Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tuổi thọ của rơle DC điện áp cao?

Rơle DC điện áp cao ban đầu được sử dụng chủ yếu trong ngành điện và ngành hàng không và vũ trụ. Trong những năm gần đây, xe điện đã dần phát triển và hệ thống phân phối điện điều khiển đã trở thành một kịch bản ứng dụng rất quan trọng đối với rơle DC điện áp cao. Điện áp cao tương đối với hệ thống điện áp thấp 24V, 48V. Một số xe điện tốc độ thấp chọn cấu hình nguồn điện của hệ thống 60V và 72V. Nói chung, điện áp của ô tô khách tốc độ cao là trên 200V và xe buýt có thể đạt hơn 600V. Rơle đáp ứng được yêu cầu của pha điện áp này được gọi là rơle DC cao áp.

Rơle DC điện áp cao, tuổi thọ bao gồm hai thông số tuổi thọ cơ học và tuổi thọ điện. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ cơ học bao gồm vật liệu của các điểm tiếp xúc, trình độ thiết kế và chế tạo của cơ cấu đóng mở, v.v. Điểm nghẽn của tuổi thọ điện chủ yếu là tuổi thọ của các tiếp điểm.

1.Ảnh hưởng của từ trường đến tuổi thọ điện của tiếp điểm

Như thể hiện trong hình bên dưới, nguyên lý thiết kế thổi từ trong rơle đã được giải thích. Tiếp điểm tĩnh bên trái, theo chiều dòng điện như trên hình, sử dụng quy tắc bàn tay phải để xác định hướng của từ trường cuộn dây. Hồ quang là dòng điện trong kênh ion hóa được hình thành bởi một điện áp xuyên qua môi trường giữa các tiếp điểm tĩnh. Nó hoàn toàn tuân theo định luật tương tác điện từ. Từ trường được tạo ra bởi hồ quang được thể hiện trong hình. Dùng quy tắc bàn tay trái để xác định phương của lực. Hướng của lực được biểu thị bằng F trên hình.

Thổi từ là sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện để tạo ra từ trường. Hướng mà từ trường tương tác với hồ quang là kéo mạch ra khỏi các tiếp điểm động và tĩnh.

Với sự chuyển động nhanh chóng của tiếp điểm chuyển động và ứng dụng hiệu ứng thổi từ, hồ quang bị kéo căng và điện trở hồ quang tăng nhanh, khiến dòng hồ quang giảm mạnh và hiệu suất nhiệt của hồ quang giảm. Mức độ ion hóa của môi trường giảm khi nhiệt độ giảm và độ dẫn điện của kênh hồ quang giảm. Nếu kéo hồ quang cùng lúc, trong quá trình hồ quang di chuyển ra ngoài, bằng các biện pháp khác để cắt hồ quang và làm nguội hồ quang thì hồ quang sẽ bị dập tắt nhanh hơn.

Giảm thời gian phóng điện là một biện pháp quan trọng để bảo vệ các tiếp điểm. Thiết kế thổi từ tốt chắc chắn sẽ kéo dài tuổi thọ của rơle. Thổi từ đã được sử dụng rộng rãi trong các rơle và công tắc tơ công suất cao với yêu cầu về không gian ít nhạy cảm hơn, trong khi ở các rơle nhỏ, các thiết bị tương tự đã được thiết kế cho từng sản phẩm riêng lẻ.

2. Ảnh hưởng của áp suất không khí xung quanh đến tuổi thọ điện của tiếp điểm

Để rút ngắn thời gian hồ quang, ngoài việc sử dụng phương pháp thổi từ tính để kéo hồ quang nêu trên, các phương pháp thường được sử dụng để dập hồ quang trong không gian hẹp bao gồm thay đổi môi trường đóng mở tiếp điểm, nạp đầy buồng dập hồ quang kín. khí có năng lượng ion hóa cao, hoặc Buồng dập hồ quang được sơ tán.

