Sono affidabili gli attuatori PM? Confronta tipi e benefici

La prestazione dei meccanismi di manovra degli interruttori è decisiva per un approvvigionamento elettrico affidabile e sicuro. Sebbene vari meccanismi abbiano ciascuno i propri vantaggi, l'insorgere di un nuovo tipo non sostituisce completamente quelli tradizionali. Ad esempio, nonostante l'aumento dell'isolamento a gas ecologico, le unità principali ad isolamento solido detengono ancora circa l'8% del mercato, dimostrando che le nuove tecnologie raramente sostituiscono completamente le soluzioni esistenti.

L'attuatore a magnete permanente (PMA) è composto da magneti permanenti, una bobina di chiusura e una bobina di apertura. Elimina i collegamenti meccanici, i meccanismi di sgancio e aggancio presenti nei meccanismi a molla, risultando in una struttura semplice con pochissimi componenti. Solo un componente mobile primario opera durante il commutazione, fornendo alta affidabilità. Utilizza magneti permanenti per mantenere la posizione dell'interruttore, appartenendo alla categoria dell'attuazione elettromagnetica con aggancio magnetico permanente e controllo elettronico. Tuttavia, a causa dell'alta energia elettromagnetica richiesta per la chiusura e l'apertura, è generalmente necessaria una grande capacità di accumulo di energia in un condensatore.

I meccanismi PMA sono classificati in diversi tipi, principalmente monostabili e bistabili, e configurazioni a singola o doppia bobina, senza una chiara superiorità tra di loro.

Un meccanismo a magnete permanente bistabile utilizza magneti permanenti sia per la chiusura che per l'apertura per l'aggancio. Le azioni di chiusura e apertura sono ottenute alimentando separatamente le bobine di eccitazione per far muovere il nucleo di ferro mobile. Nelle stesse condizioni, il tipo bistabile ha una corrente di picco di chiusura inferiore. Correnti minori semplificano i circuiti di controllo, migliorano l'affidabilità e riducono il rischio di danneggiamento del controller. Inoltre, è richiesta una capacità del condensatore minore—tipicamente un condensatore elettrolitico da 100V/100.000μF può supportare operazioni di ricommutazione. Tuttavia, la velocità iniziale di apertura di un interruttore a vuoto PMA bistabile è inferiore alla sua velocità media durante tutto il percorso di contatto.

Un meccanismo a magnete permanente monostabile utilizza un magnete permanente per l'aggancio della posizione di chiusura, mentre una molla mantiene la posizione aperta. La chiusura è ottenuta alimentando la bobina di chiusura per far muovere il nucleo mobile, allo stesso tempo immagazzinando energia nella molla di apertura. L'apertura è realizzata rilasciando l'energia immagazzinata nella molla.

Poiché il PMA monostabile si basa su una molla per l'apertura, la sua velocità iniziale e media di apertura sono superiori a quelle del tipo bistabile, meglio adattandosi alle caratteristiche di forza contraria dell'interruttore. Tuttavia, poiché è necessario immagazzinare energia nella molla di apertura durante la chiusura, la corrente di picco di chiusura è significativamente più alta rispetto a un meccanismo bistabile in condizioni comparabili.

L'interruttore a vuoto attivato da magnete permanente AMVAC ha una tensione nominale massima di 27kV. Il modello da 15kV supporta una corrente nominale fino a 3000A, una corrente di interruzione a cortocircuito di 50kA e una corrente di accensione a cortocircuito di 130kA.

Perché non è stato ampiamente adottato?

1. Convenienza economica (valore per denaro)

Gli interruttori PMA hanno meno parti mobili, una struttura più semplice e caratteristiche di forza elettromagnetica ben adattate agli interruttori a vuoto. Offrono una resistenza meccanica superiore a 100.000 operazioni—significativamente superiore alle 30.000 operazioni tipiche dei meccanismi a molla. Questo li rende ideali per applicazioni con frequenti commutazioni e un alto numero di operazioni. Il loro controllo elettronico facilita anche l'automazione. Tuttavia, gli interruttori PMA di alta qualità sono significativamente più costosi. Di conseguenza, vengono utilizzati principalmente in applicazioni premium all'estero, come nelle piattaforme petrolifere e sulle piattaforme offshore, dove l'operazione senza manutenzione, l'alta affidabilità e la continuità migliorata dell'energia sono critiche.

2. Preoccupazioni sulla qualità

Gli interruttori PMA richiedono componenti di altissima qualità, inclusi condensatori, magneti permanenti, elettromagneti e circuiti elettronici. Paragonare interruttori PMA di fascia bassa ai meccanismi a molla standard è ingiusto e fuorviante. L'uso di condensatori o altri componenti di scarsa qualità compromette la qualità complessiva del prodotto. A differenza dei meccanismi a molla, che permettono la sostituzione e la riparazione di singoli componenti, i meccanismi PMA sono difficili e costosi da riparare. Questo alto costo di sostituzione ostacola ulteriormente l'adozione diffusa degli interruttori PMA.