Solució de Mòdul de Control Intel·ligent per a la Superació de la Caiguda de Tensió en Contactors AC

1. Disseny de fons i anàlisi de requisits​
Durant l'operació del sistema elèctric, les caigudes de tensió—caracteritzades per una baixada súbita de la tensió eficàcia al 10%–90% del valor nominal que dura de 10 ms a 1 minut—sovint ocorren a causa de llamps, faults de curt circuit o l'arrancament de maquinària gran. Aquests esdeveniments poden fer que els contactors AC tradicionals es desconnectin, provocant parades no planificades en processos de producció contínua i pèrdues econòmiques significatives.

Ambdós se n'han proposat diverses solucions de control intel·ligent (per exemple, arrancament DC d'alta tensió, control PWM), encara que un límit clau persisteix: la incapacitat d'integrar la funcionalitat de transició automàtica de falles de mòdul amb la capacitat de mantenir la tensió durant les caigudes. Per abordar aquest problema, aquesta solució utilitza el contactor AC CDC17-115 com a objectiu de control i dissenya un mòdul de control intel·ligent amb redundància de falles per mantenir la continuitat de la producció fins i tot en cas de falla del mòdul.

​2. Principi de treball del mòdul i disseny del sistema​
​2.1 Arquitectura lògica operativa general​
El mòdul de control intel·ligent adopta un disseny de subministrament d'energia dual-mode per assegurar un funcionament fiable en diverses condicions:

​2.2 Detalls tècnics dels components clau​
​2.2.1 Disseny de la font d'alimentació commutable​
Una font d'alimentació commutable de alt rendiment serveix com a unitat de potència central amb les característiques següents:

• Arquitectura central: CI de modulació de l'amplada de pols (frequència de commutació 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), transformador especial (inductància primària 900 μH, inductància de fuga 15 μH, relació de voltatges 0,11) i filtre de sortida de tipus π (L3, C2, C3)
• Funcions de protecció múltiples: sobretensió/subtensió d'entrada, sobretensió/sobrecorrent/curtcircuit/sobreescalfament de sortida, integració de tecnologia de inici suau i jitt de freqüència
• Rendiment:
• Temps d'inici de càrrega estable < 35 ms, suporta la commutació ràpida entre l'estat de manteniment de la tensió i l'estat normal
• Límita la potència automàticament durant els curtcircuits i estabilitza ràpidament després de la supressió de la falla
• Dispara la protecció de sobretensió i apaga immediatament la sortida PWM en cas de ruptura del bucle de retroalimentació

Taula 1: Impacte dels paràmetres parasits del filtre sobre la tensió de recuperació en curt circuit

​2.2.2 Disseny del circuit de transició de falles​
S'utilitza una combinació innovadora de commutadors de contacte i sense contacte:

• Disseny estructural: Els commutadors de contacte gestionen les funcions completament de trencament i isolació per a la commutació de alta potència; els commutadors electrònics de potència permeten una operació arc-free de alta freqüència
• Lògica de transició intel·ligent:
• La corrent AC s'aprovisiona a través de contactes normalment tancats durant l'encès inicial
• Commuta automàticament al mode de subministrament DC durant l'operació normal
• En detectar una falla, desactiva la conducció del commutador de contacte; reprende el subministrament directe AC després del reinici per assegurar la continuitat
• Tecnologia de protecció de contactes: Utilitza un circuit de supressió universal AC/DC (diode RC + diode TVS bidireccional D3) per clavar eficientment la sobretensió, dissipar l'energia magnètica inductiva i reduir significativament l'arc

​2.2.3 Optimització del procés de transició​

• Transició AC-DC: Aplica una tensió pulsant rectificada de ona completa a través de commutadors electrònics de potència, retarda 10 ms abans de commutar a DC de baixa tensió, prenent efectivament mesures per evitar el rebote del nucli; la transició ha estat provada i és suau i sense vibracions
• Transició DC-AC: Trenca la DC en cas de falla i introdueix intel·ligentment el subministrament AC; l'energia de l'arc es dissipa a través de diodes inverses durant la transició, amb control de l'angle de fase per evitar interferències de pic de tensió
• Optimització de paràmetres (basada en resultats de simulació):
• Resistències (R2, R3): Valors de resistència més petits resulten en una decel·leració més lenta de l'amplitud de tensió, però no afecten l'angle de fase de la transició
• Capacitors (C1, C2): Valors de capacitància més petits produeixen una freqüència de decel·leració d'oscil·lació més alta (f = 174,7 Hz a C = 2 μF; f = 795,4 Hz a C = 0,1 μF)

​3. Verificació per simulació i experimentació​
​3.1 Anàlisi per simulació​
Es van realitzar simulacions del sistema utilitzant el programari Multisim, incloent-hi:

• Simulació de les característiques d'encès i el rendiment de protecció de la font d'alimentació commutable
• Anàlisi de l'efecte de la resistència, la capacitància i l'angle de fase sobre l'oscil·lació de tensió durant la transició
• Avaluació de l'impacte dels paràmetres parasits sobre la estabilitat del sistema

​3.2 Verificació experimental​
Els tests realitzats al contactor AC CDC17-115 van confirmar:

• Les formes d'ona de la font d'alimentació commutable sense càrrega/plena càrrega (contactor de 50 A) compleixen les expectatives de disseny
• Els mecanismes de protecció responen ràpidament i eficientment en casos de curtcircuit/fallida de retroalimentació
• Els processos de transició són suaus, sense vibració del nucli, i totes les funcions compleixen els requisits de disseny

​4. Avantatges principals i conclusions​

1. ​Font d'alimentació commutable de alt rendiment: Mida compacta, alta eficiència i funcions de protecció completes augmenten significativament la fiabilitat elèctrica, fent-la ideal per a aplicacions elèctriques intel·ligents.
2. ​Transició de falles intel·ligent: El disseny innovador que combina commutadors de contacte i sense contacte assegura una commutació oportuna a l'operació AC en cas de falles del mòdul, garantint un subministrament continu al sistema de contactors.
3. ​Gestió eficient de l'energia: El circuit de supressió universal AC/DC converteix eficientment la sobretensió i l'energia de l'arc durant les transicions en força electromagnètica estable, assegurant una producció ininterrupta.
4. ​Capacitat de manteniment de la tensió durant caigudes: S'activa automàticament quan la tensió del sistema baixa al 60% del valor nominal, mantenint l'atracció fiable del contactor per evitar parades no planificades.

Aquesta solució integra amb èxit la transició de falles de mòdul amb la capacitat de manteniment de la tensió durant caigudes, proporcionant una solució de garantia de potència altament fiable per a processos de producció contínua i mitiga eficientment les parades causades per caigudes de tensió.