ปัจจัยใดที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานรีเลย์ DC ไฟฟ้าแรงสูง?

เดิมทีรีเลย์ไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานและอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยานพาหนะไฟฟ้าค่อยๆ เพิ่มขึ้น และระบบการจ่ายพลังงานที่ขับเคลื่อนได้กลายมาเป็นสถานการณ์การใช้งานที่สำคัญมากสำหรับรีเลย์ DC ไฟฟ้าแรงสูง ไฟฟ้าแรงสูงสัมพันธ์กับระบบไฟฟ้าแรงต่ำ 24V, 48V ยานพาหนะไฟฟ้าความเร็วต่ำบางรุ่นเลือกการกำหนดค่าพลังงานของระบบ 60V และ 72V โดยทั่วไป แรงดันไฟฟ้าของรถยนต์โดยสารความเร็วสูงจะสูงกว่า 200V และรถบัสสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 600V รีเลย์ที่ตรงตามข้อกำหนดของเฟสแรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่ารีเลย์ไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง

รีเลย์ DC ไฟฟ้าแรงสูง อายุการใช้งานประกอบด้วยพารามิเตอร์สองตัวของอายุการใช้งานทางกลและอายุการใช้งานทางไฟฟ้า ปัจจัยที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานเชิงกล ได้แก่ วัสดุของจุดสัมผัส ระดับการออกแบบและการผลิตของกลไกการเปิดและปิด ฯลฯ คอขวดของอายุการใช้งานทางไฟฟ้าส่วนใหญ่เป็นอายุการใช้งานของการสัมผัส

1.ผลของสนามแม่เหล็กที่มีต่ออายุการใช้งานทางไฟฟ้าของหน้าสัมผัส

ดังแสดงในรูปด้านล่าง อธิบายหลักการของการออกแบบการเป่าด้วยแม่เหล็กในรีเลย์ หน้าสัมผัสคงที่ด้านซ้ายตามทิศทางปัจจุบันที่แสดงในภาพ ใช้กฎมือขวาเพื่อกำหนดทิศทางของสนามแม่เหล็กคอยล์ ส่วนโค้งคือกระแสในช่องไอออไนซ์ที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่ทะลุตัวกลางระหว่างหน้าสัมผัสคงที่ เป็นไปตามกฎปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ สนามแม่เหล็กที่เกิดจากส่วนโค้งจะแสดงในรูป ใช้กฎมือซ้ายเพื่อกำหนดทิศทางแรงของส่วนโค้ง ทิศทางของแรงจะแสดงด้วย F ในรูป

การเป่าด้วยแม่เหล็กคือการใช้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก ทิศทางที่สนามแม่เหล็กมีปฏิกิริยากับส่วนโค้งคือการดึงวงจรออกจากหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่

ด้วยการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่และการใช้เอฟเฟกต์การเป่าด้วยแม่เหล็ก ส่วนโค้งจะถูกยืดออกและความต้านทานส่วนโค้งจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้กระแสอาร์กลดลงอย่างรวดเร็วและประสิทธิภาพเชิงความร้อนของส่วนโค้งลดลง ระดับไอออไนซ์ของตัวกลางจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง และค่าการนำไฟฟ้าของช่องส่วนโค้งลดลง หากดึงส่วนโค้งพร้อมกัน ในขั้นตอนที่ส่วนโค้งเคลื่อนออกไปด้านนอก ด้วยวิธีอื่นในการตัดส่วนโค้งและทำให้ส่วนโค้งเย็นลง ส่วนโค้งก็จะดับเร็วขึ้น

การลดเวลาในการเกิดประกายไฟเป็นวิธีสำคัญในการปกป้องหน้าสัมผัส การออกแบบการเป่าด้วยแม่เหล็กที่ดีจะช่วยยืดอายุของรีเลย์ได้อย่างแน่นอน การเป่าด้วยแม่เหล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในรีเลย์และคอนแทคเตอร์กำลังสูงที่มีความต้องการพื้นที่ที่มีความละเอียดอ่อนน้อยกว่า ในขณะที่รีเลย์ขนาดเล็ก อุปกรณ์ที่คล้ายกันได้รับการออกแบบสำหรับผลิตภัณฑ์แต่ละชิ้น

