Ontwerp en implementatie van een nieuwe generatie hybride boogvrije wisselstroomcontactor
I. Projectachtergrond en belangrijke kwesties om aan te pakken
Als een van de meest gebruikte lage-spannings elektrische apparaten spelen AC-contactors een cruciale rol in langdurige operatiesystemen. Echter, hun traditionele ontwerp heeft een fundamenteel gebrek: de contacten produceren onvermijdelijk een boog wanneer het circuit wordt verbroken.
Dit inherente gebrek leidt tot een reeks ernstige problemen:
- Zwaar beperkte elektrische levensduur: Bogen veroorzaken aanzienlijke elektrische slijtage op de contacten, wat resulteert in een elektrische levensduur (ongeveer 2-2,5 miljoen bedieningen) die veel korter is dan de mechanische levensduur (20-25 miljoen bedieningen), meestal slechts een tiende van de laatste.
- Elektromagnetische vervuiling: Bogen vervuilen het elektriciteitsnet, genereren radiofrequente storingen en beïnvloeden andere elektrische apparatuur.
- Veiligheidsrisico's: De overspanningsschok die wordt gegenereerd bij het verbreken van inductieve belastingen kan aangesloten apparatuur beschadigen en beperkt ook de bedieningsfrequentie van de contactor.
II. Kernoplossing: Principe van boogvrije onderbreking
De kerninnovatie van deze oplossing ligt in het gebruik van een hybride structuur die bestaat uit hoofdcontacten + een parallel thyristormodule, met een precies getriggert controlecircuit om de schakelvolgorde nauwkeurig te synchroniseren.
- Kernontwerpaanpak:
• Gebruik bidirectionele thyristoren als contactloze schakelaars om eerst sluiten, laatst openen stroomschakeling te bereiken, waardoor het ontstaan van bogen volledig wordt voorkomen.
• Gebruik traditionele mechanische contacten om de stroom tijdens stabiele geleiding te dragen, waarbij de nadelen van pure contactloze schakelaars (bijvoorbeeld het alleen gebruiken van thyristoren), zoals een slechte weerstand tegen stroomsprongen, hoge geleidingspanningsval, hoge kosten en de noodzaak voor grote koellichamen, worden overwonnen.
• Milliseconden-nauwkeurige synchronisatie tussen de mechanische contacten en halfgeleiderapparatuur (thyristoren) via het triggercontrolecircuit is essentieel voor het succes van deze oplossing. - Belangrijk werkproces (met de CJ20-40A contactor als voorbeeld):
|
Bedieningsfase |
Tijdnode |
Actieproces |
Kernobjectief en effect |
|
Aansluiting |
|||
|
10ms na spoelenergie |
Triggercircuit stuurt signaal; drie paren bidirectionele thyristoren geleiden onmiddellijk. |
Eerst sluiten: Stroompad eerst ingesteld, voorbereidend voor contactsluiting → boogvrije aansluiting. |
|
|
15ms na spoelenergie |
Contactor hoofdcontacten sluiten, thyristoren korte sluiting. |
Overschakeling: Mechanische contacten dragen hoofdcircuitstroom; thyristoren schakelen automatisch uit door nulspanningsverschil → energiezuinig. |
|
|
Ontkoppeling |
|||
|
Na spoelenergie uitschakelen |
Contactdruk daalt; contactweerstand neemt toe; spanningsval over contacten stijgt naar ~0,10V. |
Voorbereiding: Spanningsvals signaal activeert controlecircuit → thyristoren geleiden onmiddellijk. |
|
|
12ms na spoelenergie uitschakelen |
Hoofdcontacten beginnen te openen. |
Boogvrije onderbreking: Stroom volledig overgebracht naar thyristorpad → contacten breken bij nulstroom → volledig boogvrij. |
|
|
18ms na spoelenergie uitschakelen |
Triggercircuit stopt signaal; thyristoren schakelen natuurlijk uit bij stroomnulpassing. |
Laatst openen: Voltooit boogvrije onderbreking van het gehele circuit. |
III. Implementatie en modificatieplan
Deze oplossing houdt zich aan het principe van "gericht aanpassen op basis van gerijpte producten," wat de industriële barrières en kosten aanzienlijk verlaagt.
Specifieke aanpassingen:
- Elektromagnetisch systeem: Lichte aanpassingen en optimalisaties om ervoor te zorgen dat de actuatietijd voldoet aan de precisie-eisen voor synchronisatie met het thyristorcircuit.
- Contacten en booguitdovingsysteem:
o Aangezien boogvrije onderbreking is bereikt, is de oorspronkelijke booguitdovingskamer overbodig en kan deze worden verwijderd.
o Vervangen door een hittebestendige geïsoleerde behuizing. Deze nieuwe behuizing integreert drie bidirectionele thyristoren, het triggercontrolecircuit en andere essentiële elektronische componenten. - Uiterlijk en compatibiliteit: De externe afmetingen, montagegaten en bedrading van de gemodificeerde contactor blijven volledig consistent met standaardcontactors. Gebruikers kunnen deze vervangen en upgraden zonder enige montagebasis of bedradingslogica te wijzigen, wat de marktintroductie aanzienlijk vergemakkelijkt.
IV. Testconclusies en significante waarde
De AC-contactor die is ontwikkeld op basis van deze oplossing is geslaagd voor strenge mechanische en elektrische levensduurbeproevingen, waarmee de veiligheid, betrouwbaarheid en haalbaarheid zijn geverifieerd.
Kernwaarde die wordt geleverd:
• Revolutionaire prestatieverbetering: Volledige eliminatie van schakelbogen verhoogt de elektrische levensduur tientallen malen, theoretisch tot het niveau van de mechanische levensduur. Ook vermindert dit de contactonderhoud en verhoogt de toegestane bedieningsfrequentie.
• Uitgebreide toepassingsgebieden: De boogvrije eigenschappen maken veilige toepassing mogelijk in hoog-risicoomgevingen met strikte explosie- en brandveiligheidsvereisten, zoals petrochemische installaties, mijnen, ruimtevaart, etc., waardoor het een zeer betrouwbare kerncomponent in besturingssystemen en elektriciteitsverdelingssystemen wordt.
• Milieuvriendelijk: Vermindert aanzienlijk de booginduceerde netwerkvervuiling en elektromagnetische storing, in overeenstemming met de ontwikkelingstrend van moderne groene elektrische apparaten.
