Verbetering van de prestaties van aardlekschakelaars met geavanceerde nanokristallijne kernoplossingen

Te overwegen parameters

Er zijn verschillende parameters waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van de aangewezen differentiaalstroomtransformator, waaronder het stroomtype (AC en/of DC) en het uitschakelpunt, het nominale stroombereik, het bedrijfstemperatuurbereik, enz. De keuze van het kernmateriaal en het kernontwerp zijn van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat uw RCD-ontwerp onder alle bedrijfsomstandigheden correct functioneert. De twee meest voorkomende types RCD’s zijn het AC-type, dat is ontworpen om alleen sinusvormige wisselstroom te detecteren en daarop te reageren, en het A-type, dat zowel sinusvormige wisselstroom als pulserende gelijkstroomcomponenten kan detecteren en daarop reageren. Beide werken zonder externe voeding, in tegenstelling tot RCD’s van het B-type, die stromen tussen gelijkstroom en ongeveer 1 kHz moeten detecteren.

Bepalen van uw vereisten voor AC-type RCD’s

Gewoonlijk wordt een RCD-kern gespecificeerd door een spanningsbereik bij een teststroom van ongeveer 30 mA. Interessanter voor de werking is de vraag: bij welke stroom wordt de uitschakelspanning bereikt?

In een AC-type RCD moet uw triggerpunt overeenkomen met de hoogste doorlaatbaarheid van de kernmaterialen. Dit betekent dat er kernen met een ronde (R-) hysteresislus en een maximale doorlaatbaarheid van 500.000 moeten worden gebruikt, die een uitgesproken piek vormen in de µ vs I-curve rond 10 mA/cm. Dit betekent dat als de kerndiameter ongeveer 1 cm is, het uitschakelpunt 30 mA zou zijn. Bij kleinere stromen daalt de doorlaatbaarheid aanzienlijk met een factor 2 of zelfs meer. Dit µ vs I-gedrag resulteert in een lage spanning voor stromen onder het triggerpunt, met een sterke stijging van de spanning (en dus het vermogen) bij het naderen van het triggerpunt. Het is duidelijk dat de tolerantie van de resulterende uitschakelstroom veel kleiner is dan de spanningstolerantie van de kern – als het kernmateriaal en de geometrie overeenkomen met de uitschakelstroom.

Bepaling van uw vereisten voor A-type aardlekschakelaars

Steeds meer apparaten gebruiken stromen met een gelijkstroomcomponent (halfgolfgelijkgericht, faseafsnijdingsspanningsregeling, gelijkstroompulsen…), waardoor de vereisten en normen voor A-type aardlekschakelaars zijn gewijzigd: ze moeten nu tolerant zijn tegen superposities van gelijkstromen van enkele mA. Dit betekent dat de wisselstroom die het uitgangsvermogen regelt, de kern niet symmetrisch exciteert. De Hysteresislus wordt langs de veldas verschoven. In extreme gevallen is de excitatie unipolair of zelfs gepulseerd, wat tot uiting komt in de typische testprocedure: de aardlekschakelaar moet niet alleen bij een bepaalde sinusvormige stroom uitschakelen, maar ook bij een gelijkgerichte stroom en zelfs bij halve golf gelijkgericht. Terugkomend op de Hysteresislus betekent dit dat zowel voor symmetrische lussen als voor een lus die begint in het remanentiepunt een voldoende spanning en dus doorlaatbaarheid moet worden bereikt. Het verschil tussen deze omstandigheden wordt significant bij hoge remanentie, omdat de helling van de B-H-curve vlak is wanneer deze begint bij remanentie en naar het werkpunt loopt. Bijgevolg is materiaal met een lage remanentie nodig, idealiter ook met een lineaire B-H-lus, ten minste tussen de uitschakelpunten. Dit wordt weerspiegeld door een zogenaamde vlakke (F-) hysteresislus. Er is echter geen uitgesproken maximale doorlaatbaarheidspiek meer, waardoor er geen smalle toleranties voor de spanning nodig zijn, die wordt gegenereerd door doorlaatbaarheid en doorsnede. Een goed compromis voor hoge doorlaatbaarheid met acceptabele toleranties en hoge lineariteit/lage remanentie wordt bereikt bij een doorlaatbaarheid van ongeveer 150.000 – en zelfs meer.

