طراحی و اجرای نسل جدید تماسگر متناوب بدون قوس الکتریکی هیبریدی
I. پس‌زمینه پروژه و مسائل مهمی که باید حل شوند
کنتاکتورهای AC یکی از دستگاه‌های الکتریکی با فشار کم استفاده شده‌ترین هستند که نقش مهمی در سیستم‌های عملکرد بلندمدت دارند. با این حال، طراحی سنتی آنها نقص بنیادی دارد: تماس‌ها حتماً در زمان قطع مدار قوس الکتریکی تولید می‌کنند.
این نقص ذاتی منجر به مجموعه‌ای از مشکلات جدی می‌شود:
- طول عمر الکتریکی محدود شده به شدت: قوس‌ها باعث خوردگی الکتریکی قابل توجه در تماس‌ها می‌شوند، که باعث می‌شود طول عمر الکتریکی (تقریباً ۲-۲.۵ میلیون عملیات) بسیار کوتاه‌تر از طول عمر مکانیکی (۲۰-۲۵ میلیون عملیات) باشد، معمولاً تنها یک دهم آن.
- : قوس‌ها شبکه برق را آلوده می‌کنند، تداخل فرکانس رادیویی تولید می‌کنند و بر دیگر تجهیزات الکتریکی تأثیر می‌گذارند.
- ریسک‌های ایمنی: افزایش ولتاژ ناشی از قطع بارهای القایی ممکن است تجهیزات متصل شده را آسیب ببیند و همچنین فرکانس عملکرد کنتاکتور را محدود می‌کند.
II. راه‌حل اصلی: اصل قطع بدون قوس
نوآوری اصلی این راه‌حل در استفاده از یک ساختار ترکیبی شامل تماس‌های اصلی + یک ماژول تایریستور موازی با مدار کنترل تحریک دقیق برای هماهنگ‌سازی دقیق دنباله‌های تغییر وضعیت آنها است.
- رویکرد طراحی اصلی:
• استفاده از تایریستورهای دوطرفه به عنوان سوئیچ‌های بدون تماس برای دستیابی به اتصال اول، قطع آخر جریان، کاملاً جلوگیری از تولید قوس.
• استفاده از تماس‌های مکانیکی سنتی برای حمل جریان در حالت هدایت پایدار، غلبه بر معایب سوئیچ‌های صرفه‌جویی در تماس (مثلاً استفاده فقط از تایریستورها)، مانند مقاومت ضعیف در برابر جریان‌های شوک، کاهش ولتاژ هدایت بالا، هزینه بالا و نیاز به رادیاتورهای گرمایی بزرگ.
• هماهنگ‌سازی دقیق در سطح میلی‌ثانیه بین تماس‌های مکانیکی و دستگاه‌های نیمه‌رسانا (تایریستورها) از طریق مدار کنترل تحریک کلید موفقیت این راه‌حل است. - فرآیند کلیدی (به عنوان مثال، کنتاکتور CJ20-40A):
|
مرحله عملکرد |
نود زمانی |
فرآیند عملیاتی |
هدف اصلی و اثر |
|
اتصال |
|||
|
۱۰ میلی‌ثانیه پس از تغذیه سیم پیچ |
مدار تحریک سیگنال ارسال می‌کند؛ سه جفت تایریستور دوطرفه به طور فوری هدایت می‌کنند. |
اتصال اول: مسیر جریان ابتدا ایجاد می‌شود، آماده‌سازی برای بسته شدن تماس → اتصال بدون قوس. |
|
|
۱۵ میلی‌ثانیه پس از تغذیه سیم پیچ |
تماس‌های اصلی کنتاکتور بسته می‌شوند، تایریستورها کوتاه می‌شوند. |
تغییر: تماس‌های مکانیکی جریان مدار اصلی را حمل می‌کنند؛ تایریستورها به دلیل عدم اختلاف ولتاژ خودکار خاموش می‌شوند → صرفه‌جویی در انرژی. |
|
|
قطع |
|||
|
پس از قطع تغذیه سیم پیچ |
