Ermittlung von funktionalen digitalen Zwillingen thermischer Schutzschalter

Abstract:
Die Einbindung funktionaler digitaler Modelle von Überstromschutzschaltern in Schaltungssimulationen erlaubt eine spezifische Analyse der Auslösebedingungen und somit eine bezüglich der Anwendung optimierte Auswahl des Schutzschaltertyps und seiner entsprechenden Bemessungsstromstärke. Das Modell für einen thermischen Überstromschutzschalter basiert auf einer thermischen Ersatzschaltung mit einer Wärmestromquelle. Der Verlauf der Wärmestromquelle wird durch das Signal des elektrischen Stroms als auch durch den Temperaturverlauf des Bimetalls vorgegeben. Aufgrund dieser Temperaturrückkopplung ergibt sich im Allgemeinen ein nichtlineares Komponentenmodell des Schutzschalters. Falls jedoch das Stromsignal in hinreichender Genauigkeit durch Sprünge zwischen abschnittsweise konstanten Pegeln beschrieben werden kann, ist es möglich, ein lineares Modell zu nutzen. Damit wird eine teilanalytische Vorgehensweise bei der Bestimmung der resistiven und der kapazitiven thermischen Ersatzelemente sowie der typischen Auslösetemperatur ermöglicht. Zur Abschätzung der Werte der Ersatzelemente und der Auslösetemperatur auf der Basis von Messdatensätzen aus der Amplitude des aufgeprägten Stromsprungs, der Umgebungstemperatur und der gemessenen resultierenden Auslösezeit bieten sich Partikelschwarmoptimierungsverfahren an.