Nguyên nhân gây ra hồ quang khí áp suất cao

Năng lượng ion hóa. Trong quá trình nguyên tử khí mất electron và trở thành cation cần phải khắc phục lực hút của hạt nhân đối với electron, tức là năng lượng kéo electron ra khỏi quỹ đạo nguyên tử để trở thành electron tự do. Đây là năng lượng ion hóa của các nguyên tố đó. Năng lượng ion hóa càng cao thì nguyên tử càng khó bị ion hóa, càng khó trở thành cation và tính kim loại càng yếu; ngược lại, chúng càng dễ mất electron và trở thành cation thì tính kim loại càng mạnh. Trong bảng tuần hoàn, năng lượng ion hóa cao nhất là helium, do đó helium có thể được đổ vào buồng dập tắt hồ quang kín, giúp cải thiện khả năng dập tắt hồ quang của rơle.

Có nhiều nghiên cứu giải thích nguyên nhân gây ra hồ quang điện trong môi trường khí áp suất cao. Điểm chung là như sau. Trong buồng khí áp suất cao, việc phóng hồ quang được thực hiện theo hai giai đoạn. Tiếp điểm cực âm phát ra các electron dưới tác động của nhiệt độ hoặc điện áp và được cực dương nhận vào để tạo thành sự đánh thủng đầu tiên; sự hình thành ban đầu của hồ quang mang lại nhiệt độ cao và các cation khí bị ion hóa, đồng thời đường ion của hồ quang được mở rộng hơn nữa để tạo thành hồ quang lớn hơn.

Nguyên nhân của hồ quang chân không

Trong điều kiện chân không, không còn môi trường nào có thể bị ion hóa nữa. Rất khó để đốt cháy một vòng cung, nhưng nó vẫn có thể cháy được. Tại thời điểm các tiếp điểm động và tĩnh được tách ra, kim loại trên các tiếp điểm sẽ bay hơi, tạo thành kênh ion kim loại và hình thành hồ quang trong kênh. Có một số cách giải thích khác nhau về cách hình thành kênh ion như vậy.

Đầu tiên là giải thích lý thuyết về các electron phát xạ nhiệt độ cao. Người ta tin rằng có những khuyết tật ban đầu trên các điểm tiếp xúc cực âm, được gọi là vết. Người ta coi rằng điện trở vị trí tại chỗ tương đối lớn và nhiệt độ cục bộ tương đối cao trong quá trình cấp điện. Khi các tiếp điểm động và tĩnh sắp tách ra, phần nhiệt độ cao sẽ phát ra các electron đến cực dương, ban đầu tạo thành hồ quang, hồ quang cháy, vật liệu tiếp xúc bốc hơi, tiếp tục tạo thành hơi kim loại, sau đó tạo thành hồ quang trong chân không;

Giải thích thứ hai về lý thuyết phát xạ trường là cực âm có khả năng phát ra electron khi điện áp đặt vào giữa các điểm tiếp xúc động và tĩnh đủ cao. Khi các điểm tiếp xúc động và tĩnh sắp được tách ra, nhìn chung sẽ có một vị trí tiếp xúc cuối cùng với nhau và mặt này rất nhỏ. Dòng điện tử phát ra trường chảy đến cực dương qua diện tích cực nhỏ này và mật độ dòng điện khổng lồ tạo ra hiệu ứng nhiệt mạnh mẽ trên cả cực âm và cực dương, khiến sự nóng chảy dần dần lan ra toàn bộ tiếp điểm từ điểm đó và bề mặt tiếp xúc tan chảy. Tạo hơi kim loại. Môi trường ion hóa tốt hơn làm cho quy mô của dòng điện tử mở rộng, tạo thành hồ quang chân không.

Độ chân không: Nói chung, độ chân không càng cao thì càng ít bị hỏng và càng khó tạo thành vòng cung. Trong điều kiện lý tưởng, độ bền điện môi có thể đạt tới mức 10.000V trên 0,1 mm. Nhưng khi chân không đạt đến một mức nhất định, việc tăng thêm sẽ không giúp giảm điện áp đánh thủng. Như thể hiện trong đường cong trên, nó cho thấy mối quan hệ giữa chân không và điện áp đánh thủng. Điện áp đánh thủng càng thấp thì càng dễ hình thành và duy trì hồ quang, nghĩa là thời gian hồ quang càng dài. Mức độ chân không được đo trực tiếp bằng áp suất không khí. Áp suất không khí càng thấp thì mức độ chân không càng cao.

