Intelligente besturingsmoduleoplossing voor AC-contactor spanningssag doorrijden

1. Ontwerpcontext en behoefteanalyse​
Tijdens het bedrijf van elektriciteitsnetwerken komen vaak spanningdalingen voor, gekenmerkt door een plotselinge daling van de effectieve spanning naar 10% tot 90% van de nominale waarde, die duurt van 10 ms tot 1 minuut, veroorzaakt door blikseminslagen, kortsluitingen of het starten van grote apparatuur. Dergelijke gebeurtenissen kunnen leiden tot ongeplande stilstanden in continue productieprocessen en aanzienlijke economische verliezen.

Ondanks verschillende voorgestelde intelligente oplossingen (bijvoorbeeld, hoge-spanningsgelijkstroomstart, PWM-regeling) blijft er een belangrijke beperking bestaan: de integratie van automatische modulefoutovergangsfuncties met de mogelijkheid om spanningdalingen te overbruggen. Om dit probleem aan te pakken, gebruikt deze oplossing de CDC17-115 wisselstroomcontactor als doelwit en ontwerpt een intelligente regelmodule met foutredundantie om de productiecontinuïteit te handhaven, zelfs bij een modulefout.

​2. Module werkingsprincipe en systeemontwerp​
​2.1 Algemene functionele architectuur​
De intelligente regelmodule maakt gebruik van een dubbelmodusvoedingssysteem om betrouwbare werking onder diverse omstandigheden te garanderen:

​2.2 Technische details van de kerncomponenten​
​2.2.1 Schakelvoedingontwerp​
Een hoogwaardige schakelvoeding fungeert als de kernvoedingseenheid met de volgende kenmerken:

• Kernarchitectuur: Pulsbreedtemodulatie IC (schakelfrequentie 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), speciale transformator (primaire inductie 900 μH, lekkageinductie 15 μH, spoelverhouding 0.11), en π-type uitvoerfilter (L3, C2, C3)
• Meerdere beschermingsfuncties: Invoeroverspanning/onderdrukking, uitvoeroverspanning/overstroom/kortsluiting/oververhitting bescherming, geïntegreerde zachte start en frequentiejittertechnologie
• Prestaties:
• Stabiele belstarttijd < 35 ms, ondersteunt snelle schakeling tussen overbruggings- en normale toestanden
• Automatisch vermogensbeperking tijdens kortsluitingen en snel stabiliseren na foutopheffing
• Activeert overspanningsbescherming en sluit onmiddellijk PWM-uitvoer af bij open feedbacklus

Tabel 1: Invloed van parasitaire filterparameters op kortsluitingsherstelspanning

​2.2.2 Foutovergangscircuitontwerp​
Een innovatieve combinatie van contact- en contactloze schakelaars wordt gebruikt:

• Constructieontwerp: Contactschakelaars hanteren volledige schakel- en isolatiefuncties voor hoge vermogensschakeling; krachtelektronische schakelaars maken boogvrije, hoogfrequente operatie mogelijk
• Intelligente overgangslogica:
• Wisselstroomvoeding wordt via normaal gesloten contacten geleverd tijdens de initiële inschakeling
• Schakelt automatisch over naar gelijkstroomvoedingsmodus tijdens normale werking
• Bij detecteren van een fout, deactiveert de aandrijving van de contactschakelaar; herneemt wisselstroomdirecte voeding na reset om continuïteit te garanderen
• Contactbeschermingstechnologie: Gebruikt een universele AC/DC absorptieonderdrukkingscircuit (diode RC + bidirectionele TVS-diode D3) om effectief overspanningen te begrenzen, inductieve magnetische energie te dissiiperen en boogvorming aanzienlijk te verminderen

​2.2.3 Optimalisatie van de overgangsproces​

• AC-naar-DC-overgang: Past volgolfgerectificeerde pulserende spanning toe via krachtelektronische schakelaars, vertraagt 10 ms voordat overgeschakeld wordt naar lage spanning DC, voorkomt effectief kernenvechting; geteste overgang is vloeiend en trillingvrij
• DC-naar-AC-overgang: Zet DC af bij fout en introduceert intelligent wisselstroomvoeding; boogenergie wordt vrijgeweeld via inverse dioden tijdens de overgang, met fasehoekcontrole om stoorspanningspieken te voorkomen
• Parameteroptimalisatie (op basis van simulatieresultaten):
• Weerstanden (R2, R3): Kleinere weerstandswaarden resulteren in langzamere amplitudeverval, maar hebben geen invloed op de overgangsfasehoek
• Condensatoren (C1, C2): Kleinere capaciteitwaarden resulteren in hogere oscillatievervalfrequentie (f = 174.7 Hz bij C = 2 μF; f = 795.4 Hz bij C = 0.1 μF)

​3. Simulatie en experimentele verificatie​
​3.1 Simulatieanalyse​
Systeemsimulaties werden uitgevoerd met Multisim-software, inclusief:

• Startkenmerken en beschermingsprestaties van schakelvoeding
• Analyse van de invloed van weerstanden, condensatoren en fasehoeken op spanningsoscillatie tijdens de overgang
• Evaluatie van de impact van parasitaire parameters op systeemstabiliteit

​3.2 Experimentele verificatie​
Tests op de CDC17-115 wisselstroomcontactor bevestigden:

• Waveformen van schakelvoeding zonder bel/volledige bel (50 A contactor) voldoen aan de ontwerpeisen
• Beveiligingsmechanismen reageren snel en effectief bij kortsluitingen/open feedbacklus-fouten
• Overgangsprocessen zijn soepel, zonder kernenvechting, en alle functies voldoen aan de ontwerpeisen

​4. Kernvoordelen en conclusie​

1. ​Hoogwaardige schakelvoeding: Compacte grootte, hoge efficiëntie en uitgebreide beschermingsfuncties versterken aanzienlijk de elektrische betrouwbaarheid, waardoor het ideaal is voor slimme elektrische toepassingen.
2. ​Intelligente foutovergang: Innovatief ontwerp dat contact- en contactloze schakelaars combineert, zorgt ervoor dat er tijdig kan worden overgeschakeld naar wisselstroomoperatie bij modulefouten, waarmee een continue voeding van het contactorsysteem wordt gegarandeerd.
3. ​Efficiënte energiebeheersing: Universeel AC/DC-absorptieonderdrukkingscircuit converteert effectief overspanningen en boogenergie tijdens overgangen in stabiele elektromagnetische kracht, waardoor de productie ononderbroken blijft.
4. ​Mogelijkheid om spanningdalingen te overbruggen: Activeert automatisch wanneer de systeemspanning daalt tot 60% van de nominale waarde, handhaaft betrouwbare contactor-aangetrokken toestand om ongeplande stilleggingen te voorkomen.

Deze oplossing integreert succesvol modulefoutovergang met de mogelijkheid om spanningdalingen te overbruggen, biedt een zeer betrouwbare stroombeveiligingsoplossing voor continue productieprocessen en vermindert effectief de downtime veroorzaakt door spanningdalingen.