Koji čimbenici utječu na vijek trajanja visokonaponskog istosmjernog releja?

Visokonaponski istosmjerni releji izvorno su se uglavnom koristili u elektroenergetskoj industriji te zrakoplovnoj i svemirskoj industriji. Posljednjih godina, električna vozila postupno su rasla, a sustavi distribucije pogonske energije postali su vrlo važan scenarij primjene za visokonaponske istosmjerne releje. Visoki napon je u odnosu na 24V, 48V niskonaponske sustave. Neka električna vozila niske brzine biraju konfiguraciju napajanja sustava od 60 V i 72 V. Općenito, napon brzih osobnih automobila je iznad 200 V, a autobus može doseći više od 600 V. Releji koji zadovoljavaju zahtjeve ove naponske faze nazivaju se visokonaponski istosmjerni releji.

Visokonaponski istosmjerni relej, životni vijek uključuje dva parametra mehanički i električni životni vijek. Čimbenici koji utječu na mehanički životni vijek uključuju materijal kontaktnih točaka, dizajn i razinu proizvodnje mehanizma za otvaranje i zatvaranje, itd. Usko grlo električnog vijeka uglavnom je životni vijek kontakta.

1. Učinak luka magnetskog polja na električni vijek kontakata

Kao što je prikazano na donjoj slici, objašnjen je princip dizajna magnetskog puhanja u releju. Lijevi statički kontakt, prema smjeru struje prikazanom na slici, koristi pravilo desne ruke za određivanje smjera magnetskog polja zavojnice. Luk je struja u ionizacijskom kanalu koju stvara napon koji se probija kroz medij između statičkih kontakata. U potpunosti poštuje zakon elektromagnetske interakcije. Magnetsko polje koje stvara luk prikazano je na slici. Koristite pravilo lijeve ruke da odredite smjer sile luka. Smjer sile je na slici označen s F.

Magnetsko puhanje je korištenje trajnog magneta ili elektromagneta za stvaranje magnetskog polja. Smjer u kojem magnetsko polje stupa u interakciju s lukom je povlačenje strujnog kruga od dinamičkih i statičkih kontakata.

S brzim kretanjem pokretnog kontakta i primjenom učinka magnetskog puhanja, luk se rasteže i otpor luka brzo raste, što uzrokuje nagli pad struje luka i opadanje toplinske učinkovitosti luka. Stupanj ionizacije medija opada s padom temperature, a smanjuje se i električna vodljivost kanala luka. Ako se luk istovremeno povlači, u procesu kretanja luka prema van, s drugim načinima rezanja luka i hlađenja luka, luk će se brže ugasiti.

Smanjenje vremena stvaranja luka važan je način zaštite kontakata. Dobar dizajn magnetskog puhanja sigurno će produžiti vijek trajanja releja. Magnetsko puhanje naširoko se koristi u relejima i kontaktorima velike snage s manje osjetljivim prostornim zahtjevima, dok su u malim relejima slični uređaji dizajnirani za pojedinačne proizvode.

2. Utjecaj tlaka okolnog zraka na električni vijek kontakata

Kako bi se skratilo vrijeme gorenja, uz korištenje gore spomenute metode magnetskog puhanja za povlačenje luka, metode koje se često koriste za gašenje luka u uskim prostorima uključuju promjenu okruženja otvaranja i zatvaranja kontakta, punjenje zatvorene komore za gašenje luka s plin s visokom energijom ionizacije, ili Komora za gašenje luka je evakuirana.

Uzroci plinskih lukova visokog tlaka

Energija ionizacije. U procesu kada plinoviti atomi gube elektrone i postaju kationi, potrebno je prevladati privlačnost jezgre prema elektronima, odnosno energiju koja izvlači elektrone iz atomskih orbitala kako bi postali slobodni elektroni. To je energija ionizacije takvih elemenata. Što je veća energija ionizacije, to se atomi manje lako ioniziraju, manje lako postaju kationi, a metalnost je slabija; naprotiv, što lakše gube elektrone i postaju kationi, to je metalnost jača. U periodnom sustavu helij ima najveću ionizacijsku energiju, tako da se helijem može puniti zatvorena komora za gašenje luka, što poboljšava sposobnost releja da ugasi luk.

Postoje mnoge studije koje objašnjavaju uzroke luka u visokotlačnim plinskim okruženjima. Opća točka je sljedeća. U visokotlačnoj plinskoj komori, stvaranje luka se izvodi u dva stupnja. Katodni kontakt emitira elektrone pod djelovanjem temperature ili napona, a prima ih anoda i stvara prvi proboj; početno formiranje luka donosi visoku temperaturu i ionizirane plinske katione, a ionski put luka se dalje širi kako bi se formirao masivniji luk.

Uzroci vakuumskog luka

U uvjetima vakuuma više ne postoji medij koji se može ionizirati. Teško je zapaliti luk, ali ipak može zagorjeti. U trenutku kada su dinamički i statički kontakti razdvojeni, metal na kontaktima isparava, formirajući metalni ionski kanal, au kanalu se stvara luk. Postoji nekoliko različitih objašnjenja kako nastaje takav ionski kanal.

