Mitkä tekijät vaikuttavat korkeajännitteisen tasavirtareleen käyttöikään?

Korkeajännitteisiä tasavirtareleitä käytettiin alun perin pääasiassa energiateollisuudessa sekä ilmailu- ja avaruusteollisuudessa. Viime vuosina sähköajoneuvot ovat asteittain nousseet, ja ajovoimanjakelujärjestelmistä on tullut erittäin tärkeä sovellusskenaario suurjännitteisille tasavirtareleille. Korkea jännite on suhteessa 24V, 48V pienjännitejärjestelmiin. Jotkut hitaat sähköajoneuvot valitsevat 60 V ja 72 V järjestelmien tehokokoonpanon. Yleensä nopeiden henkilöautojen jännite on yli 200 V, ja bussi voi nousta yli 600 V:iin. Releitä, jotka täyttävät tämän jännitevaiheen vaatimukset, kutsutaan suurjännitteisiksi tasavirtareleiksi.

Korkean jännitteen tasavirtarele, käyttöikä sisältää kaksi parametria: mekaaninen käyttöikä ja sähköinen käyttöikä. Mekaaniseen käyttöikään vaikuttavia tekijöitä ovat kosketuspisteiden materiaali, avaus- ja sulkemismekanismin suunnittelu ja valmistustaso jne. Sähköisen käyttöiän pullonkaula on pääasiassa kosketusiän kesto.

1. Magneettikentän kaaren vaikutus koskettimien sähköiseen käyttöikään

Kuten alla olevasta kuvasta näkyy, releen magneettipuhalluksen periaate on selitetty. Vasen staattinen kosketin kuvan osoittaman virran suunnan mukaisesti määrittää kelan magneettikentän suunnan oikean käden säännön avulla. Valokaari on virta ionisaatiokanavassa, jonka muodostaa jännite, joka murtuu väliaineen läpi staattisten koskettimien välillä. Se noudattaa täysin sähkömagneettisen vuorovaikutuksen lakia. Kaaren synnyttämä magneettikenttä on esitetty kuvassa. Käytä vasemman käden sääntöä määrittääksesi kaaren voiman suunnan. Voiman suunta on merkitty kuvassa F:llä.

Magneettipuhalluksessa käytetään kestomagneettia tai sähkömagneettia magneettikentän luomiseen. Suunta, jossa magneettikenttä on vuorovaikutuksessa kaaren kanssa, on vetää piiri pois dynaamisista ja staattisista koskettimista.

Liikkuvan koskettimen nopealla liikkeellä ja magneettipuhallusvaikutuksella kaari venyy ja kaaren vastus kasvaa nopeasti, mikä saa kaaren virran jyrkästi laskemaan ja kaaren lämpöhyötysuhteen heikkenemään. Väliaineen ionisaatioaste laskee lämpötilan laskiessa ja kaarikanavan sähkönjohtavuus pienenee. Jos kaaria vedetään samanaikaisesti, kaaren liikkuessa ulospäin muilla kaaren leikkaamis- ja jäähdytyskeinoilla, kaari sammuu nopeammin.

Valokaariajan lyhentäminen on tärkeä tapa suojata koskettimet. Hyvä magneettipuhallusrakenne pidentää varmasti releen käyttöikää. Magneettipuhallusta on käytetty laajalti suuritehoisissa releissä ja kontaktoreissa, joissa tilaa tarvitaan vähemmän, kun taas pienissä releissä vastaavia laitteita on suunniteltu yksittäisille tuotteille.

2. Ympäristön ilmanpaineen vaikutus koskettimien sähköiseen käyttöikään

Valokaariajan lyhentämiseksi kaaren vetämiseen edellä mainitun magneettipuhallusmenetelmän lisäksi valokaarien sammuttamiseen ahtaissa paikoissa usein käytettyjä menetelmiä ovat koskettimen avautumis- ja sulkemisympäristön muuttaminen, suljetun valokaaren sammutuskammion täyttäminen. kaasu, jolla on korkea ionisaatioenergia tai Valokaarisammutuskammio tyhjennetään.

