Welke factoren beïnvloeden de levensduur van hoogspannings-DC-relais?

Hoogspannings-DC-relais werden oorspronkelijk voornamelijk gebruikt in de energie-industrie en de lucht- en ruimtevaartindustrie. De afgelopen jaren zijn elektrische voertuigen geleidelijk aan in opkomst gekomen en zijn aandrijfsystemen voor stroomdistributie een zeer belangrijk toepassingsscenario geworden voor hoogspanningsgelijkstroomrelais. Hoogspanning is relatief ten opzichte van 24V, 48V laagspanningssystemen. Sommige elektrische voertuigen met lage snelheid kiezen voor de vermogensconfiguratie van 60V- en 72V-systemen. Over het algemeen ligt de spanning van hogesnelheidspersonenauto's boven de 200 V en kan de bus meer dan 600 V bereiken. Relais die aan de eisen van deze spanningsfase voldoen, worden hoogspannings-DC-relais genoemd.

Hoogspannings-DC-relais, de levensduur omvat twee parameters: mechanische levensduur en elektrische levensduur. De factoren die de mechanische levensduur beïnvloeden zijn onder meer het materiaal van de contactpunten, het ontwerp en het fabricageniveau van het openings- en sluitmechanisme, enz. Het knelpunt van de elektrische levensduur is voornamelijk de contactlevensduur.

1.Effect van magnetische veldvonken op de elektrische levensduur van contacten

Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding wordt het principe van het magnetische blaasontwerp in het relais uitgelegd. Het linker statische contact gebruikt, volgens de stroomrichting weergegeven in de figuur, de rechterhandregel om de richting van het magnetische veld van de spoel te bepalen. Een boog is een stroom in een ionisatiekanaal, gevormd door een spanning die het medium tussen de statische contacten doorbreekt. Het gehoorzaamt volledig aan de wet van elektromagnetische interactie. Het magnetische veld dat door de boog wordt gegenereerd, wordt weergegeven in de figuur. Gebruik de linkerhandregel om de krachtrichting van de boog te bepalen. De krachtrichting wordt in de figuur aangegeven met F.

Magnetisch blazen is het gebruik van een permanente magneet of een elektromagneet om een ​​magnetisch veld op te wekken. De richting waarin het magnetische veld interageert met de boog is om het circuit weg te trekken van de dynamische en statische contacten.

Door de snelle beweging van het bewegende contact en de toepassing van het magnetische blaaseffect wordt de boog uitgerekt en neemt de boogweerstand snel toe, waardoor de boogstroom scherp daalt en de thermische efficiëntie van de boog afneemt. De mate van ionisatie van het medium neemt af naarmate de temperatuur daalt, en de elektrische geleidbaarheid van het boogkanaal neemt af. Als de boog tegelijkertijd wordt getrokken, terwijl de boog naar buiten beweegt, met andere middelen om de boog af te snijden en de boog af te koelen, zal de boog sneller doven.

Het verkorten van de boogtijd is een belangrijk middel om de contacten te beschermen. Een goed magnetisch blaasontwerp zal de levensduur van het relais zeker verlengen. Magnetisch blazen wordt op grote schaal gebruikt in hoogvermogenrelais en contactors met minder gevoelige ruimtevereisten, terwijl bij kleine relais soortgelijke apparaten zijn ontworpen voor individuele producten.

2. Invloed van de omgevingsluchtdruk op de elektrische levensduur van contacten

Om de boogtijd te verkorten, omvatten de methoden die vaak worden gebruikt om bogen in nauwe ruimtes te doven, naast het gebruik van de bovengenoemde magnetische blaasmethode om de boog te trekken, het veranderen van de contactopenings- en sluitingsomgeving, het vullen van de afgedichte boogdovende kamer met een gas met hoge ionisatie-energie, of De boogdovende kamer wordt geëvacueerd.

Oorzaken van gasbogen onder hoge druk

Ionisatieenergie. In het proces waarbij gasvormige atomen elektronen verliezen en kationen worden, is het noodzakelijk om de aantrekking van de kern tot de elektronen te overwinnen, dat wil zeggen de energie die elektronen uit atomaire orbitalen trekt om vrije elektronen te worden. Dit is de ionisatie-energie van dergelijke elementen. Hoe hoger de ionisatie-energie, hoe minder gemakkelijk de atomen worden geïoniseerd, hoe minder gemakkelijk ze kationen worden, en hoe zwakker de metalliciteit; integendeel, hoe gemakkelijker ze elektronen verliezen en kationen worden, hoe sterker de metalliciteit. In het periodiek systeem is helium de hoogste ionisatie-energie, dus helium kan in de afgesloten boogbluskamer worden gevuld, wat het vermogen van het relais om de boog te doven verbetert.

Er zijn veel onderzoeken die de oorzaken van vonkontlading in gasomgevingen onder hoge druk verklaren. Het algemene punt is als volgt. In een hogedrukgaskamer wordt het vonken in twee fasen uitgevoerd. Het kathodecontact zendt elektronen uit onder invloed van temperatuur of spanning en wordt door de anode ontvangen om de eerste doorslag te vormen; de initiële vorming van de boog brengt hoge temperatuur en geïoniseerde gaskationen met zich mee, en het ionenpad van de boog wordt verder uitgebreid om een ​​massievere boog te vormen.

Oorzaken van vacuümboog

Onder vacuümomstandigheden is er geen medium meer dat kan worden geïoniseerd. Het is moeilijk om een ​​boog te branden, maar hij kan nog steeds branden. Op het moment dat de dynamische en statische contacten worden gescheiden, verdampt het metaal op de contacten, waardoor een metaalionenkanaal wordt gevormd en er wordt een boog gevormd in het kanaal. Er zijn verschillende verklaringen voor hoe zo’n ionkanaal wordt gevormd.

