Uuden sukupolven yhdistetyn kaaretopuuton AC-kontaktorin suunnittelu ja toteutus
I. Projektin tausta ja ratkaistavat kriittiset ongelmat
Vaihtosähköiset kontaktorit ovat yksi laajimmin käytetyistä alijännitteisiä sähkölaitteista, ja niillä on keskeinen rooli pitkäaikaisissa toimintajärjestelmissä. Niiden perinteisellä suunnittelulla on kuitenkin perustavanlaatuinen puute: kontaktien välille syntyy aina kaari katkaisun yhteydessä.
Tämä luontainen puute johtaa sarjaan vakavia ongelmia:
- Suuresti rajoitettu sähköinen kestävyys: Kaaret aiheuttavat merkittävää sähköistä kulutusta kontakteissa, mikä johtaa sähköiseen elinkaareen (noin 2–2,5 miljoonaa toimintoa), joka on huomattavasti lyhyempi kuin mekaaninen elinkaari (20–25 miljoonaa toimintoa), tyypillisesti vain kymmenesosa tämän viimeisen jäljessä.
- Magneettikenttäsaasteet: Kaaret saastuttavat sähköverkkoa, aiheuttavat radiofrekvenssihäiriöitä ja vaikuttavat muihin sähkölaitteisiin.
- Turvallisuusriskit: Induktiivisten kuormien katkaisun yhteydessä syntyvä ylivoltti-purkaus voi vahingoittaa kytkettyä laitetta ja rajoittaa kontaktorin toimintataajuutta.
II. Ydinratkaisu: Kaarittomien katkaisujen periaate
Tämän ratkaisun ytimessä on hybridirakenne, jossa yhdistyvät pääkontaktit + rinnakkaissyötettävä thyristori-moduuli, tarkalla käynnistyskontrollisäädöksellä, jolla synkronoidaan niiden kytkentäjärjestys tarkasti.
- Ydin suunnittelu lähestymistapa:
• Käytä kaksisuuntaisia thyristoreita kosketuksettomina kytkentinsäilöinä saavuttaaksesi ensin yhdistä, sitten katkaise-tyyppisen sähkövirran kytkentän, mikä välttää kokonaan kaarien muodostumisen.
• Käytä perinteisiä mekaanisia kontakteja tasapainoisessa johtamisessa sähkövirran siirtämiseen, ylennyksen purkautumisen esteenä, kuten puhdas kosketukseton kytkentä (esimerkiksi vain thyristoreilla) heikkojen surgesähkövirran vastustuksen, korkean johtamisvoltageen, korkean hinnan ja suuren lämpökuormituksen takia.
• Millisekuntitasolla tarkka synkronointi mekaanisten kontakteiden ja semikonduktoreiden (thyristoreiden) välillä käynnistyskontrollisäädöksellä on avainasemassa tämän ratkaisun onnistumisessa. - Avainsisältö (CJ20-40A kontaktoria esimerkkinä käyttäen):
|
Toimintavaihe |
Ajanhetki |
Toimintaprosessi |
Ydinasiasisältö ja vaikutus |
|
Yhdistäminen |
|||
|
Kuution sähköistämisen 10 ms jälkeen |
Käynnistyskytkentä lähettää signaalin; kolme paria kaksisuuntaisia thyristoreita johtavat välittömästi. |
Ensimmäisenä yhdistä: Sähkövirran polku luodaan ensin, valmistautuen kontaktien sulkeutumiseen → kaarittomana yhdistäminen. |
|
|
Kuution sähköistämisen 15 ms jälkeen |
Kontaktorin pääkontaktit sulkeutuvat, lyhentäen thyristoreita. |
Vaihdos: Mekaaniset kontaktit johtavat pään sähkövirta; thyristorit sammutetaan automaattisesti nollavoltterieron vuoksi → energiatehokkuus. |
|
|
Erotaminen |
|||
|
Kuution sähköistämisen lopettamisen jälkeen |
Kontaktipaine laskee; kontaktiresistanssi kasvaa; kontaktien välillä oleva voltterierona nousee noin 0,10 V:een. |
Valmistautuminen: Voltterieron signaali käynnistää kontrollisäädön → thyristorit johtavat välittömästi. |
|
|
Kuution sähköistämisen lopettamisen 12 ms jälkeen |
Pääkontaktit alkavat avaantua. |
Kaarittomana erotamisena: Sähkövirta siirtyy täysin thyristoripolulle → kontaktit avautuvat nollasähkövirrassa → täysin kaarittomana. |
|
|
Kuution sähköistämisen lopettamisen 18 ms jälkeen |
Käynnistyskytkentä lopettaa signaalin; thyristorit sammutetaan luonnostaan sähkövirran nollakohtaessa. |
Jälleen viimeisenä katkaise: Täydentää koko piirin kaarittoman katkaisun. |
III. Prosessin toteutus ja muutosohjelma
Tämä ratkaisu noudattaa periaatetta "kypsille tuotteille kohdistettu muutos", mikä vähentää huomattavasti teollistamisen esteitä ja kustannuksia.
Erityismuutokset:
- Magneettinen järjestelmä: Pieniä säätöjä ja optimointeja varmistaakseen sen, että sen toiminta-aika täsmää thyristoripiirin synkronointivaatimuksiin.
- Kontaktit ja kaarintorjunta-järjestelmä:
o Koska kaarittoman katkaisun saavutetaan, alkuperäinen kaarintorjuntakammio ei ole enää tarpeen ja se voidaan poistaa.
o Korvataan uudella korkealämpökestävällä eristyskotelolla. Tämä uusi kotelo integroi kolme kaksisuuntaista thyristoria, käynnistyskontrollisäädön ja muut olennaiset elektroniset komponentit. - Ulkonäkö ja yhteensopivuus: Muokatun kontaktorin ulkomuodot, kiinnityspisteet ja johtojärjestelmä pysyv täysin yhteensopivina standardikontaktoreiden kanssa. Käyttäjät voivat vaihtaa ja päivittää ilman mitään kiinnityspohjien tai johtologiikan muutoksia, mikä helpottaa markkinoille tuomista huomattavasti.
IV. Testausjohtopäätökset ja merkittävä arvo
Tämän ratkaisun pohjalta kehitetty vaihtosähköinen kontaktori on menestynyt tiukoissa mekaanisissa ja sähköisissä kestävyystesteissä, todistamalla sen turvallisuuden, luotettavuuden ja toteutettavuuden.
Ydin-arvo, jota tuotetaan:
• Revolutionaarinen suorituskyky: Kaarittomien katkaisujen täydellinen poistaminen lisää sähköisen kestävyyden kymmenkertaisesti, teoreettisesti saavuttaen mekaanisen elinkaaren tason. Myös kontaktien huollon tarve vähenee ja sallittu toimintataajuus kasvaa.
• Laajennetut sovellusalat: Kaarittomuus mahdollistaa turvallisen soveltamisen korkean riskin ympäristöihin, joissa on tiukat räjähteiden ja palamisen estämiseen liittyvät vaatimukset, kuten öljyteollisuuden laitokset, kaivokset, avaruusteollisuus jne., tehdäkseen siitä erittäin luotettavan ytimkomponentin ohjausjärjestelmissä ja sähköjakelujärjestelmissä.
• Ekologinen: Vähentää huomattavasti kaarista aiheutuvaa sähköverkon saastumista ja magneettikenttähäiriöitä, mikä vastaa modernien vihreiden sähkölaitteiden kehityssuuntaa.