Korkeapaineisten kaasukaarien syyt

Ionisaatioenergia. Prosessissa, jossa kaasumaiset atomit menettävät elektroneja ja muuttuvat kationeiksi, on tarpeen voittaa ytimen vetovoima elektroneihin, toisin sanoen energia, joka vetää elektronit pois atomikiertoradalta vapaiksi elektroneiksi. Tämä on tällaisten elementtien ionisaatioenergia. Mitä suurempi ionisaatioenergia, sitä vähemmän helposti atomit ionisoituvat, sitä vähemmän niistä tulee kationeja ja sitä heikompi on metallisuus; päinvastoin, mitä helpommin ne menettävät elektroneja ja muuttuvat kationeiksi, sitä vahvempi on metallisuus. Jaksotaulukossa suurin ionisaatioenergia on helium, joten heliumia voidaan täyttää suljettuun kaarisammutuskammioon, mikä parantaa releen kykyä sammuttaa kaari.

On olemassa monia tutkimuksia, jotka selittävät valokaaren syitä korkeapaineisissa kaasuympäristöissä. Yleinen pointti on seuraava. Korkeapaineisessa kaasukammiossa valokaari suoritetaan kahdessa vaiheessa. Katodikosketin emittoi elektroneja lämpötilan tai jännitteen vaikutuksesta ja anodi vastaanottaa sen muodostaen ensimmäisen hajoamisen; kaaren alkumuodostus tuo korkean lämpötilan ja ionisoituneita kaasukationeja, ja kaaren ionireitti laajenee edelleen muodostaen massiivisemman kaaren.

Tyhjiökaarin syyt

Tyhjiöolosuhteissa ei ole enää väliainetta, joka voidaan ionisoida. Kaaren polttaminen on vaikeaa, mutta se voi silti palaa. Sillä hetkellä, kun dynaamiset ja staattiset koskettimet erotetaan toisistaan, koskettimissa oleva metalli höyrystyy muodostaen metalli-ionikanavan ja kanavaan muodostuu kaari. On olemassa useita erilaisia ​​selityksiä sille, kuinka tällainen ionikanava muodostuu.

Ensimmäinen on selittää teoria korkean lämpötilan emissioelektroneista. Katodin koskettimissa uskotaan olevan alkuperäisiä vikoja, joita kutsutaan täpliksi. Katsotaan, että pisteen sijainnin vastus on suhteellisen suuri ja paikallinen lämpötila on suhteellisen korkea jännitteensyöttöprosessin aikana. Kun dynaamiset ja staattiset koskettimet ovat eroamassa, korkean lämpötilan osa lähettää elektroneja anodille muodostaen aluksi kaaren, kaari palaa, kosketusmateriaali höyrystyy, muodostaa edelleen metallihöyryä ja muodostaa sitten kaaren tyhjiössä;

Kenttäemissioteorian toinen selitys on, että katodilla on kyky emittoida elektroneja, kun dynaamisen ja staattisen koskettimen välinen jännite on riittävän korkea. Kun dynaamiset ja staattiset koskettimet ovat eroamassa, on yleensä lopullinen kosketusasento toistensa kanssa, ja tämä pinta on positiivisesti pieni. Kenttää säteilevä elektronivirtaus virtaa anodille tämän erittäin pienen alueen läpi, ja valtava virrantiheys saa aikaan dramaattisen lämpövaikutuksen sekä katodissa että anodissa, jolloin sulaminen leviää vähitellen koko kontaktiin tästä kohdasta. kosketuspinta sulaa. Muodostaa metallihöyryä. Parempi ionisaatioympäristö saa elektronivirran mittakaavan laajenemaan muodostaen tyhjökaarin.

