Yeni Nesil Hibritleşmiş Yay Siz AC Kontaktörünün Tasarımı ve Uygulanması

 I. Proje Arka Planı ve Çözülmesi Gereken Kritik Sorunlar​
AC kontaktörleri, düşük gerilimli elektrik cihazları arasında en yaygın kullanılanlardan biri olup, uzun süreli işletim sistemlerinde kilit rol oynar. Ancak, geleneksel tasarımında temel bir kusur bulunmaktadır: devre kesildiğinde kontaklar kaçınılmaz olarak bir ark oluşturur.

Bu içkin kusur, ciddi sorunlara yol açmaktadır:

1. ​Aşırı kısıtlı elektriksel dayanıklılık: Arklar, kontaklarda önemli miktarda elektriksel aşınmaya neden olur ve bu da elektriksel ömrü (yaklaşık 2-2,5 milyon işlem) mekanik ömründen (20-25 milyon işlem) çok daha kısa hale getirir, genellikle sonuncusunun sadece onda biri kadardır.
2. ​Elektromanyetik kirlilik: Arklar, güç ağını kirlendirir, radyo frekansı干擾似乎中途中斷了，我將繼續完成翻譯：
   1. ​Aşırı kısıtlı elektriksel dayanıklılık: Arklar, kontaklarda önemli miktarda elektriksel aşınmaya neden olur ve bu da elektriksel ömrü (yaklaşık 2-2,5 milyon işlem) mekanik ömründen (20-25 milyon işlem) çok daha kısa hale getirir, genellikle sonuncusunun sadece onda biri kadardır.
   2. ​Elektromanyetik kirlilik: Arklar, güç ağını kirlendirir, radyo frekansı interferansı yaratır ve diğer elektrik ekipmanlarını etkiler.
   3. ​Güvenlik riskleri: İndüktif yüklerin kesilmesi sırasında oluşan aşırı gerilim ani artışı, bağlı ekipmanlara zarar verebilir ve aynı zamanda kontaktörün çalışma frekansını sınırlar.

   ​II. Ana Çözüm: Ark Oluşturmaksızın Kesme Prensibi​
   Bu çözümün temel yeniliği, ​ana kontaklar + paralel tiristör modülü kombinasyonunu kullanarak hassas tetikleme kontrol devresi ile onların anahtarlama sıralamalarını tam olarak senkronize etmektedir.

   1. ​Temel Tasarım Yaklaşımı:
      • İki yönlü tiristörleri temassız anahtar olarak kullanarak, ​önce bağlantı, sonra kesme akım anahtarlama ilkesini uygulayarak, arknın oluşmasını tamamen önler.
      • Durağan iletim sırasında akımı taşımak için geleneksel mekanik kontakları kullanarak, saf temassız anahtarların (örneğin, sadece tiristörlerin) sahip olduğu zayıf ani akım direnci, yüksek iletkenlik gerilim düşümü, yüksek maliyet ve büyük soğutma gereksinimi gibi dezavantajlarını aşar.
      • Mekanik kontaklar ve yarı iletken cihazlar (tiristörler) arasındaki milisaniye düzeyinde hassas senkronizasyon, bu çözümün başarısının anahtarıdır.
   2. ​Ana İşlem Akışı (CJ20-40A Kontaktörü Örneği)​:

