Progettazione e Implementazione di una Nuova Generazione di Contattori AC Ibridi Senza Arco

 I. Contesto del Progetto e Questioni Critiche da Affrontare​
Come uno dei dispositivi elettrici a bassa tensione più ampiamente utilizzati, i contattori AC svolgono un ruolo fondamentale nei sistemi di lunga durata. Tuttavia, il loro design tradizionale presenta un difetto fondamentale: i contatti generano inevitabilmente un arco quando interrompono il circuito.

Questo difetto intrinseco porta a una serie di problemi gravi:

1. ​Durata elettrica severamente limitata: Gli archi causano un significativo usura elettrica sui contatti, risultando in una durata elettrica (circa 2-2,5 milioni di operazioni) molto inferiore alla durata meccanica (20-25 milioni di operazioni), solitamente solo un decimo di quest'ultima.
2. ​Inquinamento elettromagnetico: Gli archi inquinano la rete elettrica, generano interferenze radiofrequenza e influiscono su altri dispositivi elettrici.
3. ​Rischi di sicurezza: L'impulso di sovratensione generato quando si interrompono carichi induttivi può danneggiare l'equipaggiamento connesso e limita anche la frequenza di funzionamento del contattore.

​II. Soluzione Core: Principio di Interruzione Senza Arco​
L'innovazione fondamentale di questa soluzione consiste nell'adozione di una struttura ibrida che combina ​contatti principali + un modulo di tiristori parallelo, con un circuito di controllo di accensione preciso per sincronizzare esattamente le loro sequenze di commutazione.

1. ​Approccio di Progettazione Core:
   • Utilizzare tiristori bidirezionali come interruttori senza contatto per realizzare la commutazione della corrente in modo ​prima accensione, ultima interruzione​, evitando completamente la formazione di archi.
   • Utilizzare i contatti meccanici tradizionali per portare la corrente durante la conduzione a stato stazionario, superando gli svantaggi degli interruttori puramente senza contatto (ad esempio, l'utilizzo solo di tiristori), come la scarsa resistenza alle correnti di impulso, l'elevato calo di tensione in conduzione, i costi elevati e la necessità di dissipatori termici di grandi dimensioni.
   • La sincronizzazione al millisecondo tra i contatti meccanici e i dispositivi semiconduttori (tiristori) tramite il circuito di controllo di accensione è chiave per il successo di questa soluzione.
2. ​Flusso di Lavoro Chiave (Esempio Contattore CJ20-40A)​:

​III. Implementazione del Processo e Piano di Modifica​
Questa soluzione segue il principio di ​modifica mirata basata su prodotti maturi​, riducendo significativamente le barriere e i costi di industrializzazione.

​Modifiche Specifiche:

1. ​Sistema Elettromagnetico: Adeguate regolazioni e ottimizzazioni per assicurare che il suo tempo di azionamento soddisfi i requisiti di precisione per la sincronizzazione con il circuito dei tiristori.
2. ​Contatti e Sistema di Estinzione dell'Arco:
   o Poiché viene raggiunta l'interruzione senza arco, la camera di estinzione dell'arco originale diventa superflua e può essere rimossa.
   o Sostituita con un involucro isolante resistente ad alte temperature. Questo nuovo involucro integra tre tiristori bidirezionali, il circuito di controllo di accensione e altri componenti elettronici essenziali.
3. ​Aspetto ed Interoperabilità: Le dimensioni esterne, i fori di montaggio e il metodo di cablaggio del contattore modificato rimangono completamente consistenti con quelli dei contattori standard. Gli utenti possono sostituire e aggiornare senza cambiare alcuna base di montaggio o logica di cablaggio, facilitando notevolmente l'adozione sul mercato.

​IV. Conclusioni dei Test e Valore Significativo​
Il contattore AC sviluppato in base a questa soluzione ha superato rigorosi test di resistenza meccanica ed elettrica, verificandone la sicurezza, affidabilità e fattibilità.

​Valore Core Fornito:
• ​Miglioramento Rivoluzionario delle Prestazioni: L'eliminazione completa degli archi di commutazione aumenta la durata elettrica di decine di volte, teoricamente raggiungendo il livello della durata meccanica. Inoltre, riduce la manutenzione dei contatti e aumenta la frequenza operativa consentita.
• ​Ampia Applicazione in Campi: La caratteristica senza arco consente applicazioni sicure in ambienti ad alto rischio con requisiti rigorosi di antiesplosione e antincendio, come impianti petrolchimici, miniere di carbone, aerospazio, ecc., rendendolo un componente core altamente affidabile nei sistemi di controllo e distribuzione di energia.
• ​Eco-Friendly: Riduce significativamente l'inquinamento della rete e le interferenze elettromagnetiche causate dagli archi, allineandosi con la tendenza dello sviluppo degli elettrodomestici verdi moderni.