פתרון מודול שליטה חכם עבור מעבר דרך ירידת מתח במקש מגנטי חילופין

1. תכנון הרקע והניתוח של הדרישות​
במהלך פעולת מערכת החשמל, מתחים נמוכים—המאופיינים בירידה פתאומית במתח RMS ל-10%–90% מהערך המנורמל ומשך בין 10 מילישניות לדקה אחת—מתרחשים לעיתים קרובות עקב פגיעת ברקים, תקלות קצר-مدار או הפעלת ציוד גדול. אירועים כאלה יכולים לגרום למגנטים מגנטיים מסורתיים להתפוצץ, מה שגורם לעצירת בלתי מתוכננת בתהליכי יצור רציפים ולבידוד כלכלי משמעותי.

למרות שהוצעו מספר פתרונות שליטה חכמים (לדוגמה, הפעלה בזרם ישר בעוצמה גבוהה, שליטה באמצעות PWM), מגבלה מרכזית נותרה: אי-השתלבות יכולת מעבר אוטומטי של תקלה עם יכולת עמידות מול מתח נמוך. כדי להתמודד עם בעיה זו, הפתרון הזה משתמש במגנט מגנטי AC CDC17-115 כיעד בשליטה ומייצר מודול שליטה חכם עם יתירות תקלות כדי לשמור על המשך היצור גם במקרה של תקלה במודול.

​2. עקרון עבודה של המודול והתכנון של המערכת​
​2.1 מבנה לוגי כללי של הפעילות​
המודול שליטה חכם מיישם תכנון של אספקת כוח דו-מצב כדי להבטיח פעולה אמינה בתנאים שונים:

​2.2 פרטים טכניים של רכיבים מרכזיים​
​2.2.1 תכנון מקור הכוח המחליפי​
מקור הכוח המחליפי בעלות ביצועים גבוה משמש כיחידת הכוח המרכזית עם התכונות הבאות:

• מבנה עיקרי: מעבד מודולציה רוחב פלזה (תדירות מחליפה 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), טרנספורטר מיוחד (ינדוקטנס ראשוני 900 μH, ינדוקטנס נוזל 15 μH, יחס סיבובים 0.11) ומסנן פלט מסוג π (L3, C2, C3)
• פונקציות הגנה מרובות: מתח יתר/נמוך בכניסה, מתח יתר/זרם יתר/קצר-مدار/חום יתר בהוצאה, טכנולוגיית שמירה רכה ופליטה מזויפת
• ביצועים:
• זמן התחלה יציב של עומס < 35 מילישניות, תומך בשינוי מהיר בין מצבים של עמידות ומצב נורמלי
• מגביל אוטומטית את הכוח במהלך קצר-مدار ומabilizes במהירות לאחר הסרת התקלה
• מפעיל הגנה מתח יתר ושומר על הפלטה של PWM כאשר הנקרא נפתח

טבלה 1: השפעת פרמטרי הפרזיטים של המסנן על מתח השחזור של קצר-הمدار

​2.2.2 תכנון מעגל מעבר תקלות​
משתמש בשילוב חדשני של מפסקים מגעיים ומפסקים ללא מגע:

• עיצוב מבני: מפסקים מגעיים מטפלים בפרישה מלאה ובפונקציות הפרדה עבור החלפת כוח גבוהה; מפסקים אלקטרוניים מאפשרים פעולה ללא קשת ובקצב גבוה
• לוגיקה מעבר חכמה:
• זרם חילופין מסופק דרך מגעים סגורים במהלך הפעלה ראשונית
• עובר אוטומטית למצב אספקת זרם ישר במהלך פעולה נורמלית
• לאחר גילוי תקלה, מכבה את הנעה של המפסק המגע; חוזרת לספק זרם חילופין ישיר לאחר איפוס כדי להבטיח המשך
• טכנולוגיית הגנה על מגעים: משתמשת במעגל ספיגה אוניברסלי לזרם חילופין/ישר (דיודה RC + דיודה TVS דו-כיוונית D3) כדי לחסום מתח יתר באופן יעיל, לפזר אנרגיה מגנטית אינדוקטיבית ולהפחית משמעותית את הקשתות

