Aké faktory ovplyvňujú životnosť vysokonapäťového jednosmerného relé?

Vysokonapäťové jednosmerné relé sa pôvodne používali najmä v energetike a v leteckom a kozmickom priemysle. V posledných rokoch sa elektrické vozidlá postupne rozvíjali a systémy distribúcie energie sa stali veľmi dôležitým aplikačným scenárom pre vysokonapäťové jednosmerné relé. Vysoké napätie je relatívne k 24V, 48V nízkonapäťovým systémom. Niektoré nízkorýchlostné elektrické vozidlá si vyberajú konfiguráciu napájania 60V a 72V systémov. Vo všeobecnosti je napätie vysokorýchlostných osobných automobilov vyššie ako 200 V a autobus môže dosiahnuť viac ako 600 V. Relé, ktoré spĺňajú požiadavky tejto napäťovej fázy, sa nazývajú vysokonapäťové jednosmerné relé.

Vysokonapäťové jednosmerné relé, životnosť zahŕňa dva parametre mechanickej životnosti a elektrickej životnosti. Faktory, ktoré ovplyvňujú mechanickú životnosť, zahŕňajú materiál kontaktných bodov, konštrukčnú a výrobnú úroveň otváracieho a zatváracieho mechanizmu atď. Prekážkou elektrickej životnosti je najmä životnosť kontaktov.

1.Vplyv elektrického oblúka magnetického poľa na elektrickú životnosť kontaktov

Ako je znázornené na obrázku nižšie, je vysvetlený princíp konštrukcie magnetického úderu v relé. Ľavý statický kontakt podľa aktuálneho smeru znázorneného na obrázku používa pravidlo pravej ruky na určenie smeru magnetického poľa cievky. Oblúk je prúd v ionizačnom kanáli tvorený napätím, ktoré preráža médium medzi statickými kontaktmi. Úplne dodržiava zákon elektromagnetickej interakcie. Magnetické pole generované oblúkom je znázornené na obrázku. Na určenie smeru sily oblúka použite pravidlo ľavej ruky. Smer sily je na obrázku označený F.

Magnetické fúkanie je použitie permanentného magnetu alebo elektromagnetu na vytvorenie magnetického poľa. Smer, v ktorom magnetické pole interaguje s oblúkom, je odtiahnuť obvod od dynamických a statických kontaktov.

Rýchlym pohybom pohyblivého kontaktu a aplikáciou efektu magnetického fúkania sa oblúk natiahne a odpor oblúka sa rýchlo zvýši, čo spôsobí prudký pokles prúdu oblúka a zníženie tepelnej účinnosti oblúka. Stupeň ionizácie média klesá so znižovaním teploty a znižuje sa elektrická vodivosť oblúkového kanála. Ak sa oblúk ťahá súčasne, v procese pohybu oblúka smerom von, s inými prostriedkami na rezanie oblúka a chladenie oblúka, oblúk rýchlejšie zhasne.

Zníženie doby oblúka je dôležitým prostriedkom ochrany kontaktov. Dobrý dizajn magnetického úderu určite predĺži životnosť relé. Magnetické fúkanie bolo široko používané vo vysokovýkonných relé a stykačoch s menej citlivými priestorovými požiadavkami, zatiaľ čo v malých relé boli podobné zariadenia navrhnuté pre jednotlivé produkty.

2. Vplyv tlaku okolitého vzduchu na elektrickú životnosť kontaktov

Aby sa skrátil čas oblúka, okrem použitia vyššie uvedenej metódy magnetického fúkania na vytiahnutie oblúka, metódy často používané na uhasenie oblúkov v úzkych priestoroch zahŕňajú zmenu prostredia otvárania a zatvárania kontaktov, naplnenie uzavretej zhášacej komory plyn s vysokou ionizačnou energiou, alebo Zhášacia komora oblúka je evakuovaná.

Príčiny vysokotlakových plynových oblúkov

Ionizačná energia. V procese, keď plynné atómy strácajú elektróny a stávajú sa katiónmi, je potrebné prekonať príťažlivosť jadra k elektrónom, to znamená energiu, ktorá ťahá elektróny z atómových orbitálov, aby sa stali voľnými elektrónmi. Ide o ionizačnú energiu takýchto prvkov. Čím vyššia je ionizačná energia, tým ľahšie sa atómy ionizujú, tým menej sa z nich stávajú katióny a tým slabšia je metalicita; naopak, čím ľahšie strácajú elektróny a stávajú sa katiónmi, tým silnejšia je metalita. V periodickej tabuľke je najvyššia ionizačná energia hélium, takže hélium môže byť naplnené do uzavretej zhášacej komory oblúka, čo zlepšuje schopnosť relé uhasiť oblúk.

Existuje mnoho štúdií vysvetľujúcich príčiny iskrenia v prostredí s vysokým tlakom plynu. Všeobecný bod je nasledujúci. Vo vysokotlakovej plynovej komore sa oblúk vytvára v dvoch stupňoch. Katódový kontakt emituje elektróny pod pôsobením teploty alebo napätia a je prijatý anódou, aby vytvoril prvý prieraz; počiatočná tvorba oblúka prináša vysokú teplotu a ionizované plynové katióny a dráha iónov oblúka sa ďalej rozširuje, aby sa vytvoril masívnejší oblúk.

Príčiny vákuového oblúka

V podmienkach vákua už neexistuje médium, ktoré by sa dalo ionizovať. Je ťažké vypáliť oblúk, ale stále môže horieť. V momente, keď sú dynamické a statické kontakty oddelené, kov na kontaktoch sa vyparí, čím sa vytvorí kanál kovových iónov a v kanáli sa vytvorí oblúk. Existuje niekoľko rôznych vysvetlení, ako sa takýto iónový kanál vytvára.

