونیکی عمل می کند، که نظارت زنده بر تغییرات جریان مدار و واکنش به موقع و دقیق به ناهماهنگی های جریان را ممکن می سازد.
جریان پردازش سیگنال:
- جمع آوری سیگنال: سیگنال های جریان از طریق یک شانت با سر پایین ولتاژ (برای جلوگیری از تداخل پالس ولتاژ بالا) و مقاومت غیر القایی (برای حفظ دامنه و شکل موج جریان) جمع آوری می شوند.
- پردازش سیگنال: سیگنال های ولتاژ جمع آوری شده (دامنه کوچک با نویز فرکانس بالا) → مدار فیلتر (حذف نویز) → مدار تقویت عایق (با استفاده از HCNR201 به عنوان یک ترانسفورماتور DC) → نمونه برداری و نگه داشتن → تبدیل A/D → ارسال به SCM.
- پاسخ خطا: اگر جریان حد مجاز را تجاوز کند، SCM دستور قطع را صادر کرده و یک هشدار بلندکردن صادر می کند.
(2) پردازش داده توسط SCM
معیار های تشخیص خطا:
- عملکرد عادی: نرخ افزایش جریان Kᵢ ≤ Kₘₐₓ، مقدار جریان I ≤ Iₘₐₓ.
- خطای کوتاه شدن: Kᵢ > Kₘₐₓ، و I ممکن است به سرعت Iₘₐₓ را تجاوز کند.
مدل ریاضی و محاسبه ساده شده:
از ΔU = ΔI · Rբ (مقاومت شانت)،
Kᵥ = ΔU/Δt = Kᵢ · Rբ → Kᵢ = ΔU/(Δt · Rբ).
مزیت: پس از ثابت کردن Δt، فقط ΔU بین دو لحظه نیاز است برای محاسبه Kᵢ، که از عملیات نقطه شناور جلوگیری می کند و زمان پاسخ را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.
معیار خطا: SCM یک خطا را زمانی تشخیص می دهد که Uᵢₙ > Uₘₐₓ یا ΔUᵢₙ > ΔUₘₐₓ.
(3) اقدامات ضد تداخل
به دلیل محیط ولتاژ و جریان بالا با تداخل الکترومغناطیسی قوی، طراحی ضد تداخل چند بعدی اتخاذ شده است:
|
بعد ضد تداخل |
اقدامات خاص |
هدف |
|
سیگنال ورودی |
عایق با استفاده از HCNR201 |
جدا سازی سیستم کنترلی از مدارهای توان بالا؛ کاهش تداخل و افزایش ایمنی. |
|
خروجی سیگنال |
SCM کنترل کننده ترانزیستورهای تحریک در مدار تخلیه |
فقط اتصال سیگنال؛ جلوگیری از تأثیر جریان بالا بر سیستم کنترلی. |
|
کانال پیش سیگنال |
مدار فیلتر پایین گذر |
بلوک کردن تداخل RF، فرکانس توان و پالس؛ بهبود قابلیت اطمینان. |
|
سطح نرم افزاری |
1. فیلتر دیجیتال مرکب (میانگین + میانگین متحرک) |
فیلتر کردن نویز داده، تضمین دقت دستورات و جلوگیری از گریز برنامه. |
(4) طراحی ساختاری کلی
مکانیزم کاری - مکانیزم مغناطیس دائمی دو وضعیتی:
- ساختار: سیم های بسته/باز، مغناطیس های دائمی، هسته آهن متحرک (خط چین)، پوسته.
- مدار کاری: سیم ها به صورت سری با خازن های پیش شارژ شده (منبع انرژی) و ترانزیستورهای تحریک تشکیل مدار تخلیه می دهند.
- فرآیند عمل: سیگنال SCM → تقویت شده توسط ترانزیستورها → کنترل گیت ترانزیستورهای تحریک → در زمان خطا، SMC سیگنال باز کردن را ارسال می کند → ترانزیستور تحریک می شود → خازن از طریق سیم باز کردن تخلیه می شود → هسته آهن حرکت می کند → QF باز می شود. بسته شدن به صورت دستی با استفاده از یک سوئیچ کنترل می شود.
مدار انتقال جریان (ساختار بهبود یافته):
- بهبود: جایگزینی سوئیچ های فاصله با سوئیچ های خلاء (QF₂)، کاهش پراکندگی زمانی.
- پارامترهای ساختاری: QF₁ و QF₂ از نقطه محور O فاصله یکسان دارند؛ طول بازوها بر اساس پارامترهای خاص تعیین می شود.
- عمل در زمان خطا: مکانیزم مغناطیس دائمی انرژی می گیرد → هسته آهن حرکت می کند → QF₁ باز می شود، QF₂ بسته می شود → خازن C تخلیه می شود → جریان آتش سوخته در QF₁ به صفر می رسد → آتش سوخته خاموش می شود.
IV. آزمایش سیستم
- محیط: آزمایشگاه مدارهای ترکیبی، مؤسسه الکترونیک قدرت، دانشگاه صنعتی دالیان.
- روش: جریان AC با فرکانس پایین برای شبیه سازی افزایش جریان کوتاه شدن DC؛ معرفی جریان معکوس در نقطه جریان بالا.
- نتایج:
- نمودار جریان از طریق QF₁ نشان می دهد که جریان معکوس به طور دقیق در t₀ معرفی می شود.
- جریان معکوس مجبور می کند به صفر رسیدن، خاموش کردن آتش سوخته و موفقیت در قطع جریان کوتاه شدن.
V. نتیجه گیری
آزمایش ها نشان می دهند که قطع کننده جریان مستقیم جدید با سیستم کاری الکترونیکی به طور موفقیت آمیز جریان کوتاه شدن در سیستم های تأمین برق DC را قطع می کند. این راه حل می تواند به طور گسترده در محافظت از خطا در سیستم های DC مانند کشتی ها، مترو، الکترولیز DC و فرنسه های الکتریکی استفاده شود.
ویژگی های اصلی سیستم:
- عملکرد زنده: جمع آوری مبتنی بر SCM امکان نظارت زنده با قابلیت کنترل قوی و پراکندگی زمانی کم را فراهم می کند.
- پاسخ سریع: الگوریتم های ساده شده از عملیات نقطه شناور جلوگیری می کنند و زمان پاسخ را کاهش می دهند.
- قابلیت اطمینان: مکانیزم مغناطیس دائمی دو وضعیتی خرابی های مکانیکی را کاهش می دهد و زمان باز کردن را کوتاه می کند؛ ساختار بهبود یافته هماهنگی بین عملیات قطع و انتقال را تضمین می کند.
راه حل قطع کننده جریان مستقیم هوشمند ارائه شده در این مطالعه ارزش عملی بالایی و چشم انداز کاربردی خوبی دارد و نیاز فوری به تجهیزات محافظت هوشمند در سیستم های توزیع برق DC مدرن را برطرف می کند.
