Yüksek gerilim DC röle ömrünü hangi faktörler etkiler?

Yüksek gerilim DC röleleri başlangıçta esas olarak enerji endüstrisinde ve havacılık ve uzay endüstrilerinde kullanıldı. Son yıllarda elektrikli araçların kullanımı giderek artmış ve güç dağıtım sistemlerini sürmek, yüksek gerilim DC röleleri için çok önemli bir uygulama senaryosu haline gelmiştir. Yüksek gerilim, 24V, 48V alçak gerilim sistemleriyle ilgilidir. Bazı düşük hızlı elektrikli araçlar, 60V ve 72V sistemlerin güç konfigürasyonunu seçer. Genellikle yüksek hızlı binek araçların voltajı 200V'un üzerindedir ve otobüs 600V'un üzerine çıkabilmektedir. Bu gerilim fazının gereksinimlerini karşılayan rölelere yüksek gerilim DC röleleri denir.

Yüksek gerilim DC rölesi ömrü, mekanik ömür ve elektriksel ömür olmak üzere iki parametre içerir. Mekanik ömrü etkileyen faktörler arasında temas noktalarının malzemesi, açma ve kapama mekanizmasının tasarım ve üretim seviyesi vb. yer alır. Elektrik ömrünün darboğazı esas olarak kontak ömrüdür.

1.Manyetik alan arkının kontakların elektriksel ömrüne etkisi

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi röledeki manyetik darbe tasarımının prensibi anlatılmaktadır. Sol statik kontak, şekilde gösterilen akım yönüne göre, bobin manyetik alanının yönünü belirlemek için sağ el kuralını kullanır. Ark, statik kontaklar arasındaki ortamdan geçen bir voltajın oluşturduğu iyonizasyon kanalındaki bir akımdır. Elektromanyetik etkileşim yasasına tamamen uyar. Arkın oluşturduğu manyetik alan şekilde gösterilmiştir. Yayın kuvvet yönünü belirlemek için sol el kuralını kullanın. Kuvvetin yönü şekilde F ile gösterilmiştir.

Manyetik üfleme, manyetik alan oluşturmak için kalıcı bir mıknatıs veya elektromıknatıs kullanmaktır. Manyetik alanın ark ile etkileşime girdiği yön, devreyi dinamik ve statik kontaklardan uzaklaştırmaktır.

Hareketli kontağın hızlı hareketi ve manyetik üfleme etkisinin uygulanmasıyla ark gerilir ve ark direnci hızla artar, bu da ark akımının keskin bir şekilde düşmesine ve arkın termal veriminin düşmesine neden olur. Sıcaklık düştükçe ortamın iyonlaşma derecesi azalır ve ark kanalının elektriksel iletkenliği azalır. Ark aynı anda çekilirse, arkın dışarı doğru hareket etmesi sürecinde arkı kesme ve arkı soğutmanın diğer yolları ile ark daha hızlı sönecektir.

Ark süresini azaltmak kontakları korumanın önemli bir yoludur. İyi bir manyetik darbe tasarımı kesinlikle rölenin ömrünü uzatacaktır. Manyetik üfleme, yüksek güçlü rölelerde ve daha az hassas alan gereksinimi olan kontaktörlerde yaygın olarak kullanılırken, küçük rölelerde bireysel ürünler için benzer cihazlar tasarlanmıştır.

2. Ortam hava basıncının kontakların elektriksel ömrüne etkisi

Ark süresini kısaltmak amacıyla, arkı çekmek için yukarıda bahsedilen manyetik üfleme yönteminin kullanılmasına ek olarak, dar alanlardaki arkları söndürmek için sıklıkla kullanılan yöntemler arasında kontak açma ve kapama ortamının değiştirilmesi, kapalı ark söndürme odasının gazla doldurulması yer alır. İyonlaşma enerjisi yüksek bir gaz veya Ark söndürme odası boşaltılır.

