Dizajn i implementacija nove generacije hibridnog kontaktera niskotoka bez luk zarcivanja
I. Pregled projekta i ključni problemi za rješavanje
Kotaktori strujnog napajanja, jedan od najčešće korištenih niskonaponskih električnih uređaja, igraju ključnu ulogu u sustavima dugotrajne operacije. Međutim, njihov tradicionalni dizajn ima temeljni nedostatak: kontakti neizborno generiraju luk kada prekidaju krug.
Taj urođeni nedostatak dovodi do niza ozbiljnih problema:
- Značajno ograničena električna izdržljivost: Lukovi uzrokuju značajan električni nos na kontaktima, što rezultira električnim životvremenom (oko 2-2,5 milijuna radnji) daleko kraćim od mehaničkog životvremena (20-25 milijuna radnji), obično samo desetinom posljednjeg.
- Elektromagnetska zagađenja: Lukovi zagađuju mrežu struje, generiraju interferenciju radiofrekvencijskog spektra i utječu na ostalu električnu opremu.
- Rizični faktori: Prekomjerna nadnaponska talasna smrška generirana pri prekidu induktivnih opterećenja može oštetiti povezanu opremu te također ograničava frekvenciju radnje kontaktera.
II. Temeljno rješenje: Princip prekida bez luka
Temeljna inovacija ovog rješenja leži u usvajanju hibridne strukture koja kombinira glavne kontakte + paralelni tijistor modul, uz preciznu kontrolnu šemu aktivacije kako bi se točno sinkronizirali njihovi redoslijedi promjene stanja.
- Temeljna pristup dizajnu:
• Koristi dvosmjerni tijistor kao kontakt bez dodira kako bi se postigao prvi kontakt, posljednji prekid prelaz struje, potpuno izbjegavajući generiranje luka.
• Tradicionalni mehanički kontakti koriste se za vodjenje struje tijekom stabilnog provođenja, prevazilazeći nedostatke čistih kontaktne bezkontaktnih prekidača (poput upotrebe samo tijistora), poput loše otpornosti na talasne struje, visokog padanja napona tijekom provođenja, visoke cijene i potrebe za velikim toplinskih rasipnicama.
• Precizna sinkronizacija na razini milisekundi između mehaničkih kontakata i poluprovodnika (tijistora) putem kontrolne šeme aktivacije ključna je za uspjeh ovog rješenja. - Ključni radni proces (uz primjer kontaktera CJ20-40A):
|
Faza rada |
Vremenski čvor |
Radni proces |
Temeljni cilj i učinak |
|
Spoj |
|||
|
10ms nakon energiziranja bobine |
Kontrolna šema šalje signal; tri para dvosmjernih tijistora odmah provode. |
Prvi kontakt: Prvo uspostavljen put struje, priprema za zatvaranje kontakta → spoj bez luka. |
|
|
15ms nakon energiziranja bobine |
Glavni kontakti kontaktera zatvore, kraće vezu tijistora. |
Prelaz: Mehanički kontakti vode glavnu struju; tijistori automatski isključuju zbog nulte razlike napona → energetski učinkovito. |
|
|
Prekid |
|||
|
Nakon deenergiziranja bobine |
Tlak kontakta smanjuje se; otpor kontakta povećava se; pad napona preko kontakata poraste na ~0,10V. |
Priprema: Signal pada napona aktivira kontrolnu šemu → tijistori odmah provode. |
|
|
12ms nakon deenergiziranja bobine |
Glavni kontakti počinju otvarati. |
Prekid bez luka: Struja potpuno prenosi se na put tijistora → kontakti prekidaju pri nultoj struji → potpuno bez luka. |
|
|
18ms nakon deenergiziranja bobine |
Kontrolna šema prestaje s slanjem signala; tijistori prirodno isključuju kod nulte prelazne točke struje. |
Posljednji prekid: Završava prekid cijelog kruga bez luka. |
III. Implementacija procesa i plan modificiranja
Ovo rješenje pridržava se principa "ciljano modificiranja temeljem dovršenih proizvoda," značajno smanjujući barijere i troškove industrijske proizvodnje.
Specifične modifikacije:
- Elektromagnetski sustav: Blage prilagodbe i optimizacije kako bi se osiguralo da vrijeme djelovanja zadovoljava zahtjeve za preciznost sinkronizacije s tijistor sklopom.
- Kontakti i sustav za ugasište luka:
o Budući da se postiže prekid bez luka, originalna komora za ugasište luka više nije potrebna i može se ukloniti.
o Zamijenjena s izoliranim kućištem otpornim na visoku temperaturu. Ovo novo kućište integrira tri dvosmjerna tijistora, kontrolnu šemu aktivacije i druge nužne elektroničke komponente. - Izgled i kompatibilnost: Vanjski dimenziji, otvorima za montažu i način spajanja modificiranog kontaktera su potpuno u skladu sa standardnim kontakterima. Korisnici mogu zamijeniti i nadograditi bez promjene bilo kakvih baza za montažu ili logike spajanja, što značajno olakšava tržišnu prihvaćenost.
IV. Zaključci testiranja i značajna vrijednost
Kotaktor strujnog napajanja razvijen na temelju ovog rješenja prošao je stroga mehanička i električka ispitivanja izdržljivosti, potvrdivši svoju sigurnost, pouzdanost i mogućnost primjene.
Temeljna dostignuta vrijednost:
• Revolucionarno poboljšanje performansi: Potpuno eliminiranje luka prekida povećava električnu izdržljivost desetak puta, teoretski dosegujući razinu mehaničkog životvremena. Također smanjuje održavanje kontakata i povećava dopuštenu frekvenciju radnje.
• Proširena područja primjene: Karakteristika bez luka omogućuje siguranu primjenu u visokorizičnim okruženjima s strogi zahtjevima za eksplozivnom i vatrenom otpornosti, poput petrokemijskih zavoda, rudnika ugljena, aeroindustrije itd., čime postaje izuzetno pouzdana ključna komponenta u sustavima upravljanja i raspodjele struje.
• Ekološki prihvatljivo: Značajno smanjuje zagađenje mreže i elektromagnetsku interferenciju uzrokovane lukovima, u skladu s trendom modernih zelenih električnih uređaja.