De eerste is het verklaren van de theorie van emissie-elektronen bij hoge temperaturen. Er wordt aangenomen dat er originele defecten zijn aan de kathodecontacten, die vlekken worden genoemd. Er wordt aangenomen dat de spotpositieweerstand relatief groot is en dat de lokale temperatuur relatief hoog is tijdens het bekrachtigingsproces. Wanneer de dynamische en statische contacten op het punt staan ​​te worden gescheiden, zendt het hogetemperatuurgedeelte elektronen uit naar de anode, waarbij aanvankelijk een boog wordt gevormd, de boog brandt, het contactmateriaal verdampt, vormt verder metaaldamp en vormt vervolgens een boog in vacuüm;

De tweede verklaring van de veldemissietheorie is dat de kathode het vermogen heeft om elektronen uit te zenden wanneer de aangelegde spanning tussen de dynamische en statische contacten hoog genoeg is. Wanneer de dynamische en statische contacten op het punt staan ​​gescheiden te worden, zal er over het algemeen een laatste contactpositie met elkaar zijn, en dit vlak is beslist klein. De veldemitterende elektronenstroom stroomt door dit extreem kleine gebied naar de anode, en de enorme stroomdichtheid produceert een dramatisch thermisch effect op zowel de kathode als de anode, waardoor het smelten zich vanaf dat punt geleidelijk naar het hele contact verspreidt. contactoppervlak smelt. Genereer metaaldamp. Een betere ionisatieomgeving zorgt ervoor dat de schaal van de elektronenstroom groter wordt, waardoor een vacuümboog ontstaat.

Vacuümgraad: Hoe hoger de vacuümgraad, hoe kleiner de kans dat deze kapot gaat en hoe moeilijker het is om een ​​boog te vormen. Onder ideale omstandigheden kan de diëlektrische sterkte het niveau van 10.000 V per 0,1 mm bereiken. Maar wanneer het vacuüm een ​​bepaald niveau bereikt, zal een verdere verhoging niet helpen de doorslagspanning te verminderen. Zoals weergegeven in de bovenstaande curve, toont deze de relatie tussen het vacuüm en de doorslagspanning. Hoe lager de doorslagspanning, hoe gemakkelijker het is om de boog te vormen en te onderhouden, dat wil zeggen hoe langer de boogtijd. De mate van vacuüm wordt rechtstreeks gemeten door de luchtdruk. Hoe lager de luchtdruk, hoe hoger de mate van vacuüm.

Om een ​​vacuümboogdovende kamer te verkrijgen, zijn goede materialen en afdichtingstechnologie nodig om een ​​vacuümboogdovende kamer te verkrijgen. Keramische en met hars afgedichte boogdovende kamers, twee soorten afgedichte boogdovende kamertechnologie worden tegelijkertijd gebruikt, en niemand heeft duidelijke voordelen bereikt.

De keramische afgedichte boogbluskamer maakt gebruik van de hoge temperatuurbestendigheidseigenschappen van keramiek en de boogtemperatuur is extreem hoog (het midden kan 5000 ° C bereiken). Over het algemeen zijn materialen niet bestand tegen dergelijke temperaturen, en keramiek kan net aan deze eis voldoen. Keramiek is echter technisch lastig af te dichten.

De boogdovende kamer van hars heeft een betere afdichtingstechnologie dan keramiek, maar de hoge temperatuurbestendigheid is onvoldoende.

3. De invloed van mechanische parameters op de elektrische levensduur van contacten

De structurele parameters die verband houden met de elektrische levensduur van de contacten omvatten: contactoppervlak, breekmechanisme, contactcontactdruk, enz.

Het contactoppervlak, het grotere contactoppervlak van de dynamische en statische contacten, kan een groter pad voor de stroom bieden, de contactweerstand verminderen en de temperatuurstijging verminderen. Wanneer het relais gesloten of ontkoppeld is, zal de warmte van de kleine boog gemakkelijker worden afgevoerd door het grotere contact, waardoor het risico op contactsmelten wordt verkleind.

Het breekmechanisme is een ander technisch punt in het relaisontwerp. Het mechanisme zelf heeft een stabiele actiecyclus. De tijd die nodig is vanaf het begin tot aan de laatste beweging naar de maximale open positie heeft rechtstreeks invloed op de boogtijd.

Contactdruk van dynamische en statische contacten, er is altijd een contactweerstand tussen dynamische en statische contacten, hoe groter de contactdruk, hoe kleiner de weerstand. Een grote contactdruk kan het elektrische verlies en de temperatuurstijging van het relais onder normale werkomstandigheden verminderen; relatief kleine beschadigingen of verhoogde bramen op het contactoppervlak zullen onder grote druk geen significante nadelige effecten veroorzaken, en nadat verschillende punten zijn gesloten, zal de impact tussen de contacten deze kleine defecten gladstrijken.

4.De dichtheid van de boogdovende kamer

Het is onmogelijk om een ​​absolute afdichting in de vacuümonderbreker te bereiken, en er is een mogelijkheid van luchtlekkage in de schaallassen. Er is een toelaatbare luchtlekkagecoëfficiënt opgenomen in de ontwerpindex, en chronische luchtlekkage is onvermijdelijk. Bovendien heeft het gebruik van relais in elektrische voertuigen en de hevige trillingsomgeving op elk moment en op elke plaats ook de kwaliteit van de afdichting ernstig op de proef gesteld.

Naarmate meer en meer lucht de afgedichte holte binnendringt en de afdichting van de behuizing slechter wordt, neemt de vacuümgraad in de boogdovende kamer geleidelijk af en zal het boogdovende vermogen geleidelijk verslechteren, wat een belangrijke factor is die de levensduur van het relais beïnvloedt. .