Buồng dập tắt hồ quang kín chân không, để có được buồng dập tắt hồ quang chân không, đòi hỏi phải có vật liệu tốt và công nghệ bịt kín mới đạt được. Buồng dập hồ quang kín bằng gốm và nhựa, hai loại công nghệ buồng dập hồ quang kín đang được sử dụng đồng thời và chưa có ai đạt được ưu điểm rõ ràng.

Buồng dập tắt hồ quang kín bằng gốm sử dụng đặc tính chịu nhiệt độ cao của gốm và nhiệt độ hồ quang cực cao (trung tâm có thể đạt tới 5000 ° C). Nói chung, vật liệu không thể chịu được nhiệt độ như vậy và gốm sứ chỉ có thể đáp ứng yêu cầu này. Tuy nhiên, gốm sứ rất khó bịt kín về mặt kỹ thuật.

Buồng dập tắt hồ quang làm bằng nhựa có công nghệ bịt kín tốt hơn gốm, nhưng khả năng chịu nhiệt độ cao là không đủ.

3. Ảnh hưởng của các thông số cơ học đến tuổi thọ điện của tiếp điểm

Các thông số kết cấu liên quan đến tuổi thọ điện của tiếp điểm bao gồm: diện tích tiếp xúc, cơ cấu ngắt, áp suất tiếp điểm, v.v.

Vùng tiếp xúc, vùng tiếp xúc lớn hơn của các tiếp điểm động và tĩnh, có thể cung cấp đường đi lớn hơn cho dòng điện, giảm điện trở tiếp xúc và giảm sự tăng nhiệt độ. Khi rơle đóng hoặc ngắt, nhiệt từ hồ quang nhỏ sẽ dễ dàng bị tiêu tán hơn bởi tiếp điểm lớn hơn, từ đó giảm nguy cơ nóng chảy tiếp điểm.

Cơ cấu ngắt là một điểm kỹ thuật khác trong thiết kế rơle. Bản thân cơ chế này có chu kỳ hoạt động ổn định. Thời gian cần thiết từ khi bắt đầu chuyển động cuối cùng đến vị trí mở tối đa ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian phóng hồ quang.

Áp suất tiếp xúc của các tiếp điểm động và tĩnh, luôn có điện trở tiếp xúc giữa các tiếp điểm động và tĩnh, áp suất tiếp xúc càng lớn thì điện trở càng nhỏ. Áp suất tiếp xúc lớn có thể làm giảm tổn thất điện và tăng nhiệt độ của rơle trong điều kiện làm việc bình thường; hư hỏng tương đối nhỏ hoặc các gờ nổi lên trên bề mặt tiếp xúc sẽ không gây ra tác động bất lợi đáng kể dưới áp suất lớn và Sau khi đóng một số điểm, tác động giữa các điểm tiếp xúc sẽ làm phẳng các khuyết tật nhỏ này.

4. Độ kín của buồng dập hồ quang

Không thể đạt được độ kín tuyệt đối trong bộ ngắt chân không và có khả năng xảy ra rò rỉ không khí trong các mối hàn vỏ. Hệ số rò rỉ không khí cho phép đã được đưa vào chỉ số thiết kế của nó và việc rò rỉ không khí mãn tính là không thể tránh khỏi. Ngoài ra, việc sử dụng rơle trong xe điện, môi trường rung động khắc nghiệt ở mọi thời điểm và địa điểm cũng đã được kiểm tra nghiêm túc về chất lượng con dấu.

Khi ngày càng nhiều không khí đi vào khoang kín và độ kín của vỏ máy trở nên kém hơn, độ chân không trong buồng dập tắt hồ quang giảm dần và khả năng dập tắt hồ quang sẽ giảm dần, đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của rơle. .