Tyhjiöaste: Yleensä mitä korkeampi tyhjiöaste, sitä epätodennäköisemmin se hajoaa ja sitä vaikeampaa on kaaren muodostaminen. Ihanteellisissa olosuhteissa dielektrinen lujuus voi saavuttaa tason 10 000 V / 0,1 mm. Mutta kun tyhjiö saavuttaa tietyn tason, lisäkorotus ei auta vähentämään läpilyöntijännitettä. Kuten yllä olevasta käyrästä näkyy, se osoittaa tyhjiön ja läpilyöntijännitteen välisen suhteen. Mitä pienempi läpilyöntijännite on, sitä helpompi on muodostaa ja ylläpitää kaari, eli sitä pidempi valokaaren aika. Tyhjiöaste mitataan suoraan ilmanpaineella. Mitä pienempi ilmanpaine, sitä korkeampi tyhjiöaste.

Tyhjiökaarisammutuskammio tyhjiökaarisammutuskammion saamiseksi vaatii hyviä materiaaleja ja tiivistystekniikkaa saavuttaakseen. Keraamiset ja hartsisuljetut valokaarisammutuskammiot, kahden tyyppistä suljettua kaarisammutuskammiotekniikkaa käytetään samanaikaisesti, eikä kukaan ole saavuttanut ilmeisiä etuja.

Keramiikkasuljetussa valokaarisammutuskammiossa käytetään keramiikan korkeita lämpötiloja kestäviä ominaisuuksia ja kaaren lämpötila on erittäin korkea (keskipiste voi nousta 5000 °C:een). Yleensä materiaalit eivät kestä tällaisia ​​lämpötiloja, ja keramiikka voi vain täyttää tämän vaatimuksen. Keramiikkaa on kuitenkin teknisesti vaikea tiivistää.

Hartsista valmistetussa valokaarisammutuskammiossa on parempi tiivistystekniikka kuin keramiikka, mutta sen korkeiden lämpötilojen kestävyys on riittämätön.

3. Mekaanisten parametrien vaikutus koskettimien sähköiseen käyttöikään

Koskettimien sähköiseen käyttöikään liittyviä rakenteellisia parametreja ovat: kosketuspinta, katkaisumekanismi, kosketuspaine jne.

Kosketinpinta, dynaamisten ja staattisten koskettimien suurempi kosketuspinta-ala, voi tarjota suuremman reitin virralle, vähentää kosketusresistanssia ja vähentää lämpötilan nousua. Kun rele on kiinni tai irrotettu, pienestä kaaresta tuleva lämpö poistuu helpommin suuremmasta koskettimesta, mikä vähentää koskettimien sulamisen riskiä.

Katkaisumekanismi on toinen tekninen kohta relesuunnittelussa. Itse mekanismilla on vakaa toimintasykli. Aika, joka kuluu aloituksesta viimeiseen liikkeeseen maksimi auki -asentoon, vaikuttaa suoraan valokaaren aikaan.

Dynaamisten ja staattisten koskettimien kosketuspaine, dynaamisten ja staattisten koskettimien välillä on aina kosketusresistanssi, mitä suurempi kosketuspaine, sitä pienempi vastus. Suuri kosketuspaine voi vähentää releen sähköhäviöitä ja lämpötilan nousua normaaleissa työoloissa; suhteellisen pienet vauriot tai kohonneet purseet kosketuspinnalla eivät aiheuta merkittäviä haitallisia vaikutuksia suuressa paineessa, ja Useiden kohtien sulkemisen jälkeen koskettimien välinen isku tasoittaa nämä pienet viat.

4. Valokaarisammutuskammion tiiviys

Tyhjiökatkaisijassa on mahdotonta saavuttaa absoluuttista tiivistystä, ja vaipan hitsauksissa on mahdollista ilmavuotoa. Sen suunnitteluindeksiin on sisällytetty sallittu ilmavuotokerroin, ja krooninen ilmavuoto on väistämätöntä. Lisäksi releiden käyttö sähköajoneuvoissa, kova tärinäympäristö milloin tahansa ja paikassa, myös testasi vakavasti tiivisteen laatua.

Kun tiivistettyyn onteloon tulee yhä enemmän ilmaa ja kotelon tiiviys huononee, kaaren sammutuskammion tyhjiöaste laskee vähitellen ja valokaaren sammutuskyky heikkenee vähitellen, mikä on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa releen käyttöikään. .