Yüksek basınçlı gaz arklarının nedenleri

İyonlaşma enerjisi. Gaz halindeki atomların elektron kaybedip katyon haline gelme sürecinde, çekirdeğin elektronlara olan çekiminin, yani elektronları atomik yörüngelerden çekip serbest elektron haline getiren enerjinin üstesinden gelmek gerekir. Bu, bu tür elementlerin iyonlaşma enerjisidir. İyonlaşma enerjisi ne kadar yüksek olursa, atomlar o kadar kolay iyonize olmaz, katyon haline gelmeleri o kadar kolay olmaz ve metaliklik o kadar zayıf olur; tam tersine ne kadar kolay elektron kaybedip katyona dönüşürlerse metalikliği de o kadar güçlü olur. Periyodik tabloda en yüksek iyonlaşma enerjisi helyumdur, dolayısıyla kapalı ark söndürme odasına helyum doldurulabilir, bu da rölenin arkı söndürme yeteneğini artırır.

Yüksek basınçlı gaz ortamlarında ark oluşumunun nedenlerini açıklayan birçok çalışma bulunmaktadır. Genel nokta şu şekildedir. Yüksek basınçlı bir gaz odasında ark iki aşamada gerçekleştirilir. Katot kontağı, sıcaklık veya voltajın etkisi altında elektronlar yayar ve ilk arızayı oluşturmak için anot tarafından alınır; Arkın ilk oluşumu yüksek sıcaklık ve iyonize gaz katyonlarını beraberinde getirir ve arkın iyon yolu daha da genişletilerek daha Masif ark oluşturulur.

Vakum arkının nedenleri

Vakum koşullarında artık iyonlaşabilecek bir ortam yoktur. Arkı yakmak zordur ama yine de yanabilir. Dinamik ve statik kontakların ayrıldığı anda kontakların üzerindeki metal buharlaşarak bir metal iyon kanalı oluşturur ve kanalda bir ark oluşur. Böyle bir iyon kanalının nasıl oluştuğuna dair birkaç farklı açıklama vardır.

Birincisi, yüksek sıcaklıkta emisyon elektronları teorisini açıklamaktır. Katot kontaklarında noktalar adı verilen orijinal kusurların olduğuna inanılmaktadır. Enerjilendirme işlemi sırasında nokta konum direncinin nispeten büyük olduğu ve yerel sıcaklığın nispeten yüksek olduğu düşünülmektedir. Dinamik ve statik kontaklar ayrılmak üzereyken, yüksek sıcaklıktaki kısım anoda elektronlar yayar, başlangıçta bir yay oluşturur, ark yanar, kontak malzemesi buharlaşır, ayrıca metal buharı oluşturur ve ardından vakumda bir ark oluşturur;

Alan emisyon teorisinin ikinci açıklaması, dinamik ve statik kontaklar arasında uygulanan voltaj yeterince yüksek olduğunda katodun elektron yayma yeteneğine sahip olmasıdır. Dinamik ve statik temaslar ayrılmak üzereyken genellikle birbirleriyle son bir temas konumu olacaktır ve bu yüz pozitif olarak küçüktür. Alan yayan elektron akışı, bu son derece küçük alan üzerinden anoda doğru akar ve büyük akım yoğunluğu, hem katot hem de anot üzerinde dramatik bir termal etki oluşturarak erimenin bu noktadan itibaren yavaş yavaş tüm temas noktasına yayılmasına neden olur ve temas yüzeyi erir. Metal buharı oluşturun. Daha iyi bir iyonizasyon ortamı, elektron akışının ölçeğinin genişlemesine ve bir vakum arkı oluşmasına neden olur.

