Hur strömbrytare fungerar?

Strömbrytare - Behov och definition

Elektricitet som kommer till vårt hus eller någon annan plats från kraftfördelningsnäten bildar en stor krets med ledningarna som ansluter till kraftverket som bildar ena änden, kallad varm tråd och linjerna som ansluter till marken bildar en annan ände. Den elektriska laddningen flyter mellan dessa två linjer och potential utvecklas mellan dem. Anslutningen av laster (apparater) som ger motstånd mot detta laddningsflöde kompletterar hela kretsen och hela det elektriska systemet inuti huset fungerar smidigt så länge apparaterna har tillräckligt motstånd och inte orsakar överström. Kortslutning eller för mycket laddning som strömmar genom kretsen eller plötslig anslutning av hot end-kabeln till jordledaren skulle värma ledningarna och orsaka brand. För att förhindra sådana situationer används kretsskydd som helt enkelt avbryter den återstående kretsen under sådana förhållanden.

Generellt finns det två sätt att lösa detta problem ovan:

Säkring . : Den består av en tunn tråd innesluten i ett hölje. I händelse av överdriven ström brinner säkringstråden helt eller sönder och får kretsen att gå sönder. De är dock inte tillförlitliga och säkringskabeln måste bytas manuellt när den brinner. Således föredras de oftast inte.

Strömställare : Ett annat sätt att kretsskydd är genom att se till att strömflödet stoppas eller att spänningsförsörjningen stoppas till ledningen vid överström. Detta görs genom automatisk manövrering av omkopplaren som utlöses vid avkänning av överström eller något fel, vilket isolerar felledningen från hela kretsen och återigen kan slås på för att återställa driften. Det är mer fördelaktigt eftersom det möjliggör snabb identifiering av felzonen och snabb återställning. Det är också elektriskt säkert jämfört med en säkring.

Elektronisk säkring

Innan vi går in på detaljer om den elektroniska strömbrytaren, låt oss titta på en elektronisk säkring.

Spänningsbetyget för ett relä bör vara lika med den applicerade spänningen och kondensatorn på 100uF bör användas och strömmen som passerar genom kretsen kan justeras med en 100K potentiometer. Om en säkring används bör R2-värdet sänkas. Medan SW1 är gjord på det som leder L2 till kretsen ökar därmed strömmen över motståndet R2 vilket orsakar ett högre spänningsfall över R2.

Återställbar elektronisk säkring - kretsschema:

Genom den förinställda 100K och R1 utlöser denna spänning SCR U1 som driver reläet RL1. Detta kopplar bort tillförseln till lasten och tar samtidigt bort tillförseln till SCR. Överbelastningen bör tas bort och sw2 bör stängas av och kopplas om igen för att återställa. Vilken SCR som helst kan användas för att uppfylla kraven på spänning och grindutlösning.

Behov av elektronisk strömbrytare

En traditionell miniatyrbrytare består av en bimetallremsa för att skydda mot belastningsström och en elektromagnet för att skydda mot kortslutningsström. Vid överbelastning böjer den bimetalliska remsan vilket orsakar fjäderns frigöring med spärrpunktens rörelse och så småningom öppning av MCB-kontakterna. Den elektromagnetiska spolen utvecklar en magnetkraft över den när en stor ström strömmar genom den, vilket gör att låspunkten förskjuts och detta öppnar igen MCB-kontakterna. I händelse av överbelastning och kortslutning går MCB alltså till avläge.

Det finns dock flera nackdelar med denna konventionella miniatyrbrytare:

• De är ganska dyra och mer är kortslutningsströmmen, mer kostar MCB.
• Bimetallremsan tenderar att deformeras lätt på grund av värme eller temperaturökning från omgivningen vilket orsakar en minskning av brytarens nuvarande kapacitet.
• På grund av att mekaniska komponenter används är de mer benägna att slita.
• Utlösningstiden är långsammare.

För att övervinna alla dessa problem är den mest praktiska lösningen att använda en elektronisk strömbrytare eller en strömbrytare som involverar en elektroniskt styrd automatisk omkopplare. Det innefattar ingen elektromagnetisk spole eller någon termisk remsa eller någon mekanisk komponent.

