नए पीढ़ी के हाइब्रिड आर्क-फ्री एसी कंटैक्टर का डिज़ाइन और लागू करना
I. परियोजना का पृष्ठभूमि और हल किए जाने वाले महत्वपूर्ण मुद्दे
एसी कंटेक्टर, लो-वोल्टेज इलेक्ट्रिकल उपकरणों में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में से एक है, जो लंबी अवधि की संचालन प्रणालियों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हालाँकि, इसकी पारंपरिक डिजाइन में एक मौलिक दोष है: सर्किट को टूटते समय संपर्कों में आर्क उत्पन्न होता है।
इस निहित दोष से गंभीर समस्याओं का श्रृंखला उत्पन्न होती है:
- विद्युत टिकाऊपन में गंभीर सीमाएँ: आर्क संपर्कों पर विद्युत धारा का विकार पैदा करता है, जिससे विद्युत जीवनकाल (लगभग 2–2.5 मिलियन ऑपरेशन) यांत्रिक जीवनकाल (20–25 मिलियन ऑपरेशन) की तुलना में बहुत कम होता है, आमतौर पर इसका एक-दसवां हिस्सा।
- विद्युत चुंबकीय प्रदूषण: आर्क विद्युत ग्रिड को प्रदूषित करता है, रेडियो फ्रीक्वेंसी इंटरफ़ेरेंस उत्पन्न करता है और अन्य विद्युत उपकरणों को प्रभावित करता है।
- सुरक्षा जोखिम: आधुनिक लोडों को टूटाने पर उत्पन्न होने वाला ओवरवोल्टेज सर्ज संलग्न उपकरणों को नुकसान पहुँचा सकता है और कंटेक्टर की संचालन आवृत्ति को सीमित करता है।
II. मुख्य समाधान: आर्क-मुक्त टूटने का सिद्धांत
इस समाधान का मुख्य नवाचार मुख्य संपर्क + समानांतर थायरिस्टर मॉड्यूल के संयोजन के उपयोग में निहित है, जिसमें उनके स्विचिंग क्रम को सटीक रूप से संकेत नियंत्रण परिपथ के माध्यम से संयोजित किया जाता है।
- मुख्य डिजाइन दृष्टिकोण:
• द्विदिशात्मक थायरिस्टर को संपर्क-रहित स्विच के रूप में उपयोग करके धारा स्विचिंग में पहले बनाएं, फिर टूटें को पूरा करें, जिससे आर्क का उत्पादन पूरी तरह से रोका जा सकता है।
• स्थिर-स्थिति चालन के दौरान धारा को ले जाने के लिए पारंपरिक यांत्रिक संपर्कों का उपयोग करें, जिससे शुद्ध संपर्क-रहित स्विच (उदाहरण के लिए, थायरिस्टर का उपयोग करना) की दुर्बलताओं, जैसे कि खराब धारा स्वर्गीय टोलरेंस, उच्च चालन वोल्टेज गिरावट, उच्च लागत, और बड़े ताप निकासकों की आवश्यकता को दूर किया जा सकता है।
• यांत्रिक संपर्कों और अर्धचालक उपकरणों (थायरिस्टर) के बीच मिलीसेकंड-स्तर की सटीक संकेत नियंत्रण परिपथ के माध्यम से संयोजन इस समाधान की सफलता की कुंजी है। - महत्वपूर्ण कार्य प्रक्रिया (CJ20-40A कंटेक्टर के उदाहरण से):
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संचालन चरण |
समय नोड |
कार्य प्रक्रिया |
मुख्य उद्देश्य और प्रभाव |
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संपर्क |
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कोइल ऊर्जाबद्ध होने के 10 मिलीसेकंड बाद |
संकेत परिपथ संकेत भेजता है; तीन जोड़े द्विदिशात्मक थायरिस्टर तुरंत चालित होते हैं। |
पहले बनाएं: पहले धारा पथ स्थापित किया जाता है, संपर्क बंद करने के लिए तैयारी → आर्क-मुक्त संपर्क। |
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कोइल ऊर्जाबद्ध होने के 15 मिलीसेकंड बाद |
कंटेक्टर के मुख्य संपर्क बंद होते हैं, थायरिस्टर को छोटे सर्किट करते हैं। |
स्विच ओवर: यांत्रिक संपर्क मुख्य सर्किट धारा को ले जाते हैं; थायरिस्टर शून्य वोल्टेज अंतर के कारण स्वचालित रूप से बंद हो जाते हैं → ऊर्जा-कुशल। |
