تصميم وتنفيذ جيل جديد من ملامس التيار المتردد الهجين بدون قوس كهربائي

 I. خلفية المشروع والقضايا الحرجة التي يجب معالجتها​
بصفتها واحدة من أكثر الأجهزة الكهربائية ذات الجهد المنخفض استخدامًا، تلعب المفاتيح الكهربائية دورًا رئيسيًا في أنظمة التشغيل طويلة الأمد. ومع ذلك، فإن تصميمها التقليدي يحتوي على عيب أساسي: يتم إنتاج قوس كهربائي لا مفر منه عند فصل الدائرة.

يؤدي هذا العيب الداخلي إلى سلسلة من المشاكل الخطيرة:

1. ​متانة كهربائية محدودة بشدة: يؤدي القوس الكهربائي إلى ارتداء كهربائي كبير على نقاط الاتصال، مما يؤدي إلى عمر كهربائي (حوالي 2-2.5 مليون عملية) أقصر بكثير من العمر الميكانيكي (20-25 مليون عملية)، وعادة ما يكون فقط عشرة بالمئة من الأخير.
2. ​التلوث الكهرومغناطيسي: يلوث القوس الشبكة الكهربائية، ويولد تداخل الترددات الراديوية، ويؤثر على المعدات الكهربائية الأخرى.
3. ​المخاطر الأمنية: يمكن أن يتسبب الاندفاع الزائد للجهد الناتج عن فصل الأحمال الاستقرائية في تلف المعدات المتصلة، كما أنه يحد من تردد تشغيل المفتاح الكهربائي.

​II. الحل الأساسي: مبدأ الفصل بدون قوس​
يقع الابتكار الرئيسي لهذا الحل في اعتماد هيكل هجين يجمع بين ​نقاط الاتصال الرئيسية + وحدة ثايروستور متوازية، مع دوائر تحكم بالتفجير الدقيق لتناغم تتابعات التحويل بدقة.

1. ​نهج التصميم الرئيسي:
   • استخدام الثايروستورات ثنائية الاتجاه كمفاتيح غير ملامسة لتحقيق ​إغلاق أولًا، ثم فصل آخر​ للتيار، مما يتجنب تمامًا إنتاج القوس الكهربائي.
   • استخدام نقاط الاتصال الميكانيكية التقليدية لحمل التيار خلال التوصيل المستقر، مما يتجاوز عيوب المفاتيح غير الملامسة النقية (مثل استخدام الثايروستورات وحدها)، مثل مقاومة التيار السريع السيئة، وانخفاض الجهد العالي أثناء التوصيل، والتكلفة العالية، والحاجة إلى مبردات حرارية كبيرة.
   • التناغم الدقيق بمستوى المللي ثانية بين نقاط الاتصال الميكانيكية والأجهزة شبه الموصلة (الثايروستورات) عبر دوائر التحكم بالتفجير هو المفتاح لنجاح هذا الحل.
2. ​السيرورة الرئيسية (مع الأخذ بمثال مفتاح CJ20-40A):

​III. تنفيذ العملية وخطّة التعديل​
يعتمد هذا الحل على مبدأ ​​"التعديل المستهدف بناءً على المنتجات الناضجة"،​ مما يقلل بشكل كبير من حواجز وتكاليف التصنيع.

​التعديلات الخاصة:

1. ​النظام الكهرومغناطيسي: تعديلات طفيفة وأمثلة للتأكد من أن وقت تشغيله يتوافق مع متطلبات الدقة للتناغم مع دارة الثايروستور.
2. ​نقاط الاتصال ونظام إخماد القوس:
   o بما أن الفصل بدون قوس تم تحقيقه، أصبح غرفة إخماد القوس الأصلية غير ضرورية ويمكن إزالتها.
   o تم استبدالها بغلاف عازل مقاوم للحرارة. يدمج هذا الغلاف الجديد ثلاثة ثايروستورات ثنائية الاتجاه، ودائرة التحكم بالتفجير، والمكونات الإلكترونية الأساسية الأخرى.
3. ​المظهر والتوافق: تظل الأبعاد الخارجية، وثقوب التثبيت، وطريقة التوصيل للمفتاح المعدل متطابقة تمامًا مع المفاتيح القياسية. يمكن للمستخدمين استبدالها وترقيتها دون تغيير أي قاعدة تركيب أو منطق التوصيل، مما يسهل كثيرًا قبول السوق.

​IV. استنتاجات الاختبار والقيمة الهامة​
أثبت المفتاح الكهربائي الذي تم تطويره بناءً على هذا الحل نجاحه في اختبارات المتانة الميكانيكية والكهربائية الصارمة، مما يؤكد سلامته وموثوقيته وإمكانية تطبيقه.

​القيمة الأساسية المقدمة:
• ​تحسين أداء ثوري: إزالة تامة للقوس الكهربائي أثناء التحويل تزيد من المتانة الكهربائية بمعدلات عشرات المرات، ونظرًا لذلك يصل نظريًا إلى مستوى العمر الميكانيكي. كما يقلل من صيانة نقاط الاتصال ويزيد من التردد المسموح به للتشغيل.
• ​توسيع مجالات التطبيق: تتيح خاصية الفصل بدون قوس التطبيق الآمن في البيئات عالية الخطورة ذات متطلبات الصدمة والمقاومة للحريق الصارمة، مثل مصافي النفط والغاز، والمناجم، والفضاء الجوي، مما يجعله مكونًا أساسيًا موثوقًا به في أنظمة التحكم وأنظمة توزيع الطاقة.
• ​صديق للبيئة: يقلل بشكل كبير من تلوث الشبكة الكهربائية والتداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن القوس، مما يتوافق مع اتجاه تطور الأجهزة الكهربائية الخضراء الحديثة.