Definiera en elektronisk strömbrytare

En elektronisk strömbrytare består av den automatiskt manövrerade omkopplaren som styrs av återkopplingen från lasten. Det baseras på det faktum att vid tidpunkten för ström som dras för mycket av lasterna eller för mycket strömmar i linjen stängs strömbrytaren automatiskt en tid och strömbrytaren slås sedan på automatiskt efter en viss tid . Omkopplaren kan vara en kraftelektronisk omkopplare som en SCR eller en elektromekanisk omkopplare som ett relä, som styrs av alla strömavkänningselement som ett motstånd. Denna ultrasnabba kretsbrytningsanordning använder ett seriemotstånd för att känna av strömmen och medan den överstiger det inställda värdet ökar också motsvarande spänningsfall (över seriemotståndet). Denna spänning avkänns, likriktas till DC och jämförs sedan med en förinställd spänning av en komparator för att generera en utgång som driver ett relä genom en MOSFET för att utlösa belastningen direkt. Utlösningsmekanismen är väldigt snabb eftersom den är baserad på nuvarande avkänningsprinciper snarare än värmebaserade utlösningsmekanismer som MCB. En mikrokontroller kan användas för att få en skärm på LCD-skärmen om strömbrytarens status.

Genom att använda denna anordning kan sålunda ultrasnabb kretsbrytning uppnås för att spara dyr utrustning från eventuella skador. Med hjälp av detta unika koncept kan en prototyp utvecklas som projektarbete för elteknikstudenter.

En elektronisk brytare fungerar enligt principen för den nuvarande avkänningsmekanismen. Det ger både överbelastnings- och kortslutningsskydd, eftersom strömmen genom ledningen under alla omständigheter övervakas och omkopplaren utlöses vid överström.

Arbetsexempel på en enkel elektronisk strömbrytare

Ett strömavkänningselement eller ett motstånd kan användas för att avkänna mängden ström som flyter genom lasten. Spänningsfallet från motståndet ges till komparatorns icke-inverterande ingång och en fast spänning ges till komparatorns inverterande terminal. Vid normal drift (ström som flyter med ett tillräckligt antal belastningar) är spänningsfallet över motståndet mindre än den fasta spänningen och komparatoringången är tillräckligt låg för att orsaka MOSFET i avstängt tillstånd. Reläets gemensamma kontakt är ansluten till den normalt stängda kontakten och kretsen slutförs med lasten som får strömförsörjning från elnätet.

Men när någon extra belastning ansluts ökar strömmen genom strömavkänningselementet, vilket i sin tur ökar spänningsfallet över motståndet. Vid någon tidpunkt är detta spänningsfall mer än den fasta spänningen, dvs. ingången vid den icke-inverterande terminalen är mer än ingången vid den inverterande terminalen hos komparatorn. Detta orsakar en hög logisk utgång vid komparatorn, med en spänning som är tillräcklig för att utlösa MOSFET under tillstånd. När MOSFET leder får reläspolen energi och den gemensamma kontakten är nu ansluten till normalt öppen kontakt. Detta orsakar ett hinder för strömflödet eftersom kretsen nu är trasig och belastningarna byts på grund av brist på strömförsörjning.

Fördelar med elektronisk strömbrytare

• Elektroniska brytare kan utformas för att utlösas vid små överbelastningar och de reagerar inte på startströmmar.
• De har snabbare svarstid eftersom svarsegenskaperna bara beror på den tid det tar för strömmen som passerar genom den ledande halvledarkopplingen att vara noll.
• De lider inte av de konventionella systemens slitage eftersom komponenterna som används är elektroniska.
• De är billigare eftersom komponenterna som används är lättare och billigare och lätta att underhålla.

Praktiska elektroniska brytare

Elektronisk skyddsomkopplare från Phoneix

Den fungerar med 24 V DC och levereras med ett koncept för övervakning och fjärrsignalering. Den består av en fjärrstyrd återställning. Den används för att skydda reläer, programmerbara styrenheter, motorer, sensorer, ställdon, ventiler etc.

HFDE308032

Den levereras med 15-80 A justerbar strömfunktioner och består av justerbar lång tidsinställning, kort tidsinställning och omedelbar inställning med statussignal och larm integrerat i den.

Fotokredit:

• Elektrisk säkring av Pragati-försäljning
• NC100H strömbrytare av CIRTG