Intelligent Control Module-løsning for AC-kontaktor voltage sag ride-through

1. Design Background and Requirement Analysis​
Under drift af strømsystemet kan der opstå spændingsfald, som er karakteriseret ved et pludseligt fald i effektivspændingen til 10%–90% af den nominelle værdi, varende fra 10 ms til 1 minut, ofte på grund af lynnedslag, kortslutninger eller start af store maskiner. Sådanne hændelser kan forårsage, at traditionelle AC-kontakter springer, hvilket resulterer i uforudset nedlukning i kontinuerlige produktionsprocesser og betydelige økonomiske tab.

Selvom flere intelligente styreoplysninger (fx højspændings-DC-start, PWM-styring) er blevet foreslået, findes der en afgørende begrænsning: manglen på integration af automatisk modulfejl-overgangsfunktion med evne til at klare spændingsfald. For at løse dette problem anvender denne løsning CDC17-115 AC-kontaktoren som styringsmål og designer en intelligent styremodule med fejlredundans for at fastholde produktionskontinuiteten, selv i tilfælde af modulfunktionsfejl.

​2. Module Working Principle and System Design​
​2.1 Overall Operational Logic Architecture​
Den intelligente styremodule anvender en tomodstanders design for strømforsyning for at sikre pålidelig drift under forskellige forhold:

​2.2 Key Component Technical Details​
​2.2.1 Switching Power Supply Design​
En højprestation switching strømforsyning fungerer som det centrale strømkildeenhed med følgende egenskaber:

• Kernearkitektur: Pulsbredde-modulation IC (switching frekvens 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), specialtransformator (primær induktance 900 μH, lekkage induktance 15 μH, vindingsforhold 0.11), og π-type output filter (L3, C2, C3)
• Multifunktionsbeskyttelse: Input overvoltage/undervoltage, output overvoltage/overcurrent/kortslutning/overvarme beskyttelse, integreret soft-start og frekvens jitter teknologi
• Ydeevne:
• Stabil belastningsstarttid < 35 ms, understøtter hurtig skift mellem ride-through og normal tilstand
• Begrænser automatisk effekt under kortslutning og stabiliserer hurtigt efter fejlrydding
• Udløser overvoltage beskyttelse og slår umiddelbart PWM-output fra når feedback loop åbnes

Tabel 1: Indflydelse af filterparasitiske parametre på kortslutningsgenopretningsvoltage

​2.2.2 Fault Transition Circuit Design​
En innovativ kombination af kontakt- og kontaktløse switcher bruges:

• Konstruktion: Kontaktswitches håndterer fuld brydning og isolering for høj effekt switching; power electronics switches muliggør arcfri, højfrekvent drift
• Intelligent transition logik:
• AC-strøm leveres via normalt lukkede kontakter under initial opstart
• Skifter automatisk til DC-strømforsyning under normal drift
• Ved fejlregistrering deaktiverer den drive til kontaktswitch; genoptager AC direkte strømforsyning efter nulstilling for at sikre kontinuitet
• Kontakt beskyttelses teknologi: Anvender en universel AC/DC absorption suppression circuit (diode RC + bidirectional TVS diode D3) for effektivt at klemme overvoltage, dissipere induktive magnetiske energi, og betydeligt reducere bue

​2.2.3 Transition Process Optimization​

• AC-til-DC overgang: Anvender full-bølge rettet pulsationsvoltage via power electronics switches, forsinkelse 10 ms før skift til lavspændings DC, effektivt forebygger kernekraftspring; testet overgang er jævn og vibrationsfri
• DC-til-AC overgang: Afbryder DC ved fejl og introducerer intelligent AC-strømforsyning; bueenergi ledes gennem reverse dioder under overgang, med fasevinkel kontrol for at undgå spændingspike støj
• Parameter optimering (baseret på simulationsresultater):
• Resistorer (R2, R3): Mindre resistanceresultater i langsommere spændingsamplitudenedsving men påvirker ikke overgangsfasevinkel
• Kondensatorer (C1, C2): Mindre kapacitanceværdier giver højere oscillation nedsvingningsfrekvens (f = 174.7 Hz ved C = 2 μF; f = 795.4 Hz ved C = 0.1 μF)

​3. Simulation and Experimental Verification​
​3.1 Simulation Analysis​
Systemsimulationer blev udført ved hjælp af Multisim software, herunder:

• Switching strømforsyning startegenskaber og beskyttelsesperformance simulation
• Analyse af resistancers, kapacitancernes, og fasevinklers effekter på spændingsoscillation under overgang
• Vurdering af parasitiske parameters indflydelse på systemets stabilitet

​3.2 Experimental Verification​
Test på CDC17-115 AC kontaktoren bekræftede:

• Switching strømforsyning tom last/fuld last (50 A kontaktor) waveforms opfylder designforventninger
• Beskyttelsesmekanismer reagerer hurtigt og effektivt under kortslutning/feedback open-circuit fejl
• Overgangsprocesser er glatte, uden kernevibration, og alle funktioner opfylder designkrav

​4. Core Advantages and Conclusion​

1. ​Højprestations switching strømforsyning: Kompakt størrelse, høj effektivitet, og omfattende beskyttelsesfunktioner forbedrer betydeligt elektrisk pålidelighed, gør det ideelt til smarte elektriske applikationer.
2. ​Intelligent fejl overgang: Innovativ design kombinerer kontakt- og kontaktløse switcher for at sikre tidsrigtigt skift til AC drift under modul fejl, garanterer kontinuerlig strømforsyning til kontaktør-systemet.
3. ​Effektiv energistyring: Universel AC/DC absorption suppression circuit konverterer effektivt overvoltage og bueenergi under overgang til stabil elektromagnetisk kraft, sikrer ubrudt produktion.
4. ​Evne til at klare spændingsfald: Aktiveres automatisk når systemspændingen falder til 60% af den nominelle værdi, fastholder pålidelig kontaktør indtrækning for at undgå uforudset nedlukning.

Denne løsning integrerer succesfuldt modul fejl overgang med evne til at klare spændingsfald, giver en højt pålidelig strømforsyningssikring til kontinuerlige produktionsprocesser og reducerer effektivt nedlukningstid forårsaget af spændingsfald.