آیا عملگرهای PM قابل اعتماد هستند؟ مقایسه انواع و مزایا

عملکرد مکانیزم‌های عملیاتی قطعکننده‌ها برای تأمین برق قابل اعتماد و ایمن تعیین‌کننده است. در حالی که هر یک از مکانیزم‌های مختلف دارای مزایای خود هستند، ظهور نوع جدیدی آن‌ها را به طور کامل جایگزین نمی‌کند. به عنوان مثال، با وجود افزایش عایق‌بندی گازی محیط‌پسند، واحد‌های حلقه‌ای با عایق‌بندی جامد همچنان حدود ۸٪ از بازار را در اختیار دارند، که نشان می‌دهد فناوری‌های جدید به ندرت راه‌حل‌های موجود را به طور کامل جایگزین می‌کنند.

مکانیزم محرک مغناطیس دائم (PMA) شامل مغناطیس‌های دائمی، پیچک بستن و پیچک باز کردن است. این مکانیزم پیوندهای مکانیکی، مکانیزم‌های سقوط و قفل‌کردن موجود در مکانیزم‌های بهره‌برداری از فنر را حذف می‌کند و ساختار ساده‌ای با اجزای بسیار کمی ایجاد می‌کند. فقط یک مؤلفه حرکتی اصلی در زمان تغییر وضعیت عمل می‌کند که موجب قابلیت اطمینان بالا می‌شود. از مغناطیس‌های دائمی برای حفظ وضعیت قطعکننده استفاده می‌شود که به دسته‌ای از محرک‌های الکترومغناطیسی با قفل‌کردن مغناطیسی دائمی و کنترل الکترونیکی تعلق می‌گیرد. با این حال، به دلیل انرژی الکترومغناطیسی بالای مورد نیاز برای بستن و باز کردن، معمولاً به یک خازنه ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت بالا نیاز است.

مکانیزم‌های PMA به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند، از جمله تک‌پایدار و دو‌پایدار، و پیکربندی‌های یک‌پیچک یا دو‌پیچک، بدون برتری واضح بین آن‌ها.

مکانیزم مغناطیس دائمی دو‌پایدار از مغناطیس‌های دائمی در هر دو وضعیت بستن و باز کردن برای قفل‌کردن استفاده می‌کند. عملیات بستن و باز کردن با تغذیه پیچک‌های تحریک جداگانه برای هدایت هسته آهن متحرک انجام می‌شود. تحت شرایط مشابه، نوع دو‌پایدار دارای جریان قله‌ای بستن کمتری است. جریان‌های کوچک‌تر مدارهای کنترل را ساده‌تر می‌کنند، قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهند و خطر آسیب به کنترل‌کننده را کاهش می‌دهند. علاوه بر این، ظرفیت کوچک‌تر خازنه لازم است—معمولاً یک خازنه الکترولیتی ۱۰۰V/۱۰۰,۰۰۰μF می‌تواند عملیات بستن مجدد را پشتیبانی کند. با این حال، سرعت اولیه باز کردن یک قطعکننده خلاء با مکانیزم PMA دو‌پایدار کمتر از سرعت متوسط آن در طول سفر تماس کامل است.

مکانیزم مغناطیس دائمی تک‌پایدار از یک مغناطیس دائمی برای قفل‌کردن وضعیت بسته استفاده می‌کند، در حالی که یک فنر وضعیت باز را حفظ می‌کند. بستن با تغذیه پیچک بستن برای هدایت هسته متحرک انجام می‌شود و در همان زمان انرژی در فنر باز کردن ذخیره می‌شود. باز کردن با آزادسازی انرژی ذخیره شده در فنر انجام می‌شود.

از آنجا که PMA تک‌پایدار برای باز کردن از یک فنر استفاده می‌کند، سرعت اولیه و متوسط باز کردن آن نسبت به نوع دو‌پایدار برتر است و به خصوصیات مقاومت باز کردن قطعکننده بیشتر منطبق است. با این حال، چون باید انرژی در فنر باز کردن در حین بستن ذخیره شود، جریان قله‌ای بستن به طور قابل توجهی بیشتر از مکانیزم دو‌پایدار تحت شرایط مشابه است.

قطعکننده خلاء با مکانیزم مغناطیس دائمی AMVAC دارای ولتاژ اسمی حداکثر ۲۷kV است. مدل ۱۵kV تا ۳۰۰۰A جریان اسمی، ۵۰kA جریان قطع کوتاه مدت و ۱۳۰kA جریان بستن کوتاه مدت را پشتیبانی می‌کند.

چرا گسترده پذیرفته نشده است؟

۱. ارزش‌آوری (ارزش در مقابل هزینه)

قطعکننده‌های PMA دارای قطعات متحرک کمتر، ساختار ساده‌تر و ویژگی‌های نیروی الکترومغناطیسی خوبی هستند که با قطعکننده‌های خلاء هماهنگ هستند. آن‌ها دارای تحمل مکانیکی بیش از ۱۰۰,۰۰۰ عملیات هستند—به طور قابل توجهی بیشتر از ۳۰,۰۰۰ عملیات معمول در مکانیزم‌های فنری. این آن‌ها را برای تغییرات مکرر و کاربردهای با تعداد عملیات بالا مناسب می‌کند. کنترل الکترونیکی آن‌ها نیز خودکارسازی را تسهیل می‌کند. با این حال، قطعکننده‌های PMA با کیفیت بالا به طور قابل توجهی گران‌تر هستند. در نتیجه، آن‌ها عموماً در کاربردهای پرمصرف خارجی مانند پالایشگاه‌های نفت و گاز و پلتفرم‌های دریایی استفاده می‌شوند، جایی که عملکرد بدون نگهداری، قابلیت اطمینان بالا و پیوستگی بهتر تامین برق مهم است.

۲. نگرانی‌های کیفیت

قطعکننده‌های PMA نیاز به اجزای با کیفیت بسیار بالا دارند، از جمله خازنه‌ها، مغناطیس‌های دائمی، الکترومغناطیس‌ها و مدارهای الکترونیکی. مقایسه قطعکننده‌های PMA پایین‌کیفیت با مکانیزم‌های فنری استاندارد ناعادلانه و میل‌آور است. استفاده از خازنه‌های یا اجزای دیگر با کیفیت پایین کیفیت کل محصول را کاهش می‌دهد. در حالی که مکانیزم‌های فنری اجازه جایگزینی و تعمیر اجزای فردی را می‌دهند، مکانیزم‌های PMA دشوار و پرهزینه‌ترین برای تعمیر هستند. این هزینه جایگزینی بالا مانع گسترده شدن قطعکننده‌های PMA می‌شود.