Рішення з використанням інтелектуального модуля керування для проходження через спади напруги у AC контакторі

1. Дизайн та аналіз вимог​
Під час роботи електромережі часто відбуваються просідання напруги, які характеризуються раптовим падінням RMS-напруги до 10–90% від номінального значення, що триває від 10 мс до 1 хвилини, через удар блискавки, коротке замикання або запуск великого обладнання. Такі події можуть призвести до відключення традиційних контактів AC, що призводить до непланових зупинок у процесах безперервного виробництва і значних економічних втрат.

Хоча було запропоновано кілька інтелектуальних систем управління (наприклад, пуск за допомогою високої напруги DC, управління PWM), ключовою обмеженням залишається неможливість інтеграції функції автоматичного переходу на резервний модуль при аварії з можливістю проходження через просідання напруги. Для вирішення цього питання цей варіант використовує контакт AC CDC17-115 як цільовий об'єкт управління та проектує інтелектуальний модуль управління з резервуванням для забезпечення безперервності виробництва навіть у разі відмови модуля.

​2. Принцип роботи модуля та проектування системи​
​2.1 Загальна логічна архітектура роботи​
Інтелектуальний модуль управління використовує двомодове джерело живлення, щоб забезпечити надійну роботу в різних умовах:

​2.2 Технічні деталі ключових компонентів​
​2.2.1 Проектування перетворювача напруги​
Високопродуктивний перетворювач напруги є основним джерелом живлення з такими характеристиками:

• Основна архітектура: ШИМ-мікросхема (частота комутації 132 кГц), MOSFET (MTD1N80E), спеціальний трансформатор (индуктивність первинної обмотки 900 мкГн, витокова індуктивність 15 мкГн, коефіцієнт перетворення 0,11) та π-видовий вихідний фільтр (L3, C2, C3)
• Функції захисту: Перевищення/недостатність входної напруги, перевищення/коротке замикання/перегрівання вихідної напруги, інтегровані функції м'якого пуску та частотного дрожіння
• Характеристики:
• Час стабілізації завантаження < 35 мс, підтримка швидкого переходу між режимами проходження та нормальної роботи
• Автоматичне обмеження потужності при коротком замиканні та швидке стабілізація після усунення аварії
• Активування захисту від перевищення напруги та немедляне відключення виходу ШИМ при відкритті зворотного контуру

Таблиця 1: Вплив паразитних параметрів фільтра на напругу відновлення при короткому замиканні

​2.2.2 Проектування кола переходу на резерв​
Використовується інноваційна комбінація контактних та безконтактних переключників:

• Конструкційне проектування: Контактні переключники виконують повну роз'єднуючу та ізоляційну функції для високопотужного переключення; силові електронні переключники забезпечують бездугову, високочастотну роботу
• Інтелектуальна логіка переходу:
• AC-живлення надається через зазвичай замкнуті контакти під час початкового підключення живлення
• Автоматично переключається на режим DC-живлення під час звичайної роботи
• При виявленні аварії вимикається привід контактного переключника; після скидання повертається до прямування AC для забезпечення безперервності
• Технологія захисту контактів: Використовується універсальний AC/DC-абсорбційний загасник (діод RC + двонаправлений TVS-діод D3) для ефективного зменшення перевищень напруги, розсіяння індуктивної магнітної енергії та значного зменшення дуги

​2.2.3 Оптимізація процесу переходу​

• Перехід AC-DC: Застосовується повніволновий прямокутний імпульсний струм через силові електронні переключники, з затримкою 10 мс перед переключенням на низьку напругу DC, що ефективно запобігає відскоку сердечника; тестовий перехід гладкий та без вібрацій
• Перехід DC-AC: При відмові вимикається DC та інтелектуально вводиться AC-живлення; енергія дуги зберігається через зворотні діоди під час переходу, з контролем фазового кута для уникнення інтерференції від піксельних спалахів напруги
• Оптимізація параметрів (на основі результатів моделювання):
• Резистори (R2, R3): Менші значення опору призводять до повільнішого спаду амплітуди напруги, але не впливають на фазовий кут переходу
• Конденсатори (C1, C2): Менші значення ємності призводять до більшої частоти затухання коливань (f = 174,7 Гц при C = 2 мкФ; f = 795,4 Гц при C = 0,1 мкФ)

​3. Моделювання та експериментальна перевірка​
​3.1 Аналіз моделювання​
Системне моделювання проводилось за допомогою програмного забезпечення Multisim, включаючи:

• Моделювання характеристик пуску перетворювача напруги та його захисних функцій
• Аналіз впливу опору, ємності та фазового кута на коливання напруги під час переходу
• Оцінка впливу паразитних параметрів на стабільність системи

​3.2 Експериментальна перевірка​
Тести на контакті AC CDC17-115 підтвердили:

• Форми сигналів перетворювача напруги без завантаження/з повним завантаженням (контакт 50 А) відповідають проектним очікуванням
• Механізми захисту швидко та ефективно реагують на аварії короткого замикання/відкриття зворотного контуру
• Процеси переходу гладкі, без вібрацій сердечника, всі функції відповідають проектним вимогам

​4. Основні переваги та висновки​

1. ​Високопродуктивний перетворювач напруги: Компактний розмір, висока ефективність та повний набір захисних функцій значно підвищують електричну надійність, що робить його ідеальним для інтелектуальних електроапаратів.
2. ​Інтелектуальний переход на резерв: Інноваційний дизайн, що поєднує контактні та безконтактні переключники, забезпечує своєчасний переход на AC-режим під час відмови модуля, гарантує безперервне живлення системи контактів.
3. ​Ефективне управління енергією: Універсальний AC/DC-абсорбційний загасник ефективно перетворює перевищення напруги та енергію дуги під час переходів на стабільні електромагнітні сили, забезпечуючи безперервне виробництво.
4. ​Можливість проходження через просідання напруги: Автоматично активується, коли системна напруга опускається до 60% від номінального значення, зберігаючи надійне затягування контакту, щоб уникнути непланових зупинок.

Цей варіант успішно інтегрує функцію переходу на резерв при відмові модуля з можливістю проходження через просідання напруги, надаючи надійне рішення для забезпечення живлення в процесах безперервного виробництва та ефективно зменшуючи простої, спричинені просіданнями напруги.