Jaké faktory ovlivňují životnost vysokonapěťového stejnosměrného relé?

Vysokonapěťová stejnosměrná relé se původně používala hlavně v energetice a leteckém a kosmickém průmyslu. V posledních letech se elektrická vozidla postupně rozvíjejí a hnací systémy distribuce energie se staly velmi důležitým aplikačním scénářem pro vysokonapěťová stejnosměrná relé. Vysoké napětí je relativní k 24V, 48V nízkonapěťovým systémům. Některá nízkorychlostní elektrická vozidla volí konfiguraci napájení 60V a 72V systémů. Obecně platí, že napětí vysokorychlostních osobních automobilů je nad 200 V a autobus může dosáhnout více než 600 V. Relé, která splňují požadavky této napěťové fáze, se nazývají vysokonapěťová stejnosměrná relé.

Vysokonapěťové stejnosměrné relé, životnost zahrnuje dva parametry mechanické životnosti a elektrické životnosti. Mezi faktory, které ovlivňují mechanickou životnost, patří materiál kontaktních bodů, konstrukční a výrobní úroveň otevíracího a zavíracího mechanismu atd. Úzkým místem elektrické životnosti je především životnost kontaktů.

1.Vliv elektrického oblouku magnetického pole na elektrickou životnost kontaktů

Jak je znázorněno na obrázku níže, je vysvětlen princip konstrukce magnetického úderu v relé. Levý statický kontakt podle aktuálního směru znázorněného na obrázku používá pravidlo pravé ruky k určení směru magnetického pole cívky. Oblouk je proud v ionizačním kanálu tvořený napětím, které prorazí médium mezi statickými kontakty. Zcela podléhá zákonu elektromagnetické interakce. Magnetické pole generované obloukem je znázorněno na obrázku. Pomocí pravidla levé ruky určete směr síly oblouku. Směr síly je na obrázku označen F.

Magnetické foukání je použití permanentního magnetu nebo elektromagnetu k vytvoření magnetického pole. Směr, ve kterém magnetické pole interaguje s obloukem, je odtáhnout obvod od dynamických a statických kontaktů.

Rychlým pohybem pohyblivého kontaktu a aplikací efektu magnetického foukání se oblouk natáhne a odpor oblouku se rychle zvýší, což způsobí prudký pokles proudu oblouku a snížení tepelné účinnosti oblouku. Stupeň ionizace média klesá s klesající teplotou a snižuje se elektrická vodivost obloukového kanálu. Pokud je oblouk tažen současně, v procesu pohybu oblouku směrem ven, s jinými prostředky řezání oblouku a ochlazování oblouku, oblouk zhasne rychleji.

Snížení doby oblouku je důležitým prostředkem ochrany kontaktů. Dobrý design magnetického úderu rozhodně prodlouží životnost relé. Magnetické foukání bylo široce používáno u vysoce výkonných relé a stykačů s méně citlivými požadavky na prostor, zatímco u malých relé byla podobná zařízení navržena pro jednotlivé produkty.

2. Vliv okolního tlaku vzduchu na elektrickou životnost kontaktů

Za účelem zkrácení doby hoření oblouku, kromě použití výše uvedené metody magnetického foukání k vytažení oblouku, metody často používané pro zhášení oblouku v úzkých prostorech zahrnují změnu prostředí otevření a uzavření kontaktu, naplnění utěsněné zhášecí komory oblouku plyn s vysokou ionizační energií, nebo Zhášecí komora oblouku je evakuována.

Příčiny vysokotlakých plynových oblouků

Ionizační energie. V procesu, kdy plynné atomy ztrácejí elektrony a stávají se kationty, je nutné překonat přitažlivost jádra k elektronům, tedy energii, která vytahuje elektrony z atomových orbitalů, aby se staly volnými elektrony. To je ionizační energie takových prvků. Čím vyšší je ionizační energie, tím hůře se atomy ionizují, tím méně se z nich stávají kationty a tím slabší je metalicita; naopak, čím snadněji ztrácejí elektrony a stávají se z nich kationty, tím silnější je metalicita. V periodické tabulce je nejvyšší ionizační energie helium, takže helium může být naplněno do uzavřené zhášecí komory oblouku, což zlepšuje schopnost relé uhasit oblouk.

Existuje mnoho studií vysvětlujících příčiny jiskření v prostředí s vysokým tlakem plynu. Obecný bod je následující. Ve vysokotlaké plynové komoře se oblouk provádí ve dvou fázích. Katodový kontakt emituje elektrony působením teploty nebo napětí a je přijímán anodou, aby vytvořil první průraz; počáteční vytvoření oblouku přináší vysokou teplotu a ionizované plynové kationty a iontová dráha oblouku se dále rozšiřuje, aby vytvořil masivnější oblouk.

Příčiny vakuového oblouku

V podmínkách vakua již neexistuje médium, které lze ionizovat. Je obtížné vypálit oblouk, ale stále může hořet. V okamžiku, kdy dojde k oddělení dynamických a statických kontaktů, se kov na kontaktech vypaří, vytvoří kanálek ​​kovových iontů a v kanálku se vytvoří oblouk. Existuje několik různých vysvětlení, jak se takový iontový kanál tvoří.