Prvi je objasniti teoriju visokotemperaturne emisije elektrona. Vjeruje se da na katodnim kontaktima postoje izvorni nedostaci koji se nazivaju mrlje. Smatra se da je otpor položaja točke relativno velik, a lokalna temperatura relativno visoka tijekom procesa energiziranja. Kada se dinamički i statički kontakt trebaju odvojiti, visokotemperaturni dio emitira elektrone na anodu, u početku stvarajući luk, luk gori, kontaktni materijal isparava, dalje stvara metalnu paru, a zatim stvara luk u vakuumu;

Drugo objašnjenje teorije emisije polja je da katoda ima sposobnost emitiranja elektrona kada je primijenjeni napon između dinamičkih i statičkih kontakata dovoljno visok. Kada se dinamički i statički kontakti budu odvojili, općenito će postojati konačna međusobna kontaktna pozicija, a ta površina je pozitivno mala. Tok elektrona koji emitira polje teče do anode kroz ovo izuzetno malo područje, a ogromna gustoća struje proizvodi dramatičan toplinski učinak i na katodu i na anodu, uzrokujući postupno širenje taljenja na cijeli kontakt od te točke, a kontaktna površina se topi. Stvaranje metalne pare. Bolje ionizacijsko okruženje uzrokuje širenje ljestvice protoka elektrona, stvarajući vakuumski luk.

Stupanj vakuuma: Općenito, što je viši stupanj vakuuma, manja je vjerojatnost da će se pokvariti i teže je formirati luk. U idealnim uvjetima, dielektrična čvrstoća može doseći razinu od 10 000 V po 0,1 mm. Ali kada vakuum dosegne određenu razinu, daljnje povećanje neće pomoći u smanjenju probojnog napona. Kao što je prikazano na gornjoj krivulji, ona pokazuje odnos između vakuuma i probojnog napona. Što je niži probojni napon, to je lakše formiranje i održavanje luka, odnosno duže je vrijeme gorenja. Stupanj vakuuma izravno se mjeri tlakom zraka. Što je niži tlak zraka, to je veći stupanj vakuuma.

Vakuumski zatvorena komora za gašenje luka, da bi se dobila vakuumska komora za gašenje luka, zahtijeva dobre materijale i tehnologiju brtvljenja. Keramičke i smolom zabrtvljene komore za gašenje luka, dvije vrste tehnologije zabrtvljene komore za gašenje luka koriste se istovremeno, a nitko nije postigao očite prednosti.

Keramička zatvorena komora za gašenje luka koristi karakteristike keramike otporne na visoke temperature, a temperatura luka je izuzetno visoka (središte može doseći 5000 °C). Općenito, materijali ne mogu podnijeti takve temperature, a keramika može zadovoljiti taj zahtjev. Međutim, keramiku je tehnički teško zalijepiti.

Komora za gašenje luka izrađena od smole ima bolju tehnologiju brtvljenja od keramike, ali je njena otpornost na visoke temperature nedovoljna.

3. Utjecaj mehaničkih parametara na električni vijek kontakata

Strukturni parametri koji se odnose na električni životni vijek kontakata uključuju: kontaktnu površinu, prekidni mehanizam, kontaktni kontaktni tlak itd.

Kontaktno područje, veće kontaktno područje dinamičkih i statičkih kontakata, može osigurati veći put za struju, smanjiti kontaktni otpor i smanjiti porast temperature. Kada je relej zatvoren ili odspojen, toplina iz malog luka će se lakše raspršiti putem većeg kontakta, čime se smanjuje rizik od taljenja kontakta.

Mehanizam prekida je još jedna tehnička točka u dizajnu releja. Sam mehanizam ima stabilan ciklus djelovanja. Vrijeme potrebno od početka do konačnog kretanja do maksimalno otvorene pozicije izravno utječe na vrijeme stvaranja luka.

Kontaktni pritisak dinamičkih i statičkih kontakata, uvijek postoji kontaktni otpor između dinamičkih i statičkih kontakata, što je veći kontaktni pritisak, manji je otpor. Veliki kontaktni tlak može smanjiti električni gubitak i porast temperature releja u normalnim radnim uvjetima; relativno mala oštećenja ili uzdignute neravnine na kontaktnoj površini neće uzrokovati značajne štetne učinke pod velikim pritiskom, a nakon što se zatvori nekoliko točaka, udar između kontakata izgladit će ove male nedostatke.

4. Nepropusnost komore za gašenje luka

Nemoguće je postići apsolutnu nepropusnost u vakuumskom prekidaču, a postoji mogućnost propuštanja zraka u zavarenim spojevima ljuske. Dopušteni koeficijent propuštanja zraka uključen je u njegov projektni indeks, a kronično propuštanje zraka je neizbježno. Osim toga, korištenje releja u električnim vozilima, okruženje jakih vibracija u bilo koje vrijeme i na bilo kojem mjestu, također je ozbiljno testiralo kvalitetu brtve.

Kako sve više i više zraka ulazi u zatvorenu šupljinu, a brtvljenje kućišta postaje sve lošije, stupanj vakuuma u komori za gašenje luka postupno se smanjuje, a sposobnost gašenja luka postupno će se pogoršavati, što je važan čimbenik koji utječe na vijek trajanja releja. .