Hvilke faktorer påvirker højspændings DC-relæets levetid?

Højspændings DC-relæer blev oprindeligt hovedsageligt brugt i elindustrien og luftfarts- og rumfartsindustrien. I de senere år er elektriske køretøjer gradvist steget, og drivkraftdistributionssystemer er blevet et meget vigtigt applikationsscenario for højspændings-DC-relæer. Højspænding er i forhold til 24V, 48V lavspændingssystemer. Nogle elbiler med lav hastighed vælger strømkonfigurationen af ​​60V- og 72V-systemer. Generelt er spændingen på højhastighedspersonbiler over 200V, og bussen kan nå mere end 600V. Relæer, der opfylder kravene til denne spændingsfase, kaldes højspændings-DC-relæer.

Højspændings DC-relæ, levetiden inkluderer to parametre for mekanisk levetid og elektrisk levetid. De faktorer, der påvirker den mekaniske levetid, omfatter kontaktpunkternes materiale, åbnings- og lukkemekanismens design og fremstillingsniveau osv. Flaskehalsen for den elektriske levetid er hovedsageligt kontaktlevetiden.

1. Effekt af magnetisk feltbue på kontakters elektriske levetid

Som vist på figuren nedenfor er princippet for det magnetiske blæsedesign i relæet forklaret. Den venstre statiske kontakt, ifølge den aktuelle retning vist på figuren, bruger højrehåndsreglen til at bestemme retningen af ​​spolens magnetfelt. En lysbue er en strøm i en ioniseringskanal dannet af en spænding, der bryder gennem mediet mellem de statiske kontakter. Det adlyder fuldstændigt loven om elektromagnetisk interaktion. Det magnetiske felt, der genereres af buen, er vist på figuren. Brug venstrehåndsreglen til at bestemme buens kraftretning. Kraftretningen er angivet med F på figuren.

Magnetisk blæsning er at bruge en permanent magnet eller en elektromagnet til at generere et magnetfelt. Retningen, hvori det magnetiske felt interagerer med lysbuen, er at trække kredsløbet væk fra de dynamiske og statiske kontakter.

Med den hurtige bevægelse af den bevægelige kontakt og anvendelsen af ​​den magnetiske blæseeffekt strækkes buen, og lysbuemodstanden øges hurtigt, hvilket får lysbuestrømmen til at falde kraftigt, og den termiske effektivitet af buen falder. Mediets ioniseringsgrad falder, når temperaturen falder, og lysbuekanalens elektriske ledningsevne falder. Hvis buen trækkes på samme tid, mens lysbuen bevæger sig udad, med andre midler til at skære buen og afkøle lysbuen, vil buen blive slukket hurtigere.

Reduktion af lysbuetid er et vigtigt middel til at beskytte kontakterne. Et godt magnetisk blæsedesign vil helt sikkert forlænge relæets levetid. Magnetisk blæsning er blevet brugt i vid udstrækning i højeffektrelæer og kontaktorer med mindre følsomme pladsbehov, mens der i små relæer er designet lignende enheder til individuelle produkter.

2. Indflydelse af omgivende lufttryk på kontakters elektriske levetid

For at forkorte lysbuetiden omfatter de metoder, der ofte bruges til at slukke lysbuer i snævre rum, ud over at bruge den ovennævnte magnetblæsemetode til at trække lysbuen ændring af kontaktåbnings- og lukkemiljøet, fyldning af det forseglede lysbueslukningskammer med en gas med høj ioniseringsenergi, eller Lysbueslukningskammeret evakueres.

Årsager til højtryksgasbuer

Ioniseringsenergi. I processen med at gasformige atomer mister elektroner og bliver til kationer, er det nødvendigt at overvinde kernens tiltrækning til elektronerne, det vil sige den energi, der trækker elektroner ud af atomare orbitaler for at blive frie elektroner. Dette er ioniseringsenergien af ​​sådanne elementer. Jo højere ioniseringsenergi, jo mindre let ioniseres atomerne, jo mindre let bliver de til kationer, og jo svagere er metalliciteten; tværtimod, jo lettere de taber elektroner og bliver til kationer, jo stærkere er metalliciteten. I det periodiske system er den højeste ioniseringsenergi helium, så helium kan fyldes i det forseglede lysbueslukningskammer, hvilket forbedrer relæets evne til at slukke lysbuen.

Der er mange undersøgelser, der forklarer årsagerne til lysbuer i højtryksgasmiljøer. Det generelle punkt er som følger. I et højtryksgaskammer udføres lysbuedannelse i to trin. Katodekontakten udsender elektroner under påvirkning af temperatur eller spænding og modtages af anoden for at danne det første sammenbrud; den indledende dannelse af lysbuen medfører høje temperaturer og ioniserede gaskationer, og buens ionvej udvides yderligere for at danne mere massiv bue.

Årsager til vakuumbue

Under vakuumforhold er der ikke længere et medium, der kan ioniseres. Det er svært at brænde en bue, men den kan stadig brænde. I det øjeblik, hvor de dynamiske og statiske kontakter er adskilt, fordamper metallet på kontakterne og danner en metalionkanal, og der dannes en bue i kanalen. Der er flere forskellige forklaringer på, hvordan sådan en ionkanal dannes.

