Návrh a implementace nové generace hybridního bezobloukového přepínače střídavého proudu

 I. Pozadí projektu a klíčové problémy k řešení​
Jako jedno z nejrozšířenějších nízkoenergetických elektrických zařízení hrají střídavé přepínače klíčovou roli v systémech pro dlouhodobou operaci. Nicméně jejich tradiční design má zásadní nedostatek: kontakty nevyhnutelně generují oblouk při přerušení obvodu.

Tento inerentní nedostatek vede k řadě vážných problémů:

1. ​Značně omezená elektrická životnost: Oblouky způsobují výrazné elektrické opotřebení kontaktů, což vede k elektrické životnosti (asi 2–2,5 miliony cyklů) mnohem kratší než mechanická životnost (20–25 milionů cyklů), obvykle pouze desetina poslední.
2. ​Elektromagnetické znečištění: Oblouky znečišťují elektrickou síť, generují radiofrekvenční rušení a ovlivňují jinou elektrickou výbavu.
3. ​Rizika ohledně bezpečnosti: Přetlakový vlnový špička vygenerovaný při přerušení induktivního zatížení může poškodit připojené zařízení a také omezit frekvenci provozu přepínače.

​II. Klíčové řešení: Princip bezobloukového přerušení​
Klíčovou inovací tohoto řešení je použití hybridní struktury kombinující ​hlavní kontakty + paralelní thyristorový modul, s přesnou zapalovací kontrolní soustavou, která přesně synchronizuje jejich sekvence přepínání.

1. ​Klíčový návrhový přístup:
   • Použití dvousměrných thyristorů jako bezkontaktních spínačů pro dosažení ​nejdříve spojit, až poté přerušit​ proud, což úplně eliminuje generování oblouku.
   • Využití tradičních mechanických kontaktů pro přenos proudu během stabilního vedení, překonávající nedostatky čistě bezkontaktních spínačů (např. použití pouze thyristorů), jako jsou špatná odolnost proti nadprudkému proudu, vysoký propustný napěťový pád, vysoké náklady a potřeba velkých chladicích těles.
   • Milisekundová přesná synchronizace mezi mechanickými kontakty a polovodičovými prvky (thyristory) prostřednictvím zapalovací kontrolní soustavy je klíčem k úspěchu tohoto řešení.
2. ​Klíčový pracovní postup (na příkladu přepínače CJ20-40A)​:

​III. Implementace procesu a plán úprav​
Toto řešení dodržuje princip ​"cílené úpravy na základě dospělých produktů," což významně snižuje bariéry a náklady industrializace.

​Konkrétní úpravy:

1. ​Elektromagnetický systém: Drobné úpravy a optimalizace, aby bylo zajištěno, že jeho časování odpovídá přesným požadavkům na synchronizaci s thyristorovým obvodem.
2. ​Kontakty a systém uhasení oblouku:
   o Protože je dosaženo bezobloukového přerušení, původní komora pro uhašení oblouku není třeba a může být odstraněna.
   o Nahrazena vysokoteplotně odolnou izolační obálkou. Tato nová obálka integruje tři dvousměrné thyristory, zapalovací kontrolní obvod a další nezbytné elektronické komponenty.
3. ​Vzhled a kompatibilita: Externí rozměry, montážní otvory a způsob připojení upraveného přepínače zůstávají úplně shodné s standardními přepínači. Uživatelé mohou nahradit a upgradovat bez jakékoli změny montážních podložek nebo logiky připojení, což významně usnadňuje přijetí na trhu.

​IV. Závěry testů a významná hodnota​
Střídavý přepínač vyvinutý na základě tohoto řešení prošel přísnými mechanickými a elektrickými testy trvanlivosti, ověřující jeho bezpečnost, spolehlivost a proveditelnost.

​Klíčová dodaná hodnota:
• ​Revoluční zlepšení výkonu: Úplné eliminace přepínacích oblouků zvýší elektrickou životnost desítkrát, teoreticky dosahující úrovně mechanické životnosti. Také snižuje údržbu kontaktů a zvyšuje povolenou frekvenci provozu.
• ​Rozšířené oblasti aplikace: Bezoblouková charakteristika umožňuje bezpečné použití ve vysoko rizikových prostředích s přísnými požadavky na výbušnou a požární bezpečnost, jako jsou petrochemické továrny, uhelné doly, letecký průmysl atd., což z něj dělá velmi spolehlivou klíčovou komponentu v řídicích a distribučních systémech.
• ​Eko-přátelské: Značně snižuje znečištění sítě a elektromagnetické rušení způsobené oblouky, což odpovídá modernímu trendu zelené elektrické výbavy.