Uus põlvkond hübriidne varjutuseeta AC kontaktorite disain ja rakendamine
I. Projekti taust ja lahendamiseks kriitilised küsimused
Vahelduvvoolu kontaktorid on üks laialdasemalt kasutatavaid madalpinge elektroonikaseadmeid, mängides olulist rolli pikaajalistes tööülesannetes. Siiski selle traditsioonilise disainiga kaasneb fundamentaalne puudus: kontaktidel tekib voolukiri, kui lõpetatakse võrguühend.
See omane puudus viib mitmesse tõsisesse probleemi:
- Selgelt piiratud elektriline kestlikkus: Voolukirid tekitavad kontaktidele olulisi elektrilisi nööre, mis viivad elektrilise eluea (umbes 2–2,5 miljonit toimingut) olevaks palju lühemaks kui mehaaniline elu (20–25 miljonit toimingut), tavaliselt ainult viimasest ühe kümneosa.
- Magnetväli saastamine: Voolukirid saastavad elektrivõrku, genereerivad raadiofrekventsia häireid ja mõjutavad muud elektriseadmeid.
- Ohutuseeskirjad: Induktiivsete laadimiste katkestamisel tekkinud ülepingevool võib kahjustada ühendatud seadmeid ja piirab kontaktori töötlemisfrekventsi.
II. Ümberkorraldus: Voolukirideta katkestamise printsiip
Selle lahenduse peamine innovatsioon seisneb hübriidstruktuuri kasutamises, mis koosneb peamistest kontaktidest + paralleelsed tiistoorimoodulid, täpselt ajastatud kontrolltsüklitega, et nende ümberlülitamise järjekord oleks täpselt sinkroneeritud.
- Põhiline disain lähenemine:
• Kasutage kahepoolseid tiistoreid kontaktivabade lülitedena, et saavutada esimesena ühendamine, viimasena lõpetamine voolu ümberlähtestamisel, täielikult vältides voolukiride tekkimist.
• Täistegelikuks vooluvedajaks kasutatakse traditsioonilisi mehaanilisi kontakte, mis võimaldavad ületada puhtalt kontaktivabade lülitete (nt ainult tiistoreid kasutades) ebasoodsusi, nagu halb kiirvoolu vastupidavus, suur juhivolt, kõrge maksumus ja suure soojendussüsteemi vajadus.
• Millisekundites täpselt sinkroneerida mehaanilised kontaktid ja pooljuhised elemendid (tiistorid) käivitamiskontrolltsüklite abil on selle lahenduse edu võtmeks. - Olulised tööprotsessid (CJ20-40A kontaktori näitel):
|
Tööfaas |
Aja punkt |
Toiminguprotsess |
Põhiline eesmärk ja mõju |
|
Ühendamine |
|||
|
10ms spooli energiseerimise järel |
Käivituskontroll süsteem saadab signaali; kolm paari kahepoolset tiistort juhivad kohe. |
Esimesena ühendamine: Voolutee loodakse esimesena, et valmistuda kontaktide sulgemiseks → voolukirideta ühendus. |
|
|
15ms spooli energiseerimise järel |
Kontaktori peamised kontaktid sulgevad, lühendades tiistoreid. |
Vahetamine: Mehaanilised kontaktid kannavad peamist voolu; tiistorid lõpetavad automaatselt null pingega → energiasäästlik. |
|
|
Lõpetamine |
|||
|
Spooli deenergiseerimise järel |
Kontaktide rõhk väheneb; kontaktide vastandus suureneb; kontaktide kohal tekib ~0,10V pingevald. |
Valmistamine: Pingevaldu signaal käivitab kontrolltsükli → tiistorid juhivad kohe. |
|
|
12ms spooli deenergiseerimise järel |
Peamised kontaktid alustavad avamist. |
Voolukirideta lõpetamine: Vool täielikult tiistoritele üle → kontaktide lõpetamine null vooluga → täielikult voolukirideta. |
|
|
18ms spooli deenergiseerimise järel |
Käivituskontroll lõpetab signaali; tiistorid lõpetavad looduslikult null vooluga. |
Viimasena lõpetamine: Täielik voolukirideta lõpetamine kogu võrgu. |
III. Protsessi rakendamine ja muutmise plaan
See lahendus järgib printsiipi "mündimuste muutmine enneolevatel toodetel", mille abil oluliselt vähendatakse tööstuslikke takistusi ja kulutusi.
Spetsiifilised muudatused:
- Magnetvälimüsteem: Väheseid reguleeringuid ja optimeeringuid, et tagada selle aktiveerimisaeg vastab täpsuse nõudmistele tiistorite tsüklitega sinkroneerimiseks.
- Kontaktid ja voolukiride väljasuremise süsteem:
o Kuna voolukirideta lõpetamine on saavutatud, on algne voolukiride väljasuremise kompartiment mitte vajalik ja seda saab eemaldada.
o Asendatakse kõrgete temperatuuride vastu kaitstud eralduskastriga. See uus kastr integreerib kolm kahepoolset tiistorit, käivituskontrolltsüklit ja muud olulised elektronilised komponendid. - Välimus ja ühilduvus: Muudetud kontaktori väline dimensioon, paigutusaukud ja juhtmetood on täiesti sarnased standardkontaktoritega. Kasutajad saavad asendada ja uuendada ilma muuta paigutuspaikaid ega juhtmeetodit, mis suuresti lihtsustab turule sisseviimist.
IV. Testide järeldused ja oluline väärtus
Selle lahenduse põhjal arendatud vahelduvvoolu kontaktor on läbinud rangeid mehaanilisi ja elektrilisi kestlikkustestide, kinnitades oma ohutust, usaldusväärsust ja praktikalisust.
Tagatud peamine väärtus:
• Revolutionaarne jõudluse parandus: Voolukiride täielik eemaldamine suurendab elektrilist kestlikkust kümnete kordi, teoreetiliselt jõudes mehaanilise elueani tasemele. Samuti vähendab kontaktide hooldust ja suurendab lubatavat töötlemisfrekventsi.
• Laiendatud rakendusalad: Voolukirideta omadus võimaldab ohutut rakendamist kõrgete riskidega keskkondades, kus on ranged sprengivaba ja tulekahjustusvaba nõuded, nagu nafta- ja gaasitööstus, kütusekaevandused, kosmos, jne., muutes selle väga usaldusväärseks osana kontrollisüsteemides ja elektrivõrgusüsteemides.
• Keskkonnasõbralik: Oluliselt vähendab voolukiride tekitatud võrgusaastamist ja magnetvälihäireid, vastavalt modernsetele roheliste elektroseadmete arengutrendidele.
