Sind PM-Aktuatoren zuverlässig? Vergleichen Sie Arten und Vorteile

Die Leistung von Schaltgeräten für Schaltkreise ist entscheidend für eine zuverlässige und sichere Stromversorgung. Obwohl verschiedene Mechanismen jeweils ihre Vorteile haben, ersetzt die Einführung eines neuen Typs nicht vollständig traditionelle Mechanismen. So halten beispielsweise trotz des Aufkommens umweltfreundlicher Gasisolierungen feste Isolierungen in Ringmainanlagen etwa 8% des Marktes, was zeigt, dass neue Technologien selten bestehende Lösungen vollständig verdrängen.

Der Permanentmagnetaktuator (PMA) besteht aus Permanentmagneten, einem Einrast- und einem Auslöse-Spule. Er eliminiert mechanische Verbindungen, Auslöse- und Einrastmechanismen, wie sie bei Federbetriebenen Mechanismen vorkommen, und führt so zu einer einfachen Struktur mit sehr wenigen Teilen. Nur ein primärer beweglicher Komponente arbeitet während des Schaltvorgangs, was eine hohe Zuverlässigkeit bietet. Er verwendet Permanentmagnete, um die Position des Schalters zu halten, gehört also zur Kategorie der elektromagnetischen Antriebe mit permanenter magnetischer Einrastung und elektronischer Steuerung. Allerdings bedingt durch die hohe elektromagnetische Energie, die für das Ein- und Ausschalten erforderlich ist, wird in der Regel ein Energiespeicherkondensator mit großer Kapazität benötigt.

PMA-Mechanismen werden in verschiedene Arten unterteilt, hauptsächlich einstabil und bistabil, sowie Ein- oder Doppelspulenkonfigurationen, wobei keine klare Überlegenheit zwischen ihnen besteht.

Ein bistabiler Permanentmagnetmechanismus verwendet Permanentmagnete sowohl für die Ein- als auch für die Ausstellung zum Einrasten. Die Ein- und Ausschaltvorgänge werden erreicht, indem separate Anregungsspulen energisiert werden, um den beweglichen Eisenkern anzutreiben. Unter gleichen Bedingungen hat der bistabile Typ einen geringeren Spitzenstrom beim Einschalten. Geringere Ströme vereinfachen die Steuerschaltkreise, erhöhen die Zuverlässigkeit und reduzieren das Risiko von Schäden am Steuergerät. Darüber hinaus wird eine kleinere Kondensatorkapazität benötigt—ein 100V/100.000μF-Elektrolytkondensator kann in der Regel Wiedereinschaltvorgänge unterstützen. Allerdings ist die anfängliche Öffnungsgeschwindigkeit eines bistabilen PMA-Vakuumschalters niedriger als seine Durchschnittsgeschwindigkeit über den gesamten Kontaktweg.

Ein einstabiler Permanentmagnetmechanismus verwendet einen Permanentmagneten für das Einrasten in der geschlossenen Position, während eine Feder die offene Position hält. Das Einschalten wird erreicht, indem die Einschaltspule energisiert wird, um den beweglichen Kern anzutreiben, und gleichzeitig Energie in der Öffnungsfeder gespeichert wird. Das Ausschalten erfolgt durch Freisetzen der in der Feder gespeicherten Energie.

Da der einstabile PMA auf eine Feder für das Ausschalten angewiesen ist, sind seine anfängliche und durchschnittliche Öffnungsgeschwindigkeit besser als die des bistabilen Typs, was besser zu den Gegenspanncharakteristiken des Schalters passt. Allerdings muss bei der Einschaltung Energie in der Öffnungsfeder gespeichert werden, wodurch der Spitzenstrom beim Einschalten unter vergleichbaren Bedingungen erheblich höher ist als bei einem bistabilen Mechanismus.

Der AMVAC-Permanentmagnetaktuator-Vakuumschalter hat eine maximale Nennspannung von 27kV. Das 15kV-Modell unterstützt einen Nennstrom bis zu 3000A, einen Kurzschlussbrechstrom von 50kA und einen Kurzschlusseinrichtungsstrom von 130kA.

Warum wurde er nicht weit verbreitet?

1. Kosten-Nutzen-Verhältnis

PMA-Schaltkreise haben weniger bewegliche Teile, eine einfachere Struktur und elektromagnetische Kraftcharakteristika, die gut zu Vakuumschaltern passen. Sie bieten eine mechanische Haltbarkeit, die 100.000 Betriebszyklen übersteigt—signifikant höher als die 30.000 Zyklus typischer Federmechanismen. Dies macht sie ideal für häufiges Schalten und Anwendungen mit vielen Betriebszyklen. Ihre elektronische Steuerung erleichtert auch die Automatisierung. Allerdings sind hochwertige PMA-Schalter erheblich teurer. Daher werden sie hauptsächlich in Premiumanwendungen im Ausland, wie in petrochemischen Anlagen und Offshore-Plattformen, eingesetzt, wo wartungsfreie Operation, hohe Zuverlässigkeit und verbesserte Energiekontinuität entscheidend sind.

2. Qualitätsbedenken

PMA-Schalter erfordern extrem hochwertige Komponenten, einschließlich Kondensatoren, Permanentmagnete, Elektromagnete und elektronische Schaltkreise. Der Vergleich von preiswerten PMA-Schaltern mit Standardfedermechanismen ist unfair und irreführend. Die Verwendung minderwertiger Kondensatoren oder anderer Komponenten beeinträchtigt die Gesamtproduktqualität. Im Gegensatz zu federbetriebenen Mechanismen, bei denen einzelne Komponenten ersetzt und repariert werden können, sind PMA-Mechanismen schwierig und kostspielig zu reparieren. Diese hohen Ersatzkosten behindern weiterhin die weite Verbreitung von PMA-Schaltkreisen.