Inteligentni modul za kontrolu rešenja za prelazak AC kontakatora kroz pad napona

1. Dizajn i analiza potreba​
Tokom rada električnog sistema, padovi napona—karakteristični za nagle padove efektivnog napona na 10-90% od nominalne vrednosti koji traju od 10 ms do 1 minuta—često se dešavaju zbog udara munje, kvarova kratkog spoja ili pokretanja velikih uređaja. Takvi događaji mogu dovesti do isključivanja tradicionalnih AC kontaktora, što dovodi do neplaniranih zaustavljanja u kontinuiranim proizvodnim procesima i značajnih ekonomskih gubitaka.

Iako je predloženo nekoliko inteligentnih kontrolnih rešenja (npr. pokretanje visokim DC napajanjem, PWM kontrola), ključna ograničenja su: nedostatak integracije funkcionalnosti automatskog prelaza na rezervni modul sa sposobnošću proleća kroz padove napona. Da bi se ovo rešilo, ovo rešenje koristi CDC17-115 AC kontaktor kao kontrolni cilj i dizajnira inteligentni kontrolni modul sa redundantnom strukturom kako bi se održala kontinuitet proizvodnje čak i u slučaju kvara modula.

​2. Način rada modula i sistemski dizajn​
​2.1 Opšta logička arhitektura rada​
Inteligentni kontrolni modul koristi dvostruko napajanje kako bi osigurao pouzdan rad u različitim uslovima:

​2.2 Tehnički detalji ključnih komponenti​
​2.2.1 Dizajn prekidnog napajanja​
Visoko performantno prekidno napajanje služi kao centralna napajajuća jedinica sa sledećim karakteristikama:

• Ključna arhitektura: Širinsko-modulacioni IC (frekvencija prekida 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), specijalni transformator (primarni induktivitet 900 μH, induktivitet izbijanja 15 μH, omjer zavojnica 0.11) i π-tip izlaznog filtera (L3, C2, C3)
• Multifunkcionalne zaštitne funkcije: Ulazni prenapon/nedonapon, izlazni prenapon/pretok/kratki spoj/pretop, integrisane tehnologije mekog starta i trepernje frekvencije
• Performanse:
• Stabilno vreme početka opterećenja < 35 ms, podržava brzo prebacivanje između proleća i normalnog stanja
• Automatsko ograničavanje snage tokom kratkih spojeva i brzo stabilizovanje nakon otklanjanja kvara
• Okidač prenapona i odmah isključivanje PWM izlaza pri otvorenom povratnom krugu

Tabela 1: Uticaj parazitnih parametara filtra na naponsku vrijednost oporavka od kratkog spoja

​2.2.2 Dizajn prelaznog kruga za kvarove​
Inovativna kombinacija kontaktnih i bezkontaktnih prekidača:

• Konstrukcijski dizajn: Kontakt prekidači obavljaju funkciju punog prekida i izolacije za visokosnopne prebacivanje; elektronički prekidači omogućavaju beziskru, visokofrekventnu operaciju
• Inteligentna logika prelaza:
• AC napajanje se dostavlja preko normalno zatvorenih kontakata tijekom inicijalnog povezivanja
• Automatski prelazi na DC napajanje tokom normalnog rada
• Pri otkrivenju kvara, deaktivira pogon kontakt prekidača; nakon resetiranja nastavlja direktno AC napajanje kako bi se osigurala kontinuitet
• Tehnologija zaštite kontakata: Koristi univerzalni AC/DC apsorpcijski i supresijski krug (dioda RC + dvosmjerni TVS dioda D3) kako bi se efektivno ograničio prenapon, rasipao induktivna magnetna energija i značajno smanjio iskrovanje

​2.2.3 Optimalizacija prelaznog procesa​

• AC-DC prelaz: Primjenjuje pulsirajući napon preko elektroničkih prekidača, zakasnjava 10 ms prije prelaska na niskonaponsko DC, efektivno sprečava povrat magneza; testirani prelaz je glatki i bez vibracija
• DC-AC prelaz: Isključuje DC pri kvaru i inteligentno uvodi AC napajanje; energija iskra se slobodno rotira preko obrnutih dijoda tijekom prelaza, s faznim upravljanjem da bi se spriječili prekomjerne naponske interferencije
• Optimalizacija parametara (na osnovu simulacijskih rezultata):
• Otpornici (R2, R3): Manje vrijednosti otpora rezultiraju sporijim opadanjem amplituda napona, ali ne utiču na fazni kut prelaza
• Kondenzatori (C1, C2): Manje vrijednosti kapacitance rezultiraju većom frekvencijom oscilacije opadanja (f = 174.7 Hz za C = 2 μF; f = 795.4 Hz za C = 0.1 μF)

​3. Simulacija i eksperimentalna verifikacija​
​3.1 Analiza simulacije​
Simulacije sistema su provedene koristeći Multisim softver, uključujući:

• Simulaciju karakteristika pokretanja prekidnog napajanja i performansi zaštite
• Analizu uticaja otpora, kapacitance i faznog kuta na oscilaciju napona tijekom prelaza
• Procenu uticaja parazitnih parametara na stabilnost sistema

​3.2 Eksperimentalna verifikacija​
Testovi na CDC17-115 AC kontaktoru su potvrdili:

• Valni oblici prekidnog napajanja bez opterećenja/potpunog opterećenja (kontaktor 50 A) odgovaraju projektiranim očekivanjima
• Mehanizmi zaštite brzo i efikasno reaguju na kvarove kratkog spoja/otvorene povratne petlje
• Prelazni procesi su glatki, bez vibracija magneza, a sve funkcije odgovaraju projektiranim zahtevima

​4. Ključne prednosti i zaključak​

1. ​Visoko performantno prekidno napajanje: Kompaktna veličina, visoka učinkovitost i kompletna zaštitna funkcija značajno poboljšavaju elektrotehničku pouzdanost, što ga čini idealnim za pametne elektrotehničke primjene.
2. ​Inteligentni prelaz na kvarove: Inovativni dizajn kombiniranje kontaktnih i bezkontaktnih prekidača osigurava pravo vreme prelaza na AC rad tokom kvarova modula, garantujući neprekidnu snabdevanju kontaktorskog sistema.
3. ​Učinkovito upravljanje energijom: Univerzalni AC/DC apsorpcijski i supresijski krug efektivno pretvara prenapon i energiju iskrice tijekom prelaza u stabilnu elektromagnetsku silu, osiguravajući neprekidan rad.
4. ​Sposobnost proleća kroz padove napona: Automatski aktivira se kada sistemska naponska vrijednost pada na 60% nominalne vrednosti, održavajući pouzdano povlačenje kontaktora kako bi se izbegla neplanirana zaustavljanja.

Ovo rešenje uspešno integriše prelaz na kvarove modula sa sposobnošću proleća kroz padove napona, pružajući visoko pouzdano rešenje za snabdevanje naponskim sigurnošću u kontinuiranim proizvodnim procesima i efikasno smanjujući vremenske propuste uzrokovane padovima napona.