Milyen tényezők befolyásolják a nagyfeszültségű egyenáramú relé élettartamát?

A nagyfeszültségű egyenáramú reléket eredetileg főként az energiaiparban, valamint a légi- és űriparban használták. Az elmúlt években az elektromos járművek száma fokozatosan emelkedett, és a meghajtó áramelosztó rendszerek a nagyfeszültségű egyenáramú relék nagyon fontos alkalmazási forgatókönyvévé váltak. A magas feszültség a 24 V-os, a 48 V-os alacsony feszültségű rendszerekhez viszonyítva. Néhány alacsony sebességű elektromos jármű a 60 V-os és a 72 V-os rendszerek teljesítménykonfigurációját választja. Általában a nagysebességű személygépkocsik feszültsége meghaladja a 200 V-ot, és a busz elérheti a 600 V-ot is. Azokat a reléket, amelyek megfelelnek ennek a feszültségfázisnak, nagyfeszültségű egyenáramú reléknek nevezzük.

Nagyfeszültségű egyenáramú relé, az élettartam két paramétert tartalmaz: a mechanikai élettartamot és az elektromos élettartamot. A mechanikai élettartamot befolyásoló tényezők közé tartozik az érintkezési pontok anyaga, a nyitó- és zárószerkezet tervezési és gyártási szintje stb. Az elektromos élettartam szűk keresztmetszete elsősorban az érintkezési élettartam.

1.A mágneses mező ívének hatása az érintkezők elektromos élettartamára

Amint az alábbi ábrán látható, a relé mágneses fúvási kialakításának elve el van magyarázva. A bal oldali statikus érintkező az ábrán látható áramiránynak megfelelően a jobbkéz szabályt használja a tekercs mágneses tér irányának meghatározására. Az ív egy ionizációs csatornában lévő áram, amelyet a statikus érintkezők között áttörő feszültség képez. Teljes mértékben engedelmeskedik az elektromágneses kölcsönhatás törvényének. Az ív által keltett mágneses tér az ábrán látható. Használja a bal oldali szabályt az ív erőirányának meghatározásához. Az erő irányát az ábrán F jelöli.

A mágneses fújás során állandó mágnest vagy elektromágnest használnak mágneses mező létrehozására. Az az irány, amelyben a mágneses tér kölcsönhatásba lép az ívvel, az, hogy elhúzza az áramkört a dinamikus és statikus érintkezőktől.

A mozgóérintkező gyors mozgásával és a mágneses fúvóhatás alkalmazásával az ív megnyúlik és az ívellenállás gyorsan megnő, ami az íváram éles csökkenését és az ív termikus hatásfokának csökkenését okozza. A közeg ionizációs foka a hőmérséklet csökkenésével csökken, az ívcsatorna elektromos vezetőképessége csökken. Ha az ívet egyidejűleg, az ív kifelé mozgása során más ívvágási és hűtési módszerekkel húzzuk, az ív gyorsabban kialszik.

Az ívelési idő csökkentése az érintkezők védelmének fontos eszköze. A jó mágneses fúvó kialakítás határozottan meghosszabbítja a relé élettartamát. A mágneses fúvást széles körben alkalmazták nagy teljesítményű relékben és kevésbé érzékeny helyigényű kontaktorokban, míg a kis relékben az egyes termékekhez hasonló eszközöket terveztek.

2. A környezeti levegő nyomásának hatása az érintkezők elektromos élettartamára

Az ívhúzási idő lerövidítése érdekében az ívhúzás fent említett mágneses fúvási módszere mellett a szűk helyeken történő ívek oltására gyakran alkalmazott módszerek közé tartozik az érintkező nyitási és zárási környezetének megváltoztatása, a lezárt ívoltó kamra feltöltése. nagy ionizációs energiájú gáz, vagy Az ívoltó kamrát kiürítik.

A nagynyomású gázívek okai

Ionizációs energia. A gázhalmazállapotú atomok elektronvesztése és kationokká válásának folyamatában le kell győzni az atommag elektronokhoz való vonzódását, vagyis azt az energiát, amely az elektronokat kihúzza az atompályákról, hogy szabad elektronokká váljanak. Ez az ilyen elemek ionizációs energiája. Minél nagyobb az ionizációs energia, annál kevésbé ionizálódnak az atomok, annál kevésbé válnak kationokká, és annál gyengébb a fémesség; ellenkezőleg, minél könnyebben veszítenek el elektronokat és válnak kationokká, annál erősebb a fémesség. A periódusos rendszerben a legnagyobb ionizációs energia a hélium, így a zárt ívoltó kamrába hélium tölthető, ami javítja a relé ívoltó képességét.

Számos tanulmány magyarázza az ívképződés okait nagynyomású gázkörnyezetben. Az általános lényeg a következő. A nagynyomású gázkamrában az ívelés két szakaszban történik. A katódérintkező hőmérséklet vagy feszültség hatására elektronokat bocsát ki, és az anód fogadja az első letörést; az ív kezdeti kialakulása magas hőmérsékletű és ionizált gázkationokat hoz létre, és az ív ionútja tovább bővül, hogy nagyobb tömegű ívet képezzen.

A vákuumív kialakulásának okai

Vákuumkörülmények között már nincs ionizálható közeg. Nehéz égetni egy ívet, de még mindig éghet. Abban a pillanatban, amikor a dinamikus és a statikus érintkezők szétválnak, az érintkezőkön lévő fém elpárolog, fémioncsatornát képezve, és a csatornában ív képződik. Számos különböző magyarázat létezik arra, hogyan jön létre egy ilyen ioncsatorna.

