Vilka faktorer påverkar högspännings DC-reläets livslängd?

Högspänningslikströmsreläer användes ursprungligen främst inom kraftindustrin och flyg- och flygindustrin. Under de senaste åren har elfordon gradvis stigit och drivkraftsdistributionssystem har blivit ett mycket viktigt tillämpningsscenario för högspänningslikströmsreläer. Högspänning är relativt 24V, 48V lågspänningssystem. Vissa låghastighets elfordon väljer effektkonfigurationen för 60V och 72V system. Generellt är spänningen för höghastighetspersonbilar över 200V, och bussen kan nå mer än 600V. Reläer som uppfyller kraven för denna spänningsfas kallas högspännings DC-reläer.

Högspännings DC-relä, livslängden inkluderar två parametrar för mekanisk livslängd och elektrisk livslängd. De faktorer som påverkar den mekaniska livslängden inkluderar kontaktpunkternas material, öppnings- och stängningsmekanismens design och tillverkningsnivå, etc. Flaskhalsen för den elektriska livslängden är främst kontaktlivslängden.

1. Effekt av magnetfältsbågbildning på kontakternas elektriska livslängd

Som visas i figuren nedan förklaras principen för den magnetiska blåskonstruktionen i reläet. Den vänstra statiska kontakten, enligt strömriktningen som visas i figuren, använder högerregeln för att bestämma riktningen för spolens magnetfält. En båge är en ström i en joniseringskanal som bildas av en spänning som bryter igenom mediet mellan de statiska kontakterna. Den följer helt lagen om elektromagnetisk interaktion. Det magnetiska fältet som genereras av bågen visas i figuren. Använd vänsterregeln för att bestämma kraftriktningen för bågen. Kraftriktningen indikeras med F i figuren.

Magnetisk blåsning är att använda en permanentmagnet eller en elektromagnet för att generera ett magnetfält. Riktningen i vilken magnetfältet samverkar med bågen är att dra kretsen bort från de dynamiska och statiska kontakterna.

Med den snabba rörelsen av den rörliga kontakten och appliceringen av den magnetiska blåseffekten sträcks bågen och bågmotståndet ökar snabbt, vilket gör att bågströmmen sjunker kraftigt och bågens termiska effektivitet minskar. Mediets joniseringsgrad minskar när temperaturen sjunker, och ljusbågskanalens elektriska ledningsförmåga minskar. Om bågen dras samtidigt, i processen att bågen rör sig utåt, med andra sätt att skära av bågen och kyla bågen, kommer bågen att släckas snabbare.

Att minska ljusbågstiden är ett viktigt sätt att skydda kontakterna. En bra magnetisk blåsdesign kommer definitivt att förlänga reläets livslängd. Magnetisk blåsning har använts i stor utsträckning i högeffektsreläer och kontaktorer med mindre känsliga utrymmeskrav, medan i små reläer har liknande anordningar designats för enskilda produkter.

2. Inverkan av omgivande lufttryck på kontakternas elektriska livslängd

För att förkorta ljusbågstiden, förutom att använda den ovan nämnda magnetblåsningsmetoden för att dra ljusbågen, är metoderna som ofta används för att släcka ljusbågar i trånga utrymmen att byta kontaktöppnings- och stängningsmiljö, fylla den förseglade ljusbågssläckningskammaren med en gas med hög joniseringsenergi, eller ljusbågssläckningskammaren evakueras.

Orsaker till högtrycksgasbågar

Joniseringsenergi. I processen med att gasformiga atomer förlorar elektroner och blir katjoner, är det nödvändigt att övervinna kärnans attraktion till elektronerna, det vill säga energin som drar elektroner ut ur atomära orbitaler för att bli fria elektroner. Detta är joniseringsenergin för sådana element. Ju högre joniseringsenergi, desto mindre lätt joniseras atomerna, desto mindre lätt blir de till katjoner, och desto svagare är metalliciteten; tvärtom, ju lättare de förlorar elektroner och blir katjoner, desto starkare blir metalliciteten. I det periodiska systemet är den högsta joniseringsenergin helium, så helium kan fyllas i den förseglade ljusbågssläckningskammaren, vilket förbättrar reläets förmåga att släcka ljusbågen.

Det finns många studier som förklarar orsakerna till ljusbågsbildning i högtrycksgasmiljöer. Den allmänna punkten är följande. I en högtrycksgaskammare utförs ljusbågsbildning i två steg. Katodkontakten avger elektroner under inverkan av temperatur eller spänning och tas emot av anoden för att bilda det första genombrottet; den initiala bildningen av ljusbågen medför hög temperatur och joniserade gaskatjoner, och jonbanan för bågen utökas ytterligare för att bilda en mer massiv båge.

Orsaker till vakuumbåge

Under vakuumförhållanden finns det inte längre ett medium som kan joniseras. Det är svårt att bränna en båge, men den kan fortfarande brinna. I det ögonblick då de dynamiska och statiska kontakterna separeras, förångas metallen på kontakterna och bildar en metalljonkanal och en båge bildas i kanalen. Det finns flera olika förklaringar till hur en sådan jonkanal bildas.