2. อิทธิพลของความกดอากาศโดยรอบต่ออายุการใช้งานทางไฟฟ้าของหน้าสัมผัส

เพื่อลดระยะเวลาการเกิดประกายไฟ นอกเหนือจากการใช้วิธีเป่าด้วยแม่เหล็กดังที่กล่าวข้างต้นเพื่อดึงส่วนโค้งแล้ว วิธีการที่มักใช้ในการดับส่วนโค้งในพื้นที่แคบ ได้แก่ การเปลี่ยนสภาพแวดล้อมการเปิดและปิดหน้าสัมผัส การเติมห้องดับเพลิงส่วนโค้งที่ปิดสนิทด้วย ก๊าซที่มีพลังงานไอออไนเซชันสูง หรือห้องดับเพลิงส่วนโค้งถูกอพยพออกไป

สาเหตุของอาร์กแก๊สแรงดันสูง

พลังงานไอออไนเซชัน ในกระบวนการที่อะตอมของก๊าซสูญเสียอิเล็กตรอนและกลายเป็นแคตไอออนจำเป็นต้องเอาชนะแรงดึงดูดของนิวเคลียสต่ออิเล็กตรอนนั่นคือพลังงานที่ดึงอิเล็กตรอนออกจากออร์บิทัลของอะตอมเพื่อให้กลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระ นี่คือพลังงานไอออไนเซชันขององค์ประกอบดังกล่าว ยิ่งพลังงานไอออไนเซชันสูง อะตอมก็จะแตกตัวเป็นไอออนได้ง่ายน้อยลง กลายเป็นแคตไอออนได้ง่ายน้อยลง และความเป็นโลหะก็จะยิ่งอ่อนลง ในทางตรงกันข้าม ยิ่งพวกมันสูญเสียอิเล็กตรอนและกลายเป็นแคตไอออนได้ง่ายกว่าเท่าไร ความเป็นโลหะก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ในตารางธาตุ พลังงานไอออไนเซชันสูงสุดคือฮีเลียม จึงสามารถเติมฮีเลียมเข้าไปในห้องดับเพลิงส่วนโค้งที่ปิดสนิท ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถของรีเลย์ในการดับส่วนโค้ง

มีการศึกษามากมายที่อธิบายสาเหตุของการเกิดประกายไฟในสภาพแวดล้อมของก๊าซแรงดันสูง จุดทั่วไปมีดังนี้ ในห้องแก๊สแรงดันสูง การอาร์กจะดำเนินการในสองขั้นตอน หน้าสัมผัสแคโทดจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาภายใต้การกระทำของอุณหภูมิหรือแรงดันไฟฟ้า และจะได้รับจากขั้วบวกเพื่อสร้างการแยกส่วนครั้งแรก การก่อตัวครั้งแรกของส่วนโค้งทำให้เกิดอุณหภูมิสูงและแคตไอออนของก๊าซไอออนไนซ์ และเส้นทางไอออนของส่วนโค้งจะถูกขยายเพิ่มเติมเพื่อสร้างส่วนโค้งที่มีมวลมากขึ้น

สาเหตุของอาร์กสุญญากาศ

ภายใต้สภาวะสุญญากาศ จะไม่มีตัวกลางที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้อีกต่อไป การเผาส่วนโค้งนั้นทำได้ยาก แต่ก็ยังสามารถเผาไหม้ได้ ในขณะที่หน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่ถูกแยกออก โลหะบนหน้าสัมผัสจะระเหยกลายเป็นช่องไอออนของโลหะ และส่วนโค้งจะเกิดขึ้นในช่องนั้น มีคำอธิบายที่แตกต่างกันหลายประการเกี่ยวกับวิธีการสร้างช่องไอออนดังกล่าว

