Intelligens vezérlőmodul megoldás AC kapcsoló feszültség-lehullás átmenetének kezelésére

1. Tervezési Háttér és Igényelemzés​
A villamos rendszerek működése során gyakran előfordulnak feszültséges lecsökkenések, amelyek a hőmérséklet 10%-90% közötti rövid ideig (10 ms-tól 1 percig) tartó csökkenéseket jelentenek, általában villámütők, rövidzárt hibák vagy nagy berendezések indítása miatt. Ezek az események hagyományos AC kapcsolók kiváltását okozhatják, ami nem tervezett leállást eredményezhet a folyamatos termelésben, valamint jelentős gazdasági veszteségeket.

Már számos intelligens irányítási megoldást (pl. magasfeszültségű DC indítás, PWM-irányítás) javasoltak, de egy kulcsfontosságú korlát továbbra is fennáll: a modul hibájának automatikus átállításának funkciója nem integrálódott a feszültség-lecsökkenés átmeneti képességével. Ennek megoldására ez a megoldás a CDC17-115 AC kapcsolót használja irányítási célként, és egy hibatartalékú intelligens irányítási modult tervez, hogy a modul hibája esetén is fenntartsa a termelés folytonosságát.

​2. Modul Működési Elmélete és Rendszertervezés​
​2.1 Összefoglaló Működési Logikai Architektúra​
Az intelligens irányítási modul két módú tápegység tervezését alkalmazza, hogy megbízható működést biztosítson különböző feltételek mellett:

​2.2 Kritikus Alkatrészek Technikai Részletei​
​2.2.1 Kapcsoló Tápegység Tervezése​
Egy nagy teljesítményű kapcsoló tápegység szolgál a központi tápegységnek, a következő tulajdonságokkal:

• Középüti Architektúra: Pulzusszélesség-modulációs IC (kapcsolófrekvencia 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), speciális transzformátor (elsődleges induktancia 900 μH, lehulló induktancia 15 μH, fordulatszám arány 0.11), és π-típusú kimeneti szűrő (L3, C2, C3)
• Többvédelmi Funkciók: Bemeneti túlfeszültség/alacsony feszültség, kimeneti túlfeszültség/túlfeszültség/rövidzárt/overheat védelem, integrált soft-start és frekvencia rezgéstechnológia
• Teljesítmény:
• Stabil terhelésindító idő < 35 ms, támogatja a gyors átmenetet a feszültség-lecsökkenés és normál állapot között
• Rövidzárt esetén automatikusan korlátozza a teljesítményt, és gyorsan stabilizálja a hiba eltüntetése után
• Túlfeszültség védelmet aktivál, és azonnal kikapcsolja a PWM kimenetet a visszacsatolási hurok nyitva tartása esetén

Táblázat 1: A szűrő paraszit paramétereinek hatása a rövidzárt helyreállítási feszültségre

​2.2.2 Hibatranszfer Kör Tervezése​
Innovatív kombináció kapcsoló és kapcsolónélküli kapcsolók használatával:

• Strukturális Tervezés: A kapcsolókapcsolók kezelik a teljes felbontást és izolációt a nagy teljesítményű váltáshoz; a teljesítményelektronikai kapcsolók lehetővé teszik a vonalmentes, magasfrekvenciás működést
• Intelligens Transzfer Logika:
• Az AC tápegység általában zárt kapcsolókon keresztül van ellátva az első indításkor
• Automatikusan átvált DC tápegység módra a normál működés során
• Hiba észlelésekor letiltja a kapcsolókapcsoló vezérlést; a visszaállítás után újra bekapcsolja az AC közvetlen ellátást a folytonosság biztosítása érdekében
• Kapcsoló Védelmi Technológia: Egy univerzális AC/DC absorpciós szuppressziós kör (diód RC + kétféle TVS diód D3) használatával hatékonyan körülveszi a túlfeszültséget, diszepálja az induktív mágneses energiát, és jelentősen csökkenti a vonalmentesítést

​2.2.3 Transzfer Folyamat Optimalizálása​

• AC-ből DC-be Való Transzfer: Teljes hullámú rectifikált impulzív feszültséget alkalmaz teljesítményelektronikai kapcsolókon keresztül, 10 ms-es késleltetés után átvált alacsony feszültségű DC-re, hatékonyan megelőzi a mag visszareboundolását; a tesztelt transzfer sima és rezgésmentes
• DC-ből AC-be Való Transzfer: A hiba esetén kikapcsolja a DC-et, és intelligens módon bekapcsolja az AC ellátást; a transzfer során a vonalmentesítés energia szabadon halad a fordított diódokon, a fázis-szög vezérlésével elkerülve a feszültség-csúcs zavarait
• Paraméter Optimalizálás (szimulációs eredmények alapján):
• Ellenállások (R2, R3): Kisebb ellenállási értékek lassabban csökkentik a feszültség-amplitúdót, de nem befolyásolják a transzfer fázis-szögét
• Kondenzátorok (C1, C2): Kisebb kapacitáns értékek magasabb rezgéscsökkenési frekvenciát eredményeznek (f = 174.7 Hz, ha C = 2 μF; f = 795.4 Hz, ha C = 0.1 μF)

​3. Szimuláció és Kísérleti Ellenőrzés​
​3.1 Szimulációs Analízis​
A rendszer szimulációja a Multisim szoftverrel történt, beleértve:

• Kapcsoló tápegység indítási jellemzőinek és védelmi teljesítményének szimulációját
• Az ellenállás, a kapacitás és a fázis-szög hatásának elemzését a transzfer során fellépő feszültség rezgésére
• A paraszit paraméterek hatásának kiértékelését a rendszer stabilitására

​3.2 Kísérleti Ellenőrzés​
A CDC17-115 AC kapcsoló tesztjei igazolták:

• A kapcsoló tápegység üres-/teljes terhelés (50 A kapcsoló) hullámformái megfelelnek a tervezési elvárásoknak
• A védelmi mechanizmusok gyorsan és hatékonyan reagálnak rövidzárt/visszacsatolási hurok nyitva tartása esetén
• A transzfer folyamatok simák, nincs mag rezgése, és minden funkció megfelel a tervezési elvárásoknak

​4. Különös Előnyök és Következtetés​

1. ​Nagy Teljesítményű Kapcsoló Tápegység: Kompakt méret, magas hatékonyság és komplex védelmi funkciók jelentősen növelik az elektromos megbízhatóságot, ami ideális a smart elektronikai alkalmazásokhoz.
2. ​Intelligens Hibatranszfer: Innovatív tervezés, amely kapcsoló és kapcsolónélküli kapcsolók kombinációját használja, hogy a modul hiba esetén időben átkapcsoljon AC működésre, garantálva a folyamatos ellátást a kapcsoló rendszernek.
3. ​Effektív Energiakezelés: Univerzális AC/DC absorpciós szuppressziós kör hatékonyan átalakítja a túlfeszültséget és a vonalmentesítési energiát stabil elektromos erővé, biztosítva a folyamatos termelést.
4. ​Feszültség-Lecsökkenés Átmeneti Képesség: Automatikusan aktiválódik, amikor a rendszer feszültsége 60%-ra csökken a nominális értékről, fenntartva a megbízható kapcsoló behúzandó állapotát, hogy elkerülje a nem tervezett leállást.

Ez a megoldás sikeresen integrálja a modul hibatranszfert a feszültség-lecsökkenés átmeneti képességével, biztosítva egy nagyon megbízható energiabiztonsági megoldást a folyamatos termelési folyamatokhoz, és hatékonyan enyhítve a feszültség-lecsökkenések által okozott leállásokat.