Den första är att förklara teorin om högtemperaturemissionselektroner. Man tror att det finns ursprungliga defekter på katodkontakterna, som kallas fläckar. Det anses att punktpositionsmotståndet är relativt stort och den lokala temperaturen är relativt hög under aktiveringsprocessen. När de dynamiska och statiska kontakterna är på väg att separeras, avger högtemperaturdelen elektroner till anoden, och bildar först en ljusbåge, ljusbågen brinner, kontaktmaterialet förångas, bildar ytterligare metallånga och bildar sedan en båge i vakuum;

Den andra förklaringen av fältemissionsteorin är att katoden har förmågan att avge elektroner när den pålagda spänningen mellan de dynamiska och statiska kontakterna är tillräckligt hög. När de dynamiska och statiska kontakterna är på väg att separeras kommer det i allmänhet att finnas en slutlig kontaktposition med varandra, och denna yta är positivt liten. Det fältemitterande elektronflödet strömmar till anoden genom denna extremt lilla yta, och den enorma strömtätheten ger en dramatisk termisk effekt på både katoden och anoden, vilket gör att smältan gradvis sprider sig till hela kontakten från den punkten, och kontaktytan smälter. Generera metallånga. En bättre joniseringsmiljö gör att skalan på elektronflödet expanderar och bildar en vakuumbåge.

Vakuumgrad: I allmänhet gäller att ju högre vakuumgraden är, desto mindre sannolikt är det att det går sönder och desto svårare är det att bilda en båge. Under idealiska förhållanden kan den dielektriska styrkan nå nivån 10 000V per 0,1 mm. Men när vakuumet når en viss nivå kommer ytterligare ökning inte att bidra till att minska nedbrytningsspänningen. Som visas i kurvan ovan visar den förhållandet mellan vakuumet och genomslagsspänningen. Ju lägre genombrottsspänning, desto lättare är det att bilda och bibehålla ljusbågen, det vill säga desto längre är ljusbågstiden. Graden av vakuum mäts direkt med lufttrycket. Ju lägre lufttryck, desto högre grad av vakuum.

Vakuumförseglad ljusbågssläckningskammare, för att få en vakuumbågssläckningskammare, kräver bra material och tätningsteknik för att uppnå. Keramiska och hartsförseglade ljusbågssläckningskammare, två typer av förseglade ljusbågssläckningskammare används samtidigt, och ingen har uppnått uppenbara fördelar.

Den keramiskt förseglade ljusbågssläckningskammaren använder keramikens höga temperaturbeständighetsegenskaper och bågtemperaturen är extremt hög (mitten kan nå 5000 ° C). I allmänhet kan material inte motstå sådana temperaturer, och keramik kan bara uppfylla detta krav. Keramik är dock tekniskt svårt att försegla.

Ljusbågssläckningskammaren av harts har bättre tätningsteknik än keramik, men dess höga temperaturbeständighet är otillräcklig.

3. Inverkan av mekaniska parametrar på kontakternas elektriska livslängd

De strukturella parametrarna relaterade till kontakternas elektriska livslängd inkluderar: kontaktyta, brytmekanism, kontaktkontakttryck etc.

Kontaktytan, den större kontaktytan för de dynamiska och statiska kontakterna, kan ge en större väg för strömmen, minska kontaktresistansen och minska temperaturökningen. När reläet är stängt eller frånkopplat kommer värmen från den lilla ljusbågen lättare att avledas av den större kontakten, vilket minskar risken för kontaktsmältning.

Brytmekanism är en annan teknisk punkt i relädesign. Mekanismen i sig har en stabil handlingscykel. Den tid som krävs från start till sista rörelsen till maximalt öppet läge påverkar direkt ljusbågstiden.

Kontakttryck av dynamiska och statiska kontakter, det finns alltid ett kontaktmotstånd mellan dynamiska och statiska kontakter, ju större kontakttryck desto mindre motstånd. Stort kontakttryck kan minska den elektriska förlusten och temperaturökningen hos reläet under normala arbetsförhållanden; relativt små skador eller upphöjda grader på kontaktytan kommer inte att orsaka betydande negativa effekter under stort tryck, och Efter att flera punkter är stängda kommer stöten mellan kontakterna att jämna ut dessa små defekter.

4. Tätheten hos ljusbågssläckningskammaren

Det är omöjligt att uppnå en absolut tätning i vakuumbrytaren, och det finns risk för luftläckage i skalsvetsarna. En tillåten luftläckagekoefficient har inkluderats i dess designindex, och kroniskt luftläckage är oundvikligt. Dessutom testade användningen av reläer i elfordon, den kraftiga vibrationsmiljön när som helst och när som helst, tätningens kvalitet på allvar.

När mer och mer luft kommer in i den förseglade kaviteten och förseglingen av höljet blir sämre, minskar vakuumgraden i ljusbågssläckningskammaren gradvis, och bågsläckningsförmågan kommer gradvis att försämras, vilket är en viktig faktor som påverkar reläets livslängd. .