فشار تماس کاهش می‌یابد؛ مقاومت تماس افزایش می‌یابد؛ کاهش ولتاژ در تماس‌ها به حدود ۰.۱۰V می‌رسد. |
آماده‌سازی: سیگنال کاهش ولتاژ مدار کنترل را تحریک می‌کند → تایریستورها فوراً هدایت می‌کنند. |
|
|
۱۲ میلی‌ثانیه پس از قطع تغذیه سیم پیچ |
تماس‌های اصلی شروع به باز شدن می‌کنند. |
قطع بدون قوس: جریان کاملاً به مسیر تایریستور منتقل می‌شود → تماس‌ها در حالت جریان صفر قطع می‌شوند → کاملاً بدون قوس. |
|
|
۱۸ میلی‌ثانیه پس از قطع تغذیه سیم پیچ |
مدار تحریک سیگنال را متوقف می‌کند؛ تایریستورها به طور طبیعی در عبور صفر جریان خاموش می‌شوند. |
قطع آخر: کامل کردن قطع بدون قوس کل مدار. |
III. اجرای فرآیند و برنامه اصلاح
این راه‌حل به اصول "اصلاح هدفمند بر اساس محصولات رسیده به سن" پایبند است، که به طور قابل توجهی موانع صنعتی و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.
اصلاحات خاص:
- سیستم الکترومغناطیسی: تعدیلات و بهینه‌سازی‌های اندک برای اطمینان از اینکه زمان عملکرد آن با الزامات دقت هماهنگ‌سازی با مدار تایریستور مطابقت دارد.
- تماس‌ها و سیستم خاموش کردن قوس:
o با دستیابی به قطع بدون قوس، حفره خاموش کننده قوس اصلی نیازی ندارد و می‌تواند حذف شود.
o با جایگزینی یک پوشش عایق‌بندی مقاوم در برابر دمای بالا. این پوشش جدید سه تایریستور دوطرفه، مدار کنترل تحریک و دیگر مؤلفه‌های الکترونیکی ضروری را یکپارچه می‌کند. - ظاهر و سازگاری: ابعاد خارجی، سوراخ‌های نصب و روش بسته‌بندی کنتاکتور اصلاح شده کاملاً با کنتاکتورهای استاندارد مطابقت دارد. کاربران می‌توانند آن را جایگزین و به‌روزرسانی کنند بدون تغییر هیچ پایه نصب یا منطق بسته‌بندی، که به طور قابل توجهی از پذیرش بازار تسهیل می‌کند.
IV. نتایج آزمون و ارزش قابل توجه
کنتاکتور AC توسعه یافته بر اساس این راه‌حل از آزمون‌های استقامت مکانیکی و الکتریکی سختگیرانه عبور کرده و ایمنی، قابلیت اطمینان و امکان‌پذیری آن را تأیید کرده است.
ارزش اصلی ارائه شده:
• بهبود عملکرد انقلابی: حذف کامل قوس‌های تغییر وضعیت طول عمر الکتریکی را چندین برابر افزایش می‌دهد، در نظری به سطح طول عمر مکانیکی می‌رسد. همچنین نگهداری تماس‌ها را کاهش می‌دهد و فرکانس عملیات مجاز را افزایش می‌دهد.
• گسترش زمینه‌های کاربردی: ویژگی بدون قوس امکان استفاده ایمن در محیط‌های با ریسک بالا با الزامات انفجاری و آتش‌نشانی سختگیرانه، مانند کارخانه‌های پتروشیمی، معادن زغال‌سنگ، هوافضا و غیره را فراهم می‌کند، که آن را به یک مؤلفه اصلی قابل اعتماد در سیستم‌های کنترل و توزیع برق می‌کند.
• دوستانه با محیط زیست: به طور قابل توجهی آلودگی شبکه و تداخل الکترومغناطیسی ناشی از قوس را کاهش می‌دهد، که با روند توسعه دستگاه‌های الکتریکی سبز مدرن مطابقت دارد.