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विघटन |
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कोइल ऊर्जा-हीन होने के बाद |
संपर्क दबाव कम हो जाता है; संपर्क प्रतिरोध बढ़ता है; संपर्कों पर वोल्टेज गिरावट ~0.10V तक बढ़ जाती है। |
तैयारी: वोल्टेज गिरावट संकेत परिपथ को संकेत देता है → थायरिस्टर तुरंत चालित होते हैं। |
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कोइल ऊर्जा-हीन होने के 12 मिलीसेकंड बाद |
मुख्य संपर्क खुलना शुरू करते हैं। |
आर्क-मुक्त विघटन: धारा पूरी तरह से थायरिस्टर पथ पर स्थानांतरित हो जाती है → संपर्क शून्य धारा पर टूट जाते हैं → पूरी तरह से आर्क-मुक्त। |
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कोइल ऊर्जा-हीन होने के 18 मिलीसेकंड बाद |
संकेत परिपथ संकेत बंद करता है; थायरिस्टर धारा शून्य-पार पर स्वाभाविक रूप से बंद हो जाते हैं। |
अंत में टूटना: पूरे सर्किट का आर्क-मुक्त विघटन पूरा हो जाता है। |
III. प्रक्रिया का लागू करना और संशोधन योजना
यह समाधान "संस्कृत उत्पादों पर लक्षित संशोधन" के सिद्धांत का पालन करता है, जिससे औद्योगिकीकरण की बाधाएँ और लागत में बहुत कमी आती है।
विशिष्ट संशोधन:
- विद्युत चुंबकीय प्रणाली: थोड़े संशोधन और विकास करके यांत्रिक संपर्कों और थायरिस्टर परिपथ के बीच संकेत नियंत्रण की आवश्यक सटीकता को सुनिश्चित किया जाता है।
- संपर्क और आर्क निरोधन प्रणाली:
o आर्क-मुक्त विघटन के लिए, मूल आर्क निरोधन चेम्बर अप्रासंगिक हो जाता है और इसे हटा दिया जा सकता है।
o इसके स्थान पर उच्च-ताप विरोधी अलग-अलग आवरण का उपयोग किया जाता है। यह नया आवरण तीन द्विदिशात्मक थायरिस्टर, संकेत नियंत्रण परिपथ और अन्य आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक घटकों को एकीकृत करता है। - रूप और संगतता: संशोधित कंटेक्टर के बाहरी आकार, माउंटिंग होल और वायरिंग विधि पूरी तरह से मानक कंटेक्टरों के साथ एकसमान रहते हैं। उपयोगकर्ता किसी भी माउंटिंग आधार या वायरिंग तर्क को बदले बिना बदल सकते हैं और अपग्रेड कर सकते हैं, जो बाजार की ग्रहण को बहुत सुगम बनाता है।
IV. परीक्षण निष्कर्ष और महत्वपूर्ण मूल्य
इस समाधान पर आधारित एसी कंटेक्टर ने कठोर यांत्रिक और विद्युत टिकाऊपन परीक्षणों को पारित किया है, जिससे इसकी सुरक्षा, विश्वसनीयता और योग्यता की पुष्टि हुई है।
मुख्य मूल्य दिया गया:
• प्रदर्शन में क्रांतिकारी सुधार: स्विचिंग आर्क का पूरी तरह से उन्मूलन विद्युत टिकाऊपन को दहाई गुना बढ़ाता है, सैद्धांतिक रूप से यांत्रिक जीवनकाल के स्तर तक पहुँचता है। इससे संपर्क रखरखाव कम होता है और अनुमत ऑपरेशन फ्रीक्वेंसी बढ़ती है।
• विस्तारित अनुप्रयोग क्षेत्र: आर्क-मुक्त विशेषता उच्च-जोखिम वाले पर्यावरणों, जैसे पेट्रोकेमिकल संयंत्र, कोयला खदान, अंतरिक्ष उड्डयन, आदि, में सुरक्षित अनुप्रयोग की अनुमति देती है, जहाँ विस्फोट-प्रतिरोधी और अग्निप्रतिरोधी आवश्यकताएँ बहुत कठोर होती हैं, इससे यह नियंत्रण प्रणालियों और विद्युत वितरण प्रणालियों में एक अत्यधिक विश्वसनीय मुख्य घटक बन जाता है।
• पर्यावरण-अनुकूल: आर्क-प्रेरित ग्रिड प्रदूषण और विद्युत चुंबकीय इंटरफ़ेरेंस को बहुत कम करता है, जो आधुनिक हरित विद्युत उपकरणों के विकास की दिशा में अनुकूल है।