ประการแรกคือการอธิบายทฤษฎีการปล่อยอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิสูง เชื่อกันว่ามีข้อบกพร่องดั้งเดิมบนหน้าสัมผัสแคโทดซึ่งเรียกว่าจุด ถือว่าความต้านทานตำแหน่งจุดมีขนาดค่อนข้างใหญ่ และอุณหภูมิในท้องถิ่นค่อนข้างสูงในระหว่างกระบวนการเพิ่มพลังงาน เมื่อหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่กำลังจะแยกออกจากกัน ส่วนที่อุณหภูมิสูงจะปล่อยอิเล็กตรอนไปยังขั้วบวก โดยเริ่มก่อตัวเป็นส่วนโค้ง ส่วนโค้งจะไหม้ วัสดุหน้าสัมผัสจะระเหยกลายเป็นไอ ก่อตัวเป็นไอโลหะเพิ่มเติม จากนั้นจึงก่อตัวเป็นส่วนโค้งในสุญญากาศ

คำอธิบายที่สองของทฤษฎีการปล่อยสนามแม่เหล็กคือแคโทดมีความสามารถในการปล่อยอิเล็กตรอนเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ระหว่างหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่สูงเพียงพอ เมื่อหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่กำลังจะแยกออกจากกัน โดยทั่วไปจะมีตำแหน่งหน้าสัมผัสสุดท้ายซึ่งกันและกัน และใบหน้านี้มีขนาดเล็กในทางบวก การไหลของอิเล็กตรอนที่ปล่อยจากสนามจะไหลไปยังขั้วบวกผ่านพื้นที่ขนาดเล็กมากนี้ และความหนาแน่นกระแสมหาศาลทำให้เกิดผลกระทบทางความร้อนอย่างมากต่อทั้งแคโทดและขั้วบวก ส่งผลให้การหลอมละลายค่อยๆ แพร่กระจายไปยังจุดสัมผัสทั้งหมดจากจุดนั้น และ พื้นผิวสัมผัสละลาย สร้างไอโลหะ สภาพแวดล้อมไอออไนซ์ที่ดีขึ้นจะทำให้ขนาดของการไหลของอิเล็กตรอนขยายตัว ทำให้เกิดส่วนโค้งสุญญากาศ

ระดับสุญญากาศ: โดยทั่วไป ยิ่งระดับสุญญากาศสูงเท่าไร โอกาสที่จะพังทลายก็จะน้อยลง และการสร้างส่วนโค้งก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ความเป็นฉนวนสามารถเข้าถึงระดับ 10,000V ต่อ 0.1 มม. แต่เมื่อสุญญากาศถึงระดับหนึ่ง การเพิ่มขึ้นอีกจะไม่ช่วยลดแรงดันพังทลายลง ดังที่แสดงในกราฟด้านบน จะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างสุญญากาศและแรงดันพังทลาย ยิ่งแรงดันพังทลายต่ำเท่าไร การสร้างและรักษาส่วนโค้งก็จะยิ่งง่ายขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ ระยะเวลาในการอาร์กก็จะนานขึ้น ระดับสุญญากาศวัดได้โดยตรงจากแรงดันอากาศ ยิ่งความดันอากาศต่ำ ระดับสุญญากาศก็จะยิ่งสูงขึ้น

ห้องดับเพลิงส่วนโค้งปิดผนึกสุญญากาศ เพื่อให้ได้ห้องดับเพลิงส่วนโค้งสุญญากาศ ต้องใช้วัสดุที่ดีและเทคโนโลยีการปิดผนึกเพื่อให้บรรลุผล ห้องดับเพลิงส่วนโค้งแบบปิดผนึกด้วยเซรามิกและเรซิน มีการใช้เทคโนโลยีห้องดับเพลิงส่วนโค้งแบบปิดผนึกสองประเภทพร้อมๆ กัน และไม่มีใครได้รับข้อได้เปรียบที่ชัดเจน