Az első a magas hőmérsékletű emissziós elektronok elméletének magyarázata. Úgy gondolják, hogy a katódérintkezőkön eredeti hibák vannak, amelyeket foltoknak neveznek. Úgy gondolják, hogy a foltpozíció ellenállása viszonylag nagy, és a helyi hőmérséklet viszonylag magas a feszültségezési folyamat során. Amikor a dinamikus és statikus érintkezők szétválás előtt állnak, a magas hőmérsékletű rész elektronokat bocsát ki az anódra, kezdetben ívet képez, az ív megég, az érintkező anyaga elpárolog, tovább fémgőzt képez, majd vákuumban ívet képez;

A téremissziós elmélet második magyarázata az, hogy a katód akkor képes elektronokat kibocsátani, ha a dinamikus és statikus érintkezők közötti feszültség elég magas. Amikor a dinamikus és a statikus érintkezők szétválás előtt állnak, általában van egy végső érintkezési helyzet egymással, és ez az oldal pozitívan kicsi. A mezőt kibocsátó elektronáram ezen a rendkívül kis területen keresztül áramlik az anódra, és a hatalmas áramsűrűség drámai hőhatást vált ki mind a katódon, mind az anódon, aminek következtében az olvadás fokozatosan átterjed a teljes érintkezésre onnantól kezdve, és a érintkezési felülete megolvad. Fémgőz keletkezése. A jobb ionizációs környezet hatására az elektronáramlás léptéke kitágul, és vákuumív alakul ki.

Vákuumfok: Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a vákuumfok, annál kisebb a lebomlás valószínűsége, és annál nehezebb az ív kialakítása. Ideális körülmények között a dielektromos szilárdság elérheti a 10 000 V/0,1 mm szintet. De amikor a vákuum elér egy bizonyos szintet, a további növelés nem segít csökkenteni az áttörési feszültséget. Ahogy a fenti görbe mutatja, ez a vákuum és a letörési feszültség közötti kapcsolatot mutatja. Minél kisebb az áttörési feszültség, annál könnyebb az ív kialakítása és fenntartása, vagyis annál hosszabb az ívelési idő. A vákuum mértékét közvetlenül a légnyomás méri. Minél alacsonyabb a légnyomás, annál nagyobb a vákuum mértéke.

A vákuummal zárt ívoltó kamra vákuumíves oltókamra előállításához jó anyagokat és tömítési technológiát igényel. Kerámia és műgyanta zárt ívoltó kamrák, kétféle zárt ívoltó kamra technológia egyszerre használatos, és senki sem ért el nyilvánvaló előnyöket.

A kerámiával zárt ívoltó kamra a kerámiák magas hőmérséklet-állósági jellemzőit használja, és az ív hőmérséklete rendkívül magas (középpontja elérheti az 5000 °C-ot). Általában az anyagok nem viselik el ezt a hőmérsékletet, és a kerámiák csak megfelelnek ennek a követelménynek. A kerámiákat azonban technikailag nehéz lezárni.

A gyantából készült ívoltó kamra tömítési technológiája jobb, mint a kerámia, de a magas hőmérséklet-állósága nem megfelelő.

3. A mechanikai paraméterek hatása az érintkezők elektromos élettartamára

Az érintkezők elektromos élettartamával kapcsolatos szerkezeti paraméterek a következők: érintkezési terület, megszakító mechanizmus, érintkezési nyomás stb.

Az érintkezési felület, a dinamikus és statikus érintkezők nagyobb érintkezési felülete nagyobb utat biztosít az áram számára, csökkenti az érintkezési ellenállást és csökkenti a hőmérséklet emelkedését. Amikor a relé zárva van vagy le van kapcsolva, a kis ívből származó hőt könnyebben elvezeti a nagyobb érintkező, ezáltal csökken az érintkező megolvadásának kockázata.

A megszakító mechanizmus egy másik technikai pont a relé tervezésében. Maga a mechanizmus stabil működési ciklussal rendelkezik. A kezdettől a végső mozgásig a maximális nyitott helyzetig eltelt idő közvetlenül befolyásolja az ívelési időt.

Dinamikus és statikus érintkezők érintkezési nyomása, mindig van érintkezési ellenállás a dinamikus és statikus érintkezők között, minél nagyobb az érintkezési nyomás, annál kisebb az ellenállás. A nagy érintkezési nyomás csökkentheti a relé elektromos veszteségét és hőmérséklet-emelkedését normál munkakörülmények között; Az érintkezési felület viszonylag kis károsodása vagy megemelkedett sorja nagy nyomás alatt nem okoz jelentős káros hatásokat, és több pont zárása után az érintkezők közötti ütközés elsimítja ezeket a kis hibákat.

4.Az ívoltó kamra tömítettsége

A vákuum-megszakítóban lehetetlen abszolút tömítést elérni, és a héjhegesztési varratokban levegőszivárgás lehetséges. A tervezési indexbe beépítették a megengedett légszivárgási együtthatót, és a krónikus légszivárgás elkerülhetetlen. Emellett a relék használata az elektromos járművekben, a mindenkor és helyen tapasztalható erős vibrációs környezet is komolyan próbára tette a tömítés minőségét.

Ahogy egyre több levegő jut be a lezárt üregbe, és a ház tömítettsége romlik, az ívoltó kamra vákuumfoka fokozatosan csökken, az ívoltó képesség pedig fokozatosan romlik, ami a relé élettartamát befolyásoló fontos tényező. .