Den første er at forklare teorien om højtemperaturemissionselektroner. Det menes, at der er originale defekter på katodekontakterne, som kaldes pletter. Det anses for, at punktpositionsmodstanden er relativt stor, og den lokale temperatur er relativt høj under aktiveringsprocessen. Når de dynamiske og statiske kontakter er ved at blive adskilt, udsender højtemperaturdelen elektroner til anoden, der i begyndelsen danner en bue, lysbuen brænder, kontaktmaterialet fordamper, danner yderligere metaldamp og danner derefter en bue i vakuum;

Den anden forklaring på feltemissionsteori er, at katoden har evnen til at udsende elektroner, når den påførte spænding mellem de dynamiske og statiske kontakter er høj nok. Når de dynamiske og statiske kontakter er ved at blive adskilt, vil der generelt være en endelig kontaktposition med hinanden, og denne flade er positivt lille. Den feltemitterende elektronstrøm strømmer til anoden gennem dette ekstremt lille område, og den enorme strømtæthed giver en dramatisk termisk effekt på både katoden og anoden, hvilket får smeltningen til gradvist at sprede sig til hele kontakten fra det punkt, og kontaktfladen smelter. Generer metaldamp. Et bedre ioniseringsmiljø får elektronstrømmens skala til at udvide sig og danner en vakuumbue.

Vakuumgrad: Generelt gælder det, at jo højere vakuumgraden er, jo mindre sandsynlighed er det for at bryde ned, og jo sværere er det at danne en bue. Under ideelle forhold kan den dielektriske styrke nå niveauet på 10.000V pr. 0,1 mm. Men når vakuumet når et vist niveau, vil yderligere stigning ikke hjælpe med at reducere nedbrydningsspændingen. Som vist i ovenstående kurve viser den sammenhængen mellem vakuumet og nedbrydningsspændingen. Jo lavere gennembrudsspændingen er, jo lettere er det at danne og vedligeholde lysbuen, det vil sige, jo længere er lysbuetiden. Graden af ​​vakuum måles direkte ved lufttryk. Jo lavere lufttryk, jo højere grad af vakuum.

Vakuumforseglet lysbueslukningskammer, for at opnå et vakuumbueslukningskammer, kræver gode materialer og tætningsteknologi at opnå. Keramiske og harpiks-forseglede lysbueslukningskamre, to typer forseglet lysbueslukningskammerteknologi bruges samtidigt, og ingen har opnået åbenlyse fordele.

Det keramiske forseglede lysbueslukningskammer bruger keramikkens højtemperaturmodstandskarakteristika, og lysbuetemperaturen er ekstremt høj (centret kan nå 5000 ° C). Generelt kan materialer ikke modstå sådanne temperaturer, og keramik kan bare opfylde dette krav. Keramik er dog teknisk vanskeligt at forsegle.

Lysbueslukningskammeret lavet af harpiks har bedre tætningsteknologi end keramik, men dets høje temperaturbestandighed er utilstrækkelig.

3. Påvirkningen af ​​mekaniske parametre på kontakters elektriske levetid

De strukturelle parametre relateret til kontakternes elektriske levetid omfatter: kontaktområde, brudmekanisme, kontaktkontakttryk osv.

Kontaktområdet, det større kontaktareal af de dynamiske og statiske kontakter, kan give en større vej for strømmen, reducere kontaktmodstanden og reducere temperaturstigningen. Når relæet er lukket eller frakoblet, vil varmen fra den lille lysbue lettere blive spredt af den større kontakt, hvorved risikoen for kontaktsmeltning reduceres.

Brydemekanisme er et andet teknisk punkt i relædesign. Selve mekanismen har en stabil handlingscyklus. Den tid, der kræves fra start til den sidste bevægelse til den maksimale åbne position, påvirker direkte lysbuetiden.

Kontakttryk af dynamiske og statiske kontakter, der er altid en kontaktmodstand mellem dynamiske og statiske kontakter, jo større kontakttryk, jo mindre modstand. Stort kontakttryk kan reducere relæets elektriske tab og temperaturstigning under normale arbejdsforhold; relativt små skader eller hævede grater på kontaktfladen vil ikke forårsage væsentlige negative virkninger under stort tryk, og efter at flere punkter er lukket, vil stødet mellem kontakterne udjævne disse små defekter.

4. Tætheden af ​​lysbueslukningskammeret

Det er umuligt at opnå en absolut tætning i vakuumafbryderen, og der er mulighed for luftlækage i skalsvejsningerne. En tilladt luftlækagekoefficient er inkluderet i dets designindeks, og kronisk luftlækage er uundgåelig. Derudover har brugen af ​​relæer i elektriske køretøjer, det alvorlige vibrationsmiljø til enhver tid og sted, også for alvor testet tætningskvaliteten.

Efterhånden som mere og mere luft kommer ind i det forseglede hulrum, og forseglingen af ​​kabinettet bliver værre, falder vakuumgraden i lysbueslukningskammeret gradvist, og lysbueslukningsevnen vil gradvist forringes, hvilket er en vigtig faktor, der påvirker relæets levetid. .