Inteligentní řešení pro modul čidlo pro projížďku propadu napětí u přepínače střídavého proudu

1. Návrh a analýza požadavků​
Během provozu elektrického systému dochází často k propadům napětí, které se charakterizují náhlým poklesem efektivního napětí na 10-90 % nominální hodnoty trvajícím od 10 ms do 1 minuty, což může být způsobeno blesky, krátkozaměrkovými poruchami nebo spouštěním velkých zařízení. Tato situace může způsobit, že tradiční střídavé kontaktní přepínače vypadnou, což vede k neočekávaným výpadkům v kontinuálních výrobních procesech a značným ekonomickým ztrátám.

I když byla navržena několik inteligentních řešení (např. spouštění s vysokým stejnosměrným napětím, PWM řízení), klíčovým omezením zůstává nedostatek integrace automatické funkce přechodu při selhání modulu s funkcí projížďky propadů napětí. Toto řešení používá CDC17-115 AC kontaktní přepínač jako cíl řízení a navrhuje inteligentní řídicí modul s redundantní funkcí chyb, aby bylo možné udržet kontinuitu výroby i v případě selhání modulu.

​2. Princip fungování modulu a návrh systému​
​2.1 Celková logická architektura provozu​
Inteligentní řídicí modul používá dvojité zásobování energií, aby zajistil spolehlivý provoz za různých podmínek:

​2.2 Technické detaily klíčových komponent​
​2.2.1 Návrh přepínacího zdroje​
Vysokovýkonný přepínací zdroj slouží jako hlavní jednotka zásobování s následujícími vlastnostmi:

• Jádro architektury: IC s šířkovým modulací pulzu (frekvence přepínání 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), speciální transformátor (primární indukčnost 900 μH, indukčnost úniku 15 μH, poměr cívek 0,11) a filtr typu π (L3, C2, C3)
• Mnoho funkcí ochrany: Přepětí/podnapětí vstupu, přepětí/přetok/krátkozaměrka/přehřátí výstupu, integrovaná jemná spouštěčka a technologie jitter frekvence
• Výkon:
• Stabilní čas startu zatěžování < 35 ms, podporuje rychlé přepínání mezi režimem projížďky a normálním stavem
• Automaticky omezí výkon při krátkozaměrce a rychle stabilizuje po odstranění chyby
• Spuští ochranu před přepětím a okamžitě vypne výstup PWM při otevření zpětné vazby

Tabulka 1: Vliv parazitních parametrů filtru na napětí obnovy při krátkozaměrce

​2.2.2 Návrh okruhu přechodu při chybě​
Inovativní kombinace kontaktních a bezekontaktních přepínačů je použita:

• Konstrukční návrh: Kontaktní přepínače zajišťují plné funkce rozpojení a izolace pro přepínání vysokého výkonu; elektronické přepínače umožňují bezobloukový, vysokofrekvenční provoz
• Inteligentní logika přechodu:
• Během počátečního zásobování energií je AC zásobování poskytováno prostřednictvím obvykle uzavřených kontaktů
• Automaticky přepne na DC zásobování během běžného provozu
• Po detekci chyby deaktivuje pohon kontaktního přepínače; po resetování obnoví AC přímé zásobování, aby zajistilo kontinuitu
• Technologie ochrany kontaktů: Používá univerzální absorpční tlumič pro AC/DC (dioda RC + bidirekční TVS dioda D3) pro efektivní ucpání přepětí, rozptylení indukční magnetické energie a výrazné snížení oblouku

​2.2.3 Optimalizace přechodového procesu​

• Přechod AC na DC: Aplikuje plně vlnové usměrňované pulzující napětí prostřednictvím elektronických přepínačů, odkládá 10 ms před přepnutím na nízké DC, což efektivně brání odražení jádra; testovaný přechod je hladký a bez vibrací
• Přechod DC na AC: Přeruší DC při chybě a inteligentně zavede AC zásobování; energetický oblouk je volně točený přes reverzní diody během přechodu, s fázovým řízením, aby se zabránilo rušivému napětí
• Optimalizace parametrů (na základě výsledků simulace):
• Odpory (R2, R3): Menší hodnoty odporu vedou ke zpomalení degradace amplitudy napětí, ale neovlivňují fázový úhel přechodu
• Kondenzátory (C1, C2): Menší kapacity vedou k vyšší frekvenci degradace oscilací (f = 174,7 Hz při C = 2 μF; f = 795,4 Hz při C = 0,1 μF)

​3. Simulace a experimentální ověření​
​3.1 Analýza simulace​
Simulace systému byly provedeny pomocí softwaru Multisim, včetně:

• Charakteristiky startu přepínacího zdroje a simulace výkonu ochrany
• Analýzy vlivu odpornosti, kapacity a fázového úhlu na oscilaci napětí během přechodu
• Hodnocení dopadu parazitních parametrů na stabilitu systému

​3.2 Experimentální ověření​
Testy na CDC17-115 AC kontaktním přepínači potvrdily:

• Signálové formy přepínacího zdroje bez zátěže/plné zátěže (50 A kontaktní přepínač) splňují designové očekávání
• Mechanismy ochrany reagují rychle a efektivně při krátkozaměrkách/otevření zpětné vazby
• Přechodové procesy jsou hladké, bez vibrací jádra, a všechny funkce splňují designové požadavky

​4. Klíčové výhody a závěr​

1. ​Vysokovýkonný přepínací zdroj: Kompaktní rozměry, vysoká efektivita a komplexní funkce ochrany výrazně zlepšují elektrotechnickou spolehlivost, což ho činí ideálním pro inteligentní elektrotechnické aplikace.
2. ​Inteligentní přechod při chybě: Inovativní návrh kombinující kontaktní a bezekontaktní přepínače zajišťuje včasné přepnutí na AC provoz během selhání modulu, což garantuje nepřetržité zásobování kontaktního přepínače.
3. ​Účinné správní energie: Univerzální absorpční tlumič pro AC/DC efektivně převádí přepětí a energii oblouku během přechodů na stabilní elektromagnetickou sílu, což zajišťuje nepřetržitou výrobu.
4. ​Schopnost projížďky propadů napětí: Automaticky aktivuje, když systémové napětí klesne na 60 % nominální hodnoty, udržuje spolehlivé zapnutí kontaktního přepínače, aby se předešlo neočekávaným výpadkům.

Toto řešení úspěšně integruje přechod při selhání modulu s funkcí projížďky propadů napětí, poskytuje vysokou spolehlivost zásobování energií pro kontinuální výrobní procesy a efektivně minimalizuje výpady způsobené propady napětí.