Temperatuur gedrag

Een andere uitdaging is het temperatuurgedrag: aardlekschakelaars moeten onafhankelijk van de omgevingstemperatuur en belasting werken tussen -25 °C en 100 °C, ook al kunnen de kernmaterialen een uitgesproken µ vs T-afhankelijkheid hebben. De materiaaleigenschappen kunnen binnen een zeer beperkt bereik onafhankelijk van het gedrag van de doorlaatbaarheid ten opzichte van de stroom worden geregeld. Het is vermeldenswaard dat een verdwijnende temperatuurafhankelijkheid in geen geval vereist is – een bepaalde helling kan worden gebruikt om de temperatuurafhankelijkheid van de koperen weerstand van de secundaire wikkeling of eventuele condensatoren in het apparaat te compenseren.

Het juiste materiaal voor uw RCD-ontwerp vinden:

Geschikte kernen voor zowel AC- als A-type RCD’s zijn te vinden onder de 80%NiFe- en nanokristallijne materialen, waarbij de Hysteresislus kan worden aangepast door warmtebehandeling in magnetische velden, wat resulteert in goed gedefinieerde R- of F-lussen.

In het afgelopen decennium is NiFe-materiaal bijna volledig vervangen door Fe-gebaseerd nanokristallijn materiaal, als gevolg van een stijging van de nikkelprijzen twee decennia geleden en de hogere verzadigingsinductie en doorlaatbaarheid van nanokristallijn materiaal, waardoor ingenieurs kleinere ontwerpen kunnen maken.

Nanokristallijne kernen onder het merk Acal BFi kOr.

Wij bieden ringkernen van onze kOr 120- en kOr 118-materialen voor deze toepassing. Dit zijn Fe-gebaseerde nanokristallijne materialen die vergelijkbaar zijn met VITROPERM® (VAC) en Nanoperm® (Magnetec):

het materiaal kOr 120 is ontworpen voor toepassingen die µmax 20.000-100.000 bij 10 kHz vereisen, maar heeft een veel hogere doorlaatbaarheid en een goede lineariteit tot 300.000 bij 50 Hz. Samen met een hoge fluxdichtheid bij verzadiging, lage verliezen en lage magnetostrictie is het perfect voor RCD-kernen met een hoge lineariteit.

kOr 118-materialen zijn ontworpen voor toepassingen die µmax 100.000-250.000 vereisen. Dit materiaal is speciaal ontwikkeld voor RCCB- en RCD-toepassingen met een matige lineariteit.

Beschikbare eigenschappen:

BS = 1,2 T µmax = 20.000 – 250.000 @ 50 Hz Bdyn / Bmax ≥ 0,85 (µmax tot 180.000) en ≥ 0,8 (µmax tot 250.000) λS < 1 ppm temperatuurafhankelijkheid van doorlaatbaarheid instelbaar in eigen of op maat gemaakte kunststof behuizingen, bevestigd met schuimringen

Wij kunnen u helpen met hoogwaardige nanokristallijne kernen onder hun merknaam kOr, die speciaal zijn ontworpen voor gebruik in aardlekschakelaars (RCD’s) zoals RCCB’s en GFCI’s. Hun kOr 120- en kOr 118-materialen bieden een hoge doorlaatbaarheid, uitstekende lineariteit en lage verliezen, waardoor ze ideaal zijn voor het detecteren van en reageren op zowel wisselstroom als gelijkstroom.

De expertise van Acal BFi op het gebied van materiaalkeuze en kernontwerp zorgt ervoor dat RCD’s voldoen aan strenge veiligheidsnormen en effectief werken onder verschillende omgevingsomstandigheden. Bovendien helpen onze aanpasbare oplossingen en technische ondersteuning ingenieurs bij het afstemmen van RCD’s op specifieke toepassingsvereisten, waardoor optimale prestaties en betrouwbaarheid worden gegarandeerd.