První je vysvětlit teorii vysokoteplotních emisních elektronů. Předpokládá se, že na katodových kontaktech jsou původní vady, které se nazývají skvrny. Má se za to, že odpor bodové polohy je relativně velký a místní teplota je během procesu nabuzení relativně vysoká. Když dojde k oddělení dynamického a statického kontaktu, vysokoteplotní část emituje elektrony k anodě, zpočátku vytvoří oblouk, oblouk hoří, materiál kontaktu se vypařuje, dále tvoří kovové páry a poté vytváří oblouk ve vakuu;

Druhým vysvětlením teorie emise pole je, že katoda má schopnost emitovat elektrony, když je aplikované napětí mezi dynamickými a statickými kontakty dostatečně vysoké. Když dojde k oddělení dynamického a statického kontaktu, bude obecně existovat konečná vzájemná kontaktní poloha a tato plocha je pozitivně malá. Tok elektronů vyzařujících pole proudí k anodě přes tuto extrémně malou oblast a obrovská proudová hustota vytváří dramatický tepelný účinek na katodu i anodu, což způsobuje, že se tavení postupně rozšíří do celého kontaktu od tohoto bodu. kontaktní povrch se roztaví. Vytvářejte kovové páry. Lepší ionizační prostředí způsobí, že se měřítko toku elektronů rozšíří a vytvoří vakuový oblouk.

Stupeň vakua: Obecně platí, že čím vyšší je stupeň vakua, tím je menší pravděpodobnost, že se porouchá a tím obtížnější je vytvořit oblouk. Za ideálních podmínek může dielektrická pevnost dosáhnout úrovně 10 000 V na 0,1 mm. Ale když vakuum dosáhne určité úrovně, další zvýšení nepomůže snížit průrazné napětí. Jak ukazuje výše uvedená křivka, ukazuje vztah mezi vakuem a průrazným napětím. Čím nižší je průrazné napětí, tím snazší je vytvořit a udržet oblouk, to znamená, že doba hoření oblouku je delší. Stupeň vakua se přímo měří tlakem vzduchu. Čím nižší je tlak vzduchu, tím vyšší je stupeň vakua.

Vakuově utěsněná zhášecí komora, pro získání vakuové zhášecí komory, vyžaduje dobré materiály a technologii těsnění. Keramické zhášecí komory a zhášecí komory uzavřené pryskyřicí, dva typy technologie zhášecích komor s uzavřeným obloukem se používají současně a nikdo nedosáhl zjevných výhod.

Keramická uzavřená zhášecí komora využívá vlastnosti keramiky odolné vůči vysokým teplotám a teplota oblouku je extrémně vysoká (střed může dosáhnout 5000 °C). Obecně platí, že materiály takové teploty nevydrží a keramika tento požadavek jen splní. Keramika je však technicky obtížně utěsnitelná.

Zhášecí komora oblouku vyrobená z pryskyřice má lepší technologii těsnění než keramika, ale její vysoká teplotní odolnost je nedostatečná.

3. Vliv mechanických parametrů na elektrickou životnost kontaktů

Mezi konstrukční parametry související s elektrickou životností kontaktů patří: kontaktní plocha, vypínací mechanismus, kontaktní kontaktní tlak atd.

Kontaktní plocha, větší kontaktní plocha dynamických a statických kontaktů, může poskytnout větší dráhu proudu, snížit přechodový odpor a snížit nárůst teploty. Když je relé sepnuto nebo odpojeno, teplo z malého oblouku bude snadněji rozptýleno větším kontaktem, čímž se sníží riziko roztavení kontaktu.

Vypínací mechanismus je dalším technickým bodem v konstrukci relé. Samotný mechanismus má stabilní akční cyklus. Doba potřebná od začátku do konečného pohybu do maximální otevřené polohy přímo ovlivňuje dobu hoření oblouku.

Kontaktní tlak dynamických a statických kontaktů, mezi dynamickými a statickými kontakty je vždy přechodový odpor, čím větší kontaktní tlak, tím menší odpor. Velký kontaktní tlak může snížit elektrické ztráty a nárůst teploty relé za normálních pracovních podmínek; relativně malé poškození nebo zvýšené otřepy na kontaktní ploše nezpůsobí pod velkým tlakem významné nepříznivé účinky a po uzavření několika bodů náraz mezi kontakty tyto malé defekty vyhladí.

4. Těsnost zhášecí komory oblouku

U vakuového zhášedla není možné dosáhnout absolutní těsnosti a ve svarech pláště existuje možnost úniku vzduchu. Do jeho návrhového indexu byl zahrnut přípustný koeficient úniku vzduchu a chronický únik vzduchu je nevyhnutelný. Kromě toho, použití relé v elektrických vozidlech, silné vibrační prostředí kdykoli a kdekoli, také vážně testovalo kvalitu těsnění.

Jak stále více vzduchu vstupuje do utěsněné dutiny a těsnění pouzdra se zhoršuje, stupeň podtlaku v komoře zhášení oblouku se postupně snižuje a schopnost zhášení oblouku se bude postupně zhoršovat, což je důležitý faktor ovlivňující životnost relé. .