ห้องดับเพลิงส่วนโค้งปิดผนึกด้วยเซรามิกใช้คุณสมบัติต้านทานอุณหภูมิสูงของเซรามิกและอุณหภูมิส่วนโค้งนั้นสูงมาก (ศูนย์กลางสามารถเข้าถึง 5,000 ° C) โดยทั่วไป วัสดุไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิดังกล่าวได้ และเซรามิกก็สามารถตอบสนองความต้องการนี้ได้ อย่างไรก็ตาม เซรามิกเป็นเรื่องยากในทางเทคนิคในการปิดผนึก

ห้องดับเพลิงส่วนโค้งที่ทำจากเรซินมีเทคโนโลยีการปิดผนึกที่ดีกว่าเซรามิก แต่ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงนั้นไม่เพียงพอ

3. อิทธิพลของพารามิเตอร์ทางกลต่ออายุการใช้งานทางไฟฟ้าของหน้าสัมผัส

พารามิเตอร์ทางโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับอายุการใช้งานทางไฟฟ้าของหน้าสัมผัส ได้แก่ พื้นที่หน้าสัมผัส กลไกการแตกหัก แรงกดหน้าสัมผัส ฯลฯ

พื้นที่สัมผัส ซึ่งเป็นพื้นที่สัมผัสที่ใหญ่ขึ้นของหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่ สามารถให้เส้นทางที่ใหญ่ขึ้นสำหรับกระแส ลดความต้านทานของหน้าสัมผัส และลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เมื่อปิดหรือตัดการเชื่อมต่อรีเลย์ ความร้อนจากส่วนโค้งเล็กๆ จะกระจายได้ง่ายขึ้นด้วยหน้าสัมผัสขนาดใหญ่ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงที่หน้าสัมผัสจะหลอมละลาย

กลไกการแตกหักเป็นอีกจุดทางเทคนิคในการออกแบบรีเลย์ กลไกนี้มีวงจรการทำงานที่มั่นคง เวลาที่ต้องใช้ตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงการเคลื่อนไหวครั้งสุดท้ายจนถึงตำแหน่งเปิดสูงสุดจะส่งผลโดยตรงต่อเวลาในการเกิดประกายไฟ

แรงกดสัมผัสของหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่ จะมีความต้านทานต่อการสัมผัสระหว่างหน้าสัมผัสแบบไดนามิกและแบบคงที่เสมอ ยิ่งแรงดันสัมผัสมากเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น แรงกดสัมผัสขนาดใหญ่สามารถลดการสูญเสียทางไฟฟ้าและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของรีเลย์ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ความเสียหายที่ค่อนข้างน้อยหรือมีเสี้ยนเพิ่มขึ้นบนพื้นผิวสัมผัสจะไม่ทำให้เกิดผลเสียอย่างมีนัยสำคัญภายใต้แรงกดดันขนาดใหญ่ และหลังจากปิดหลายจุดแล้ว ผลกระทบระหว่างหน้าสัมผัสจะทำให้ข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้เรียบขึ้น

4. ความแน่นของห้องดับเพลิงส่วนโค้ง

เป็นไปไม่ได้เลยที่จะปิดผนึกอย่างสมบูรณ์ในตัวขัดขวางสุญญากาศ และมีโอกาสที่อากาศจะรั่วไหลในรอยเชื่อมของเปลือก ค่าสัมประสิทธิ์การรั่วไหลของอากาศที่อนุญาตได้รวมอยู่ในดัชนีการออกแบบแล้ว และการรั่วไหลของอากาศเรื้อรังเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ นอกจากนี้ การใช้รีเลย์ในรถยนต์ไฟฟ้า สภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือนที่รุนแรง ณ เวลาและสถานที่ใดๆ ยังได้ทดสอบคุณภาพซีลอย่างจริงจังอีกด้วย

เมื่ออากาศเข้าไปในช่องที่ปิดสนิทมากขึ้นเรื่อยๆ และการปิดผนึกของเคสแย่ลง ระดับสุญญากาศในห้องดับอาร์กจะค่อยๆ ลดลง และความสามารถในการดับอาร์คจะค่อยๆ ลดลง ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของรีเลย์ .