新世代ハイブリッドノンアークACコンタクターの設計と実装

 I. プロジェクトの背景と解決すべき重要な問題​
交流コンタクターは、最も広く使用されている低電圧電気機器の一つであり、長期運転システムにおいて重要な役割を果たしています。しかし、その従来の設計には根本的な欠点があります：回路を遮断する際に必ずアークが発生します。

この固有の欠陥により、一連の深刻な問題が引き起こされます：

1. ​大幅に制限された電気耐久性: アークにより接触部に大きな電気的摩耗が生じ、電気寿命（約2〜2.5百万回）が機械寿命（20〜25百万回）よりも大幅に短くなり、通常は後者の1/10程度です。
2. ​電磁波汚染: アークは電力網を汚染し、高周波干渉を生成し、他の電気機器にも影響を与えます。
3. ​安全上のリスク: 感応負荷を遮断する際の過電圧スパイクは接続された機器を損傷させる可能性があり、またコンタクターの動作頻度も制限します。

​II. 核心的な解決策：アーク無し遮断原理​
この解決策の核心的な革新点は、​主接触部 + 並列シリスタモジュールを組み合わせたハイブリッド構造を採用し、正確なトリガ制御回路によってそれらの切り替え順序を正確に同期させることにあります。

1. ​核心的な設計アプローチ:
   • 双方向シリスタを使用して接触なしスイッチとして、​先に接続、最後に切断する電流の切り替えを実現し、アークの発生を完全に避ける。
   • 定常導通時には伝統的な機械接触部を使用して電流を流すことで、純粋な接触なしスイッチ（例えばシリスタのみを使用する場合）の欠点、例えば浪涌電流に対する耐性が低い、導通電圧降下が大きい、コストが高い、大容量の放熱器が必要であるなどの問題を克服する。
   • 機械接触部と半導体デバイス（シリスタ）間のミリ秒レベルでの正確な同期は、この解決策の成功の鍵となる。
2. ​主要なワークフロー（CJ20-40A コンタクターを例に）​:

​III. プロセスの実装と改造計画​
この解決策は、​「成熟した製品に基づいた目標指向の改造」という原則に従っており、工業化の障壁とコストを大幅に削減します。

​具体的な改造:

1. ​電磁システム: 軽微な調整と最適化を行い、シリスタ回路との同期に必要な精度要件を満たすように動作時間を確保します。
2. ​接触部とアーク消去システム:
   o アーク無し切断が達成されるため、元のアーク消去室は不要となり取り除くことができます。
   o 高温耐性のある絶縁ハウジングに置き換えます。この新しいハウジングは、三つの双方向シリスタ、トリガ制御回路、その他の必須の電子部品を統合しています。
3. ​外観と互換性: 改造されたコンタクターの外部寸法、取り付け穴、配線方法は標準コンタクターと完全に一致しています。ユーザーはマウントベースや配線ロジックを変更することなく交換およびアップグレードを行うことができ、市場への導入を大幅に容易にします。

​IV. テスト結果と重要な価値​
この解決策に基づいて開発された交流コンタクターは、厳格な機械的および電気的耐久性テストを通過し、安全性、信頼性、実現可能性が確認されています。

​提供される核心的な価値:
• ​革命的な性能向上: 切替アークの完全な排除により、電気寿命が数十倍に延び、理論的には機械寿命に到達します。また、接触部のメンテナンスを減らし、許容動作頻度を増加させます。
• ​適用分野の拡大: アーク無し特性により、石油化学プラント、炭鉱、航空宇宙など、爆発防止と防火に厳しい要求がある高リスク環境でも安全に使用でき、制御システムおよび電力分配システムにおける非常に信頼性の高い中心部品となります。
• ​環境に優しい: アークによる電力網汚染と電磁干渉を大幅に削減し、現代のエコ電気製品の発展傾向に合致します。