نظریه قطع قوس

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، مواد عایقی که در کلید قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرند باید دو عملکرد متنوع داشته باشند. این کارکرد‌ها در لیست زیر مشخص شده است:

۱- زمانی که کلید قدرت باز است باید مابین زبانه‌ها عایق کافی را ایجاد کنند

۲- باید قوس ایجاد شده را در زمان باز شدن کلید از بین ببرند.

نکته دوم نیاز به توضیح بیشتر دارد. برای توضیح این موضوع شرایطی را در نظر بگیرد که اتصال کوتاه و یا خطا در سیستم رخ دهد. رله برای جلوگیری از ادامه کار در محیط خطا یک سیگنال به کلید قدرت ارسال می‌کند. زمانی که زبانه‌های کلید قدرت باز شود قوس ایجاد می‌شود. این قوس توسط تکنیک و عایق مناسب ایجاد شود.

روش‌های قطع قوس:

به دو روش این کار قابل انجام است:

۱- روش مقاومت بالا

۲- روش مقاومت پایین و یا روش قطع جریان صفر

در روش قطع بالا، مقاومت در چندین پله افزایش پیدا می‌کند تا جریان به مقدار صفر رسیده و از ایجاد قوس جلوگیری به عمل بیاید. باید اطمینان حاصل شود که سرعت افزایش مقاومت یا کاهش آن غیر طبیعی نباشد، زیرا این امر می‌تواند منجر به تولید ولتاژ‌های ناشی مضر در سیستم شود. مقاومت قوس را می‌توان با روش‌های مختلفی مانند افزایش یا خنک کردن قوس و ... افزایش داد.

محدودیت روش مقاومت بالا

دشارژ قوس دارای مقاومتی طبیعی است، زیرا بیشتر انرژی از طریق کلید قدرت دریافت می‌شود، بنابراین باید در ساخت پارامتر‌های کلید قدرت مانند مقاومت مکانیکی و ... دقت لازم را داشته باشید؛ بنابراین این روش در کلید قدرت‌های DC و یا AC در ولتاژ‌های پایین و یا متوسط وصل می‌شود.

روش دوم تنها برای حالت AC قابل پیاده سازی است. این روش در بخش صفر امواج AC عمل می‌کند.

دو تئوری برای توصیف این پدیده وجود دارد:

۱- تئوری بالانس انرژی

۲- تئوری طبقه ولتاژ

قبل از ریز شدن در دو مورد بالا نیاز است با اصطلاحات فوق آشنا شویم

ولتاژ محصور:

این ولتاژی است که در زمان باز شدن زبانه‌ها و زمان ایجاد قوس شکل می‌گیرد.

ولتاژ برگشتی:

ولتاژی که پس از پایان یافتن تمام نوسانات گذرا و از بین رفتن قوس در مدار باقی می‌ماند.

ولتاژ برگشتی اکتیو:

ولتاژ برگشتی در زمان پروسه اختفای قوس

ولتاژ قوس:

این ممکن است به عنوان ولتاژ‌هایی که در دو سر زبانه در طول قوس ظاهر می‌شود، تعریف شود. این نقطه‌ای فرض می‌شود که ولتاژ به میزان حداکثری و جریان به مقدار صفر می‌رسد.

۱- تئوری متعادل سازی انرژی:

زمانی که زبانه‌های کلید قدرت در حال باز شدن است، ولتاژ محصور برابر با صفر است و در زمانی که زبانه‌ها باز است میزان مقاومت برابر با صفر است. از این موضوع می‌توان نتیجه گرفت که حداکثر گرمای تولید شده در بین این دو مورد قرار دارد و میزانی تخمینی است، حال این تئوری بر این اساس استوار است که سرعت تولید گرما بین زبانه‌های قطع کننده مدار پایین‌تر از میزانی است که دما در این مکان در حال حذف شدن است؛ بنابراین اگر بتوان نرخ خنک شدن سیستم را افزایش داد این موضوع قابل کنترل می‌شود.

۲-تئوری طبقه ولتاژ

قوس به دلیل یونیزه شدن فاصله بین زبانه‌ها ایجاد می‌شود؛ بنابراین مقاومت در مرحله اولیه بسیار کوچک است یعنی وقتی که کنتاکت بسته است و با جدا شدن تماس، مقاومت در حال افزایش است. اگر یون‌ها را در مرحله اولیه توسط بازترکیب آن‌ها با مولکول‌های خنثی یا قرار دادن عایق با سرعت سریعتر از سرعت یونیزاسیون حذف کنیم، قوس قطع می‌شود. یونیزاسیون در جریان صفر بستگی به ولتاژ‌هایی دارد که به عنوان ولتاژ محدود کننده شناخته می‌شود.

برای یک سیستم ایده آل داریم:

از این رو v ولتاژ محصور

V ولتاژ در لحظه قطع

L و C سلف سری و خازن موازی در سیستم است؛ بنابراین از طریق معادله فوق با کم شدن مقدار خازن و سلف، ولتاژ محصور شده افزایش می‌یابد.

تغییر v در مقابل زمان در زیر ترسیم شده است:



اینک یک سیستم فرضی را در نظر بگیرید. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، در این حالت به دلیل وجود مقاومت محدود، ولتاژ محصور از بین می‌رود. در اینجا فرض بر این است که جریان ۹۰ درجه عقب‌تر از ولتاژ است، اما در شرایط عملی ممکن است بسته به زمان چرخه‌ای که در آن خطا رخ می‌دهد این درجه متنوع باشد.

نمودار روش قطع اتصال قوس

حالا تاثیر قوس ولتاژی را در نظر بگیرید، اگر ولتاژ قوس در سیستم گنجانده شود، ولتاژ محدود کننده افزایش می‌یابد. اگرچه ولتاژ محدود کننده با تأثیر دیگری از ولتاژ قوس که مخالف جریان جاری است و باعث تغییر در فاز جریان می‌شود از بین می‌رود، بنابراین با ولتاژ‌های اعمال شده آن را به فاز بیشتری می‌رساند. از این رو جریان هنگامی که ولتاژ از مقدار صفر عبور می‌کند، در حد اوج خود نیست.


نرخ افزایش ولتاژ محدود کننده

این پارامتر به عنوان نسبت مقدار اوج ولتاژ بازدارنده به زمان مصرف شده برای رسیدن به مقدار اوج تعریف شده است. این موضوع یکی از مهمترین پارامتر‌ها است که گویی سرعت که در آن قدرت دی الکتریک بین زبانه‌ها ایجاد شده بیشتر از RRRV است، و سپس قوس خاموش می‌شود.

 

منبع: ماه صنعت