Vakum derecesi: Genel olarak, vakum derecesi ne kadar yüksek olursa, kırılma olasılığı da o kadar az olur ve ark oluşturmak da o kadar zor olur. İdeal koşullar altında dielektrik dayanımı 0,1 mm'de 10.000V seviyesine ulaşabilir. Ancak vakum belirli bir seviyeye ulaştığında daha fazla artış, arıza voltajının azaltılmasına yardımcı olmayacaktır. Yukarıdaki eğride gösterildiği gibi vakum ile arıza voltajı arasındaki ilişkiyi gösterir. Arıza gerilimi ne kadar düşük olursa arkın oluşturulması ve sürdürülmesi o kadar kolay olur, yani ark süresi o kadar uzun olur. Vakum derecesi doğrudan hava basıncıyla ölçülür. Hava basıncı ne kadar düşük olursa vakum derecesi de o kadar yüksek olur.

Vakumlu ark söndürme odası, bir vakumlu ark söndürme odası elde etmek için iyi malzeme ve sızdırmazlık teknolojisi gerektirir. Seramik ve reçine sızdırmaz ark söndürme odaları, iki tip sızdırmaz ark söndürme odası teknolojisi aynı anda kullanılmaktadır ve hiç kimse belirgin avantajlar elde edememiştir.

Seramik sızdırmaz ark söndürme odası, seramiğin yüksek sıcaklık dayanımı özelliklerini kullanır ve ark sıcaklığı son derece yüksektir (merkez 5000 ° C'ye ulaşabilir). Genellikle malzemeler bu sıcaklıklara dayanamaz ve seramikler bu gereksinimi ancak karşılayabilir. Ancak seramiklerin mühürlenmesi teknik olarak zordur.

Reçineden yapılan ark söndürme odası seramiğe göre daha iyi sızdırmazlık teknolojisine sahiptir ancak yüksek sıcaklık dayanımı yetersizdir.

3. Mekanik parametrelerin kontakların elektriksel ömrü üzerindeki etkisi

Kontakların elektriksel ömrüyle ilgili yapısal parametreler şunları içerir: kontak alanı, kesme mekanizması, kontak kontak basıncı vb.

Dinamik ve statik kontakların daha büyük temas alanı olan temas alanı, akım için daha geniş bir yol sağlayabilir, temas direncini azaltabilir ve sıcaklık artışını azaltabilir. Röle kapatıldığında veya bağlantısı kesildiğinde, küçük arktan gelen ısı daha büyük kontak tarafından daha kolay dağıtılacak ve böylece kontağın erimesi riski azalacaktır.

Röle tasarımında bir diğer teknik nokta kesme mekanizmasıdır. Mekanizmanın kendisi istikrarlı bir eylem döngüsüne sahiptir. Başlangıçtan son harekete ve maksimum açık konuma kadar gereken süre, ark süresini doğrudan etkiler.

Dinamik ve statik kontakların kontak basıncı, dinamik ve statik kontaklar arasında her zaman bir kontak direnci vardır, kontak basıncı ne kadar büyük olursa direnç o kadar küçük olur. Büyük temas basıncı, normal çalışma koşulları altında rölenin elektrik kaybını ve sıcaklık artışını azaltabilir; Temas yüzeyindeki nispeten küçük hasar veya yükseltilmiş çapak, büyük basınç altında önemli olumsuz etkilere neden olmaz ve birkaç nokta kapatıldıktan sonra, kontaklar arasındaki darbe bu küçük kusurları düzeltir.

4. Ark söndürme odasının sızdırmazlığı

Vakum kesicide mutlak bir sızdırmazlık sağlamak mümkün değildir ve kabuk kaynaklarında hava sızıntısı olasılığı vardır. Tasarım indeksine izin verilen bir hava kaçağı katsayısı dahil edilmiştir ve kronik hava kaçağı kaçınılmazdır. Ayrıca elektrikli araçlarda röle kullanımı, ortamın her zaman ve her yerde şiddetli titreşime maruz kalması, conta kalitesini de ciddi şekilde test etti.

Kapalı boşluğa gittikçe daha fazla hava girdikçe ve kasanın sızdırmazlığı kötüleştikçe, ark söndürme odasındaki vakum derecesi giderek azalır ve ark söndürme yeteneği giderek kötüleşir, bu da rölenin ömrünü etkileyen önemli bir faktördür. .