   İşlem Aşaması	Zaman Noktası	Eylem Süreci	Temel Hedef ve Etki
   ​Bağlantı​
   	Katılın enerjilendirildikten 10ms sonra	Tetik devresi sinyal gönderir; üç çift iki yönlü tiristör anında iletken hale gelir.	​Önce bağlantı: İlk önce akım yolu oluşturulur, kontak kapalı olacak şekilde hazırlanır → ark oluşturmayan bağlantı.
   	Katılın enerjilendirildikten 15ms sonra	Kontaktörün ana kontakları kapanır, tiristörleri kısaltır.	​Geçiş: Mekanik kontaklar ana devre akımını taşır; tiristörler sıfır gerilim farkı nedeniyle otomatik olarak kapanır → enerji verimlidir.
   ​Ayrılmak​
   	Katılın enerjisizleştirildikten sonra	Kontak basıncı azalır; kontak direnci artar; kontaklar arasındaki gerilim düşümü yaklaşık 0,10V'ye yükselir.	​Hazırlık: Gerilim düşümü sinyali kontrol devresini tetikler → tiristörler anında iletken hale gelir.
   	Katılın enerjisizleştirildikten 12ms sonra	Ana kontaklar açılmaya başlar.	​Ark oluşturmayan kesme: Akım tamamen tiristör yolu üzerinden aktarılır → kontaklar sıfır akım olduğunda açılır → tamamen ark oluşturmayan.
   	Katılın enerjisizleştirildikten 18ms sonra	Tetik devresi sinyal göndermeyi durdurur; tiristörler akım sıfır geçişinde doğal olarak kapanır.	​Sonra kesme: Tüm devrenin ark oluşturmayan kesimini tamamlar.

   ​III. Süreç Uygulaması ve Değiştirme Planı​
   Bu çözüm, ​"olgun ürünler üzerinde hedefe yönelik değiştirme" prensibine uygun olarak, endüstriyelleştirme bariyerlerini ve maliyetlerini önemli ölçüde azaltır.

   ​Belirli Değişiklikler:

   1. ​Elektromanyetik Sistem: Tetikleme devresiyle senkronizasyonun hassasiyet gerekliliklerini karşılaması için küçük ayarlamalar ve iyileştirmeler yapılır.
   2. ​Kontaklar ve Ark Söndürme Sistemi:
      o Ark oluşturmayan kesme gerçekleştirildiğinden, orijinal ark söndürme odası artık gereksizdir ve çıkarılabilir.
      o Yüksek sıcaklık dirençli yalıtkan bir kabıyla değiştirilir. Bu yeni kasa, üç çift iki yönlü tiristör, tetikleme kontrol devresi ve diğer gerekli elektronik bileşenleri entegre eder.
   3. ​Görünüş ve Uyumluluk: Değiştirilmiş kontaktörün dış boyutları, montaj delikleri ve kablolaştırma yöntemi, standart kontaktörlerle tamamen uyumludur. Kullanıcılar, hiçbir montaj tabanı veya kablolaştırma mantığını değiştirmeden değiştirme ve yükseltme yapabilir, bu da pazar benimsemesini büyük ölçüde kolaylaştırır.

   ​IV. Test Sonuçları ve Önemli Değer​
   Bu çözüme dayalı olarak geliştirilen AC kontaktörü, sıkı mekanik ve elektriksel dayanıklılık testlerinden geçmiştir, güvenliği, güvenilirliğini ve uygulanabilirliğini doğrulayan bir çözüm sunmaktadır.

   ​Verilen Temel Değer:
   • ​Devrim Niteliğinde Performans İyileştirmesi: Tamamen ark oluşturmayan anahtarlama, elektriksel dayanıklılığı on katına kadar artırır, teorik olarak mekanik ömre ulaşır. Ayrıca kontak bakımı azalır ve izin verilen çalışma frekansı artar.
   • ​Genişletilmiş Uygulama Alanları: Ark oluşturmayan özelliği, petrokimya tesisleri, kömür madenleri, havacılık ve uzay gibi sıkıyönetimli patlama ve yangın koruma gereklilikleri olan yüksek riskli ortamlarda güvenli uygulamayı sağlar, kontrol ve dağıtım sistemlerinde oldukça güvenilir bir çekirdek bileşen haline gelir.
   • ​Ekolojik: Ark nedeniyle oluşan ağ kirliliğini ve elektromanyetik interferansı önemli ölçüde azaltır, modern yeşil elektrik ekipmanları gelişim trendiyle uyumludur.