Inteligentna rešitev za nadzorni modul za odpravljanje padčev napetosti v stikalniku переменного тока

1. Načrt in analiza zahtev​
Med delovanjem električnega sistema se pogosto pojavljajo padeci napetosti, ki so karakterizirani z nenadnim spustom efektivne napetosti na 10%–90% nominalne vrednosti, trčajoči od 10 ms do 1 minute, zaradi negativnih dejavnikov, kot so udari bleska, kratične napake ali zaganjanje velikih naprav. Takšni dogodki lahko povzročijo, da tradicionalni stiki AC prekinejo delovanje, kar privede do neplaniranih ustankov v kontinuiranih proizvodnih procesih in velikih gospodarskih izgub.

Čeprav je bilo predlaganih več pametnih rešitev nadzora (na primer, zaganjanje s visokonapetostnim tokom, nadzor PWM), ostaja ključna omejitev: pomanjkanje funkcije avtomatske prehode med napakami modula in sposobnosti preživetja padca napetosti. Za reševanje tega problema ta rešitev uporablja stik AC CDC17-115 kot cilj nadzora in razvija pametni nadzorni modul z redundancijo napak, ki ohranja nadaljnji tok proizvodnje tudi v primeru napake modula.

​2. Delovanje modula in sistemski načrt​
​2.1 Splošna logika operacije​
Pametni nadzorni modul uporablja dizajn z dvostopenjskim oskrbovanjem, da zagotovi zanesljivo delovanje v različnih pogojih:

​2.2 Tehnični podrobnosti ključnih komponent​
​2.2.1 Dizajn pretakanja napetosti​
Visoko zmogljivi pretak napetosti služi kot osrednja enota za oskrbo z energijo z naslednjimi lastnostmi:

• Osrednja arhitektura: Čip širinskega moduliranja (frekvenca pretakanja 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), posebna transformator (osnovna induktivnost 900 μH, iztekanje induktivnosti 15 μH, omara 0,11) in π-tip filtra na izhodu (L3, C2, C3)
• Več funkcij zaščite: Prekomerna/nižja napetost vhoda, prekomerna napetost/tok/krat na izhodu/topla zaščita, integrirana tehnologija mehkega zaganjanja in frekvenčnega trepetanja
• Zmožnosti:
• Stabilno čas zaganjanja obremenjenja < 35 ms, podpora za hitro preklapljanje med preživetjem in normalnim stanjem
• Samodejno omejevanje moči med kratima in hitro stabilizacija po odstranitvi napake
• Okvir prekomerne napetosti se aktivira in takoj zaustavi izhod PWM, ko se odpre povratna zanka

Tabela 1: Vpliv parazitičnih parametrov filtra na obnovitev napetosti pri kratu

​2.2.2 Dizajn prehoda med napakami​
Inovativna kombinacija stikal in stikal brez stika:

• Strukturni dizajn: Stikalne switche vzdržujejo polno prekidnico in izolacijo za visokomocne preklopnike; elektronski preklopniki omogočajo delovanje brez luka in visokofrekvenčno delovanje
• Pametna logika prehoda:
• AC oskrba preko običajno zaprtih stikal ob prvotnem zaganjanju
• Samodejno preklapljanje na način oskrbe DC med normalnim delovanjem
• Pri zaznavanju napake deaktivira gonilne silo stikal; ponovno preklaplja na direktno AC oskrbo po ponastavitvi, da zagotovi nadaljnji tok
• Tehnologija zaščite stikal: Uporaba univerzalnega absorpcijskega in dušilnega kroga AC/DC (dioda RC + dvosmerne TVS diode D3) za učinkovito omejevanje prekomerne napetosti, disipacijo induktivne magnetne energije in značilno zmanjšanje lukov

​2.2.3 Optimalizacija prehodnega procesa​

• Prehod AC-DC: Uporaba celovitega pulsirajočega naponu preko elektronskih preklopov, zamuda 10 ms pred preklapljanjem na nizko napetost DC, učinkovito preprečuje odskok jedra; testiran prehod je gladak in brez vibracij
• Prehod DC-AC: Odrez DC ob zaznavanju napake in pametno vpeljavo AC oskrbe; energija luka se svobodno valja skozi obratne diode med prehodom, z faznim nadzorom, da se izogne motilcem visoke napetosti
• Optimizacija parametrov (na podlagi rezultatov simulacij):
• Upori (R2, R3): Manjša vrednost upora povzroči počasnejši padec amplitude napetosti, a ne vpliva na fazni kot prehoda
• Kondenzatorji (C1, C2): Manjša kapacitivnost pripelje do višje frekvence oscilacije (f = 174,7 Hz pri C = 2 μF; f = 795,4 Hz pri C = 0,1 μF)

​3. Simulacija in eksperimentalna preverjanje​
​3.1 Analiza simulacije​
Simulacije sistema so bile izvedene z uporabo programske opreme Multisim, vključno z:

• Simulacija značilnic zaganjanja in zmogljivosti zaščite pretakanja napetosti
• Analiza vpliva uporov, kapacitet in faznih kotov na oscilacijo napetosti med prehodom
• Ocena vpliva parazitičnih parametrov na stabilnost sistema

​3.2 Eksperimentalna preverjanje​
Testi na stiku AC CDC17-115 so potrdili:

• Valovne oblike brez obremenjenja/pri polnem obremenjenju (50 A stikalo) ustrezajo pričakovanjem
• Mehanizmi zaščite hitro in učinkovito reagirajo na napake pri kratu/odprtju povratne zanke
• Prehodni procesi so gladki, brez vibracij jedra, in vse funkcije ustrezajo zahtevam

​4. Ključne prednosti in zaključek​

1. ​Visoko zmogljivi pretak napetosti: Kompaktna velikost, visoka učinkovitost in popolne funkcije zaščite bistveno povečajo električno zanesljivost, kar ga čini idealnim za pametne električne aplikacije.
2. ​Pametni prehod med napakami: Inovativni dizajn, ki kombinira stikalne in brezstikalne preklopnike, zagotavlja temeljni prehod na delovanje AC med napakami modula, kar zagotavlja neprekinjeno oskrbo s strmo stikalskim sistemu.
3. ​Učinkovita upravljanje energije: Univerzalni absorpcijski in dušilni krog AC/DC učinkovito pretvori prekomerno napetost in energijo luka med prehodi v stabilno elektromagnetno silo, kar zagotavlja neprekinjeno proizvodnjo.
4. ​Sposobnost preživetja pada napetosti: Samodejno se aktivira, ko se sistemsko napetost zniža na 60% nominalne vrednosti, vzdržuje zanesljivo zapleteno stanje stikal, da se izogni neplaniranim ustankom.

Ta rešitev uspešno združuje prehode med napakami modula in sposobnost preživetja pada napetosti, kar prinaša visoko zanesljivo rešitev za oskrbo s strmo v kontinuiranih proizvodnih procesih in učinkovito zmanjšuje ustanki, povzročene padci napetosti.