Načrt in izvedba nove generacije hibridnega kontaktnika z brezoblaznim AC stikom
I. Projektne ozadje in ključni problemi, ki jih je treba rešiti
Kot eno najpogostejših nizko napetostnih električnih naprav igrajo stikala AC ključno vlogo v sistemih za dolgoročno delovanje. Vendar pa njihov tradicionalni dizajn vključuje temeljni pomankljivost: stiki neizbežno ustvarjajo luk, ko prekinejo tok.
Ta notranja pomanjkljivost vodi do serije resnih problemov:
- Zelo omejena električna izdržljivost: Lukovi povzročajo značilno električno opotočenost stikov, kar vodi do električnega življenjskega časa (približno 2-2,5 milijona operacij), ki je daleč krajši od mehanskega življenjskega časa (20-25 milijonov operacij), običajno le desetina tega zadnjega.
- Elektromagnetska onesnaženost: Lukovi onesnažujejo električno omrežje, generirajo frekvenčno interferenco in vplivajo na drugo električno opremo.
- Varnostni tveganja: Pretokovni navor, ki se pojavi pri prekinjanju induktivnih obremenitev, lahko poškoduje povezano opremo in omejuje tudi frekvenco delovanja stikal.
II. Jezgrešča rešitev: načelo prekinitve brez luka
Jezgrenova inovacija te rešitve je v uporabi hibridne strukture, ki združuje glavna stikala + vzporedni tiristor modul, s točnim okuženjem nadzorne vezave, da bi natančno sinhronizirali njihove zaporedne spremembe stanja.
- Jezgren pristop do dizajna:
• Uporaba dvosmernih tiristorjev kot stikalov brez stika za dosego ustvarjanja prvega, prekinitve zadnje preusmerjanja toka, popolnoma izogibanje ustvarjanju luka.
• Uporaba tradicionalnih mehanskih stikov za prenašanje toka med stabilnim vodenjem, premagovanje pomanjkljivosti čistih stikalov brez stika (npr. samo z uporabo tiristorjev), kot so slaba odpornost na pretokovne napore, visok padec napetosti pri vodenju, visoka cena in potreba po velikih hladilnikih.
• Točna sinhronizacija na ravni milisekund med mehanskimi stiki in polprevodniškimi napravami (tiristorji) preko okuženja nadzorne vezave je ključna za uspeh te rešitve. - Ključni postopek (za primer kontaktorja CJ20-40A):
|
Faza delovanja |
Časovna točka |
Akcija |
Jezgren cilj in učinek |
|
Povezava |
|||
|
10ms po energiziranju bobina |
Nadzorna vezava pošlje signal; tri pari dvosmernih tiristorjev takoj prevedejo. |
Ustvarjanje prvega: Pot toka ustvarjena prva, priprava za zaprtje stikov → povezava brez luka. |
|
|
15ms po energiziranju bobina |
Glavna stikala kontaktora se zapre, krača tiristorje. |
Preusmeritev: Mehanski stiki prenašajo glavni tok; tiristorji se samodejno izklope zaradi ničelnega različnega napetosti → energijsko učinkovito. |
|
|
Prekinitev |
|||
|
Po deenergiziranju bobina |
Pritisak stikov se zmanjša; odpornost stikov se poveča; padec napetosti na stikih se poveča na ~0,10V. |
Priprava: Signal padeca napetosti okuži nadzorno vezavo → tiristorji takoj prevedejo. |
|
|
12ms po deenergiziranju bobina |
Glavna stikala se začnejo odpirati. |
Prekinitev brez luka: Tok popolnoma preveden na pot tiristorjev → stiki se prekinejo pri ničelnem toku → popolnoma brez luka. |
|
|
18ms po deenergiziranju bobina |
Nadzorna vezava ustavi signal; tiristorji se samodejno izklope pri ničelnem preseku toka. |
Prekinitve zadnje: Zaključi prekinitvo celotnega obvoda brez luka. |
III. Izvajanje procesa in načrt sprememb
Ta rešitev se drži načela "ciljne spremembe na osnovi zrelih izdelkov," značilno zmanjšuje industrijske ovire in stroške.
Specifične spremembe:
- Elektromagnetski sistem: Manjše prilagoditve in optimizacije, da zagotovi, da bo njegov čas delovanja ustrezal zahtevam za točnost sinhronizacije z vezavo tiristorjev.
- Stiki in sistem za izpostavljanje luka:
o Ker je doseženo prekinitve brez luka, originalni komora za izpostavljanje luka ni več potreben in ga lahko odstranimo.
o Zamenjamo s termično odpornim izoliranim kuželom. Ta nov kuže združuje tri dvosmerna tiristorja, nadzorno vezavo za okuženje in druge bistvene elektronske komponente. - Izgled in združljivost: Zunanje dimenzije, montažne lukenje in metoda priključevanja spremenjenega kontaktora ostanejo popolnoma enaki standardnim kontaktorjem. Uporabniki lahko nadgrajujejo brez spreminjanja kakršnekoli montažne baze ali logike priključevanja, kar veliko olajša tržno sprejetje.
IV. Zaključki testiranja in pomembna vrednost
AC kontaktor, razvit na podlagi te rešitve, je prešel stroge mehanske in električne izdržljivosti teste, s čimer je bila verificirana varnost, zanesljivost in možnost uporabe.
Osnovna vrednost, ki jo nudimo:
• Revolutivno izboljšanje zmogljivosti: Popolna odstranitev luka pri preklopitvi poveča električno izdržljivost desetkrat, teoretično dosega raven mehanskega življenjskega časa. Tudi zmanjša vzdrževanje stikov in poveča dopustno frekvenco delovanja.
• Razširjeni področji uporabe: Zmožnost brezlukskega delovanja omogoča varno uporabo v visoko tvegnih okoljih z strogi zahtevami za eksplozivnost in požarna varnost, kot so naftebena rafinerije, rudniki, vesoljski programi itd., kar ga naredi zelo zanesljivo ključno komponento v kontrolnih in distribucijskih sistemih.
• Eko prijazno: Značilno zmanjša onesnaženost omrežja in elektromagnetno motnjo, ki jo povzroča luk, v skladu s smernicami za moderno zeleno električno opremo.