​2.2.3 אופטימיזציה של תהליך המעבר​

• מעבר מזרם חילופין לזרם ישר: מפעיל מתח פולסני מוטבע מלא דרך מפסקים אלקטרוניים, ממתין 10 מילישניות לפני מעבר לזרם ישר נמוך, למנוע בצורה יעילה את החזרה של הליבה; נבדק שהמעבר חלק ולא מכיל רעידות
• מעבר מזרם ישר לזרם חילופין: מכבה את הזרם הישר בעת תקלה ומושך אינטליגנטית את אספקת הזרם החילופיני; אנרגיית הקשת מועברת דרך דיודות הפוך במהלך המעבר, עם שליטה בזווית פאזה כדי למנוע הפרעות ממתח פיק
• אופטימיזציה של פרמטרים (על בסיס תוצאות הסימולציה):
• נגדים (R2, R3): ערכים קטנים יותר של התנגדות גורמים להתכווצות איטית יותר של משרעת המתח אך לא משפיעים על זווית המעבר
• קבלים (C1, C2): ערכים קטנים יותר של קיבול גורמים לתדר דעיכה גבוה יותר של תנודות (f = 174.7 Hz עבור C = 2 μF; f = 795.4 Hz עבור C = 0.1 μF)

​3. ניתוח סימולציה ואימות ניסיוני​
​3.1 ניתוח סימולציה​
הושגו סימולציות של המערכת באמצעות תוכנת Multisim, כולל:

• סימולציה של מאפייני ההפעלה והגנה של מקור הכוח המחליפי
• ניתוח השפעת ההתנגדויות, הקבלים הזויות פאזה על תנודות המתח במהלך המעבר
• הערכת השפעת הפרמטרים הפרזיטיים על יציבות המערכת

​3.2 אימות ניסיוני​
בדיקות על מגנט מגנטי AC CDC17-115 אישרו:

• תבניות הגל של מקור הכוח המחליפי ללא עומס/עם עומס מלא (מגנט מגנטי 50 A) עונות על הציפיות המתוכנות
• מנגנוני ההגנה מגיבים במהירות ויעילות בתקלות קצר-مدار/פתיחה של מעגל ההגנה
• תהליכי המעבר הם חלק, ללא רעידות, וכל הפונקציות עונות על הדרישות המתוכנות

​4. יתרונות מרכזיים והסקת מסקנות​

1. ​מקור הכוח המחליפי בעלות ביצועים גבוה: גודל קטן, יעילות גבוהה ופונקציות הגנה מקיפות מגדילות באופן משמעותי את האמינות החשמלית, מה שהופך אותו למתאים ליישומים חכמים של חשמל.
2. ​מעבר תקלות חכם: עיצוב חדשני שמשלב מפסקים מגעיים ומפסקים ללא מגע מבטיח מעבר אוטומטי לפעולה בזרם חילופין בעת תקלות במודול, ומבטיח אספקת כוח רציפה למערכת המגנט.
3. ​ניהול אנרגיה יעיל: מעגל ספיגה אוניברסלי לזרם חילופין/ישר ממיר בצורה יעילה את המתח היתר ואת אנרגיית הקשת במהלך המעברים לכוח אלקטרומגנטי יציב, מה שמגן על המשך היצור.
4. ​יכולת עמידות מול מתח נמוך: מופעל אוטומטית כאשר מתח המערכת יורד ל-60% מהערך המנורמל, ושומר על מצב הנעילה המגנטית המגנטית כדי למנוע עצירות בלתי מתוכננות.

הפתרון הזה מצליח לשלב מעבר תקלות עם יכולת עמידות מול מתח נמוך, ומציע פתרון אמינות כוח גבוה עבור תהליכי יצור רציפים ומפחית secara efektif downtime yang disebabkan oleh penurunan tegangan.