Проектування та реалізація нового покоління гібридного бездугового AC-контактора
I. Проектний тло і ключові питання для вирішення
Як один з найбільш поширених низьковольтних електротехнічних пристроїв, сприймачі перетвореного струму (AC) відіграють ключову роль у довгострокових системах роботи. Однак їхня традиційна конструкція має фундаментальний недолік: контакти нещодохідно генерують дугу при роз'єднанні контуру.
Цей внутрішній дефект призводить до ряду серйозних проблем:
- Суттєво обмежена електрична витривалість: Дуги призводять до значного електричного зношення контактів, що призводить до електричного терміну служби (приблизно 2-2,5 мільйони операцій), який набагато коротший за механічний термін служби (20-25 мільйонів операцій), зазвичай лише одна десята від останнього.
- Електромагнітне забруднення: Дуги забруднюють мережу живлення, генерують радіочастотну інтерференцію і впливають на інші електричні пристрої.
- Ризики безпеки: Перевищення напруги, що виникає при роз'єднанні індуктивних навантажень, може пошкодити підключене обладнання і також обмежує частоту роботи сприймача.
II. Основне рішення: Принцип бездугового роз'єднання
Основна інновація цього рішення полягає у використанні гібридної конструкції, що поєднує основні контакти + паралельний модуль тиристора, з точними схемами запуску для точного синхронізації їхніх послідовностей переключення.
- Основний підхід до проектування:
• Використання двобічних тиристорів як безконтактних виплесків для досягнення першим закриття, останнім відкриття струму, повністю уникнення генерації дуги.
• Використання традиційних механічних контактів для проводження струму під час стаціонарного проводження, подолання недоліків чисто безконтактних виплесків (наприклад, використання тиристорів самостійно), таких як слабка стійкість до ударних струмів, високий напад падіння напруги, висока вартість і потреба у великих теплообмінниках.
• Мілісекундна точна синхронізація між механічними контактами та напівпровідниковими пристроями (тиристорами) через схеми запуску є ключовим фактором успіху цього рішення. - Основний процес роботи (на прикладі сприймача CJ20-40A):
|
Фаза роботи |
Часова точка |
Процес дії |
Основна мета та ефект |
|
З'єднання |
|||
|
10 мс після підтвердження катушки |
Схема запуску надсилає сигнал; три пари двобічних тиристорів моментально проводять. |
Першим закриття: Створюється шлях струму, підготовка до закриття контакту → бездугове з'єднання. |
|
|
15 мс після підтвердження катушки |
Основні контакти сприймача закриваються, короткуючи тиристори. |
Переключення: Механічні контакти проводять основний струм; тиристори автоматично вимикаються через нульову різницю напруг → енергоефективність. |
|
|
Роз'єднання |
|||
|
Після зняття напруги з катушки |
Тиск контакту зменшується; опір контакту зростає; падіння напруги на контактах зростає до ~0,10В. |
Підготовка: Сигнал падіння напруги активує керуючу схему → тиристори моментально проводять. |
|
|
12 мс після зняття напруги з катушки |
Основні контакти починають відкриватися. |
Бездугове роз'єднання: Струм повністю передається на шлях тиристора → контакти роз'єднуються при нульовому струмі → повністю бездугово. |
|
|
18 мс після зняття напруги з катушки |
Схема запуску зупиняє сигнал; тиристори натурально вимикаються при переході струму через нуль. |
Останнім відкриття: Завершує бездугове роз'єднання всього контуру. |
III. Реалізація процесу та план модифікації
Це рішення дотримується принципу "цілямій модифікації на основі зрілих продуктів," значно знижуючи бар'єри і вартість індустриалізації.
Специфічні модифікації:
- Електромагнітна система: Незначні налагодження та оптимізації для забезпечення того, щоб її час активації відповідав точним вимогам для синхронізації з тиристорною схемою.
- Контакти та система гашення дуги:
o Оскільки досягнуто бездугового роз'єднання, оригінальна камера гашення дуги стає непотрібною і може бути вилучена.
o Замінена високотемпературною ізоляційною оболонкою. Ця нова оболонка інтегрує три двобічних тиристори, схему запуску та інші необхідні електронні компоненти. - Зовнішній вигляд та сумісність: Зовнішні розміри, отвори для монтажу та метод підключення модифікованого сприймача залишаються повністю збіглими зі стандартними сприймачами. Користувачі можуть замінювати та оновлювати без зміни будь-яких баз монтажу або логіки підключення, що значно сприяє прийняттю на ринку.
IV. Висновки з тестів та значуща цінність
Сприймач перетвореного струму, розроблений на основі цього рішення, пройшов строгі механічні та електричні випробування на витривалість, підтверджуючи його безпеку, надійність та можливість реалізації.
Основна цінність, надана:
• Революційне покращення продуктивності: Повне уникнення дуг при переключенні збільшує електричну витривалість у декілька десятків разів, теоретично досягаючи рівня механічного терміну служби. Також зменшується обслуговування контактів та збільшується допустима частота роботи.
• Розширення областей застосування: Бездугова характеристика дозволяє безпечне застосування у високоризикованих середовищах зі строгими вимогами до взрывобезопасности та пожежної безпеки, таких як нафтопереробні заводи, вугільні шахти, авіація тощо, роблячи його надійним ключовим компонентом в системах керування та розподілу електроенергії.
• Екологічність: Значно зменшує забруднення мережі та електромагнітну інтерференцію, викликану дугами, відповідаючи трендам розвитку сучасних екологічних електроприладів.