Prvým je vysvetlenie teórie vysokoteplotných emisných elektrónov. Predpokladá sa, že na katódových kontaktoch sú pôvodné chyby, ktoré sa nazývajú škvrny. Uvažuje sa, že odpor bodovej polohy je relatívne veľký a lokálna teplota je počas procesu napájania relatívne vysoká. Keď dôjde k oddeleniu dynamického a statického kontaktu, vysokoteplotná časť vyžaruje elektróny do anódy, pričom najprv vytvorí oblúk, oblúk sa rozhorí, materiál kontaktu sa vyparí, ďalej tvorí paru kovu a potom vytvorí oblúk vo vákuu;

Druhé vysvetlenie teórie emisie poľa je, že katóda má schopnosť emitovať elektróny, keď je napätie medzi dynamickým a statickým kontaktom dostatočne vysoké. Keď majú byť dynamické a statické kontakty oddelené, bude vo všeobecnosti existovať konečná vzájomná kontaktná poloha a táto plocha je jednoznačne malá. Tok elektrónov vyžarujúcich pole prúdi k anóde cez túto extrémne malú oblasť a obrovská prúdová hustota vytvára dramatický tepelný efekt na katóde aj na anóde, čo spôsobuje, že tavenie sa postupne šíri do celého kontaktu z tohto bodu a kontaktný povrch sa roztaví. Vytvárajte kovové výpary. Lepšie ionizačné prostredie spôsobí, že sa rozsah toku elektrónov rozšíri a vytvorí sa vákuový oblúk.

Stupeň vákua: Všeobecne platí, že čím vyšší je stupeň vákua, tým je menej pravdepodobné, že sa pokazí a tým ťažšie je vytvoriť oblúk. Za ideálnych podmienok môže dielektrická pevnosť dosiahnuť úroveň 10 000 V na 0,1 mm. Ale keď vákuum dosiahne určitú úroveň, ďalšie zvýšenie nepomôže znížiť prierazné napätie. Ako je znázornené na vyššie uvedenej krivke, ukazuje vzťah medzi vákuom a prierazným napätím. Čím nižšie je prierazné napätie, tým ľahšie je vytvoriť a udržiavať oblúk, to znamená, že je dlhší čas oblúka. Stupeň vákua sa meria priamo tlakom vzduchu. Čím nižší je tlak vzduchu, tým vyšší je stupeň vákua.

Vákuovo uzavretá zhášacia komora na získanie vákuovej zhášacej komory vyžaduje dobré materiály a technológiu tesnenia. Keramické a živicou utesnené zhášacie komory, dva typy technológie zhášacích komôr s uzavretým oblúkom sa používajú súčasne a nikto nedosiahol zjavné výhody.

Keramická uzavretá zhášacia komora využíva vlastnosti keramiky odolné voči vysokej teplote a teplota oblúka je extrémne vysoká (stred môže dosiahnuť 5000 °C). Vo všeobecnosti materiály takéto teploty nevydržia a keramika môže túto požiadavku len splniť. Keramika sa však technicky ťažko tesní.

Komora na zhášanie oblúka vyrobená zo živice má lepšiu technológiu tesnenia ako keramika, ale jej odolnosť voči vysokej teplote je nedostatočná.

3. Vplyv mechanických parametrov na elektrickú životnosť kontaktov

Štrukturálne parametre súvisiace s elektrickou životnosťou kontaktov zahŕňajú: kontaktnú plochu, vypínací mechanizmus, kontaktný kontaktný tlak atď.

Kontaktná plocha, väčšia kontaktná plocha dynamických a statických kontaktov, môže poskytnúť väčšiu dráhu prúdu, znížiť prechodový odpor a znížiť nárast teploty. Keď je relé zatvorené alebo odpojené, teplo z malého oblúka sa ľahšie rozptýli väčším kontaktom, čím sa zníži riziko roztavenia kontaktu.

Vypínací mechanizmus je ďalším technickým bodom v dizajne relé. Samotný mechanizmus má stabilný akčný cyklus. Čas potrebný od začiatku do konečného pohybu do maximálnej otvorenej polohy priamo ovplyvňuje čas oblúka.

Kontaktný tlak dynamických a statických kontaktov, medzi dynamickými a statickými kontaktmi je vždy prechodový odpor, čím väčší kontaktný tlak, tým menší odpor. Veľký kontaktný tlak môže znížiť elektrickú stratu a zvýšenie teploty relé za normálnych pracovných podmienok; relatívne malé poškodenie alebo vyvýšené otrepy na kontaktnej ploche nespôsobia pod veľkým tlakom významné nepriaznivé účinky a po uzavretí niekoľkých bodov náraz medzi kontakty tieto malé defekty vyhladí.

4. Tesnosť komory na zhášanie oblúka

Vo vákuovom prerušovači nie je možné dosiahnuť absolútnu tesnosť a vo zvaroch plášťa existuje možnosť úniku vzduchu. Do jeho konštrukčného indexu bol zahrnutý prípustný koeficient úniku vzduchu a chronický únik vzduchu je nevyhnutný. Okrem toho, použitie relé v elektrických vozidlách, silné vibračné prostredie kedykoľvek a kdekoľvek, tiež vážne testovalo kvalitu tesnenia.

Ako stále viac vzduchu vstupuje do utesnenej dutiny a tesnenie puzdra sa zhoršuje, stupeň vákua v zhášacej komore sa postupne znižuje a schopnosť zhášania oblúka sa postupne zhoršuje, čo je dôležitý faktor ovplyvňujúci životnosť relé. .