Quels facteurs affectent la durée de vie des relais CC haute tension ?

Les relais CC haute tension étaient à l'origine principalement utilisés dans l'industrie électrique ainsi que dans les industries aéronautique et aérospatiale. Ces dernières années, les véhicules électriques ont progressivement augmenté et les systèmes de distribution d'énergie motrice sont devenus un scénario d'application très important pour les relais CC haute tension. La haute tension est relative aux systèmes basse tension 24 V, 48 V. Certains véhicules électriques à basse vitesse choisissent la configuration de puissance des systèmes 60 V et 72 V. Généralement, la tension des voitures particulières à grande vitesse est supérieure à 200 V et celle des bus peut atteindre plus de 600 V. Les relais qui répondent aux exigences de cette phase de tension sont appelés relais CC haute tension.

Relais CC haute tension, la durée de vie comprend deux paramètres de durée de vie mécanique et de durée de vie électrique. Les facteurs qui affectent la durée de vie mécanique incluent le matériau des points de contact, la conception et le niveau de fabrication du mécanisme d'ouverture et de fermeture, etc. Le goulot d'étranglement de la durée de vie électrique est principalement la durée de vie des contacts.

1.Effet des arcs magnétiques sur la durée de vie électrique des contacts

Comme le montre la figure ci-dessous, le principe de la conception du soufflage magnétique dans le relais est expliqué. Le contact statique gauche, selon la direction du courant indiquée sur la figure, utilise la règle de droite pour déterminer la direction du champ magnétique de la bobine. Un arc est un courant dans un canal d'ionisation formé par une tension qui traverse le milieu entre les contacts statiques. Il obéit entièrement à la loi de l’interaction électromagnétique. Le champ magnétique généré par l'arc est représenté sur la figure. Utilisez la règle de gauche pour déterminer la direction de la force de l’arc. La direction de la force est indiquée par F sur la figure.

Le soufflage magnétique consiste à utiliser un aimant permanent ou un électro-aimant pour générer un champ magnétique. La direction dans laquelle le champ magnétique interagit avec l'arc est d'éloigner le circuit des contacts dynamiques et statiques.

Avec le mouvement rapide du contact mobile et l'application de l'effet de soufflage magnétique, l'arc est étiré et la résistance de l'arc augmente rapidement, ce qui entraîne une forte chute du courant d'arc et une diminution de l'efficacité thermique de l'arc. Le degré d'ionisation du milieu diminue à mesure que la température diminue et la conductivité électrique du canal d'arc diminue. Si l'arc est tiré en même temps, pendant le processus de déplacement de l'arc vers l'extérieur, avec d'autres moyens de couper l'arc et de refroidir l'arc, l'arc s'éteindra plus rapidement.

La réduction du temps d'arc est un moyen important de protéger les contacts. Une bonne conception de soufflage magnétique prolongera certainement la durée de vie du relais. Le soufflage magnétique a été largement utilisé dans les relais et contacteurs haute puissance avec des exigences d'espace moins sensibles, tandis que dans les petits relais, des dispositifs similaires ont été conçus pour des produits individuels.

2. Influence de la pression de l'air ambiant sur la durée de vie électrique des contacts

Afin de raccourcir le temps d'arc, en plus d'utiliser la méthode de soufflage magnétique mentionnée ci-dessus pour tirer l'arc, les méthodes souvent utilisées pour éteindre les arcs dans des espaces étroits comprennent la modification de l'environnement d'ouverture et de fermeture du contact, le remplissage de la chambre d'extinction d'arc scellée avec un gaz à haute énergie d'ionisation, ou La chambre d'extinction de l'arc est évacuée.

Causes des arcs de gaz à haute pression

Énergie d'ionisation. Dans le processus par lequel les atomes gazeux perdent des électrons et deviennent des cations, il est nécessaire de surmonter l'attraction du noyau vers les électrons, c'est-à-dire l'énergie qui tire les électrons des orbitales atomiques pour les transformer en électrons libres. C'est l'énergie d'ionisation de ces éléments. Plus l'énergie d'ionisation est élevée, moins les atomes sont ionisés facilement, moins ils deviennent des cations et plus la métallicité est faible ; au contraire, plus ils perdent facilement des électrons et deviennent des cations, plus la métallicité est forte. Dans le tableau périodique, l'énergie d'ionisation la plus élevée est l'hélium, de sorte que l'hélium peut être rempli dans la chambre d'extinction d'arc scellée, ce qui améliore la capacité du relais à éteindre l'arc.

Il existe de nombreuses études expliquant les causes des arcs électriques dans les environnements gazeux à haute pression. Le point général est le suivant. Dans une chambre à gaz à haute pression, l’arc s’effectue en deux étapes. Le contact cathodique émet des électrons sous l'action de la température ou de la tension et est reçu par l'anode pour former le premier claquage ; la formation initiale de l'arc amène des cations gazeux à haute température et ionisés, et le chemin ionique de l'arc est encore élargi pour former un arc plus massif.

Causes de l'arc sous vide

Sous vide, il n’existe plus de milieu ionisable. Il est difficile de brûler un arc, mais il peut quand même brûler. Au moment où les contacts dynamiques et statiques sont séparés, le métal sur les contacts se vaporise, formant un canal ionique métallique, et un arc se forme dans le canal. Il existe plusieurs explications différentes sur la formation d’un tel canal ionique.

La première consiste à expliquer la théorie des électrons émis à haute température. On pense qu'il existe des défauts originaux sur les contacts cathodiques, appelés spots. On considère que la résistance de position du point est relativement grande et que la température locale est relativement élevée pendant le processus d'excitation. Lorsque les contacts dynamiques et statiques sont sur le point d'être séparés, la partie haute température émet des électrons vers l'anode, formant initialement un arc, l'arc brûle, le matériau de contact se vaporise, forme ensuite de la vapeur métallique, puis forme un arc sous vide ;

La deuxième explication de la théorie de l’émission de champ est que la cathode a la capacité d’émettre des électrons lorsque la tension appliquée entre les contacts dynamiques et statiques est suffisamment élevée. Lorsque les contacts dynamiques et statiques sont sur le point d'être séparés, il y aura généralement une position de contact finale l'un avec l'autre, et cette face est positivement petite. Le flux d'électrons émetteurs de champ circule vers l'anode à travers cette zone extrêmement petite, et l'énorme densité de courant produit un effet thermique spectaculaire à la fois sur la cathode et sur l'anode, provoquant la propagation progressive de la fusion à l'ensemble du contact à partir de ce point, et le la surface de contact fond. Génère de la vapeur métallique. Un meilleur environnement d’ionisation provoque une expansion de l’échelle du flux d’électrons, formant un arc sous vide.

Degré de vide : En général, plus le degré de vide est élevé, moins il est probable qu’il se brise et plus il est difficile de former un arc. Dans des conditions idéales, la rigidité diélectrique peut atteindre 10 000 V par 0,1 mm. Mais lorsque le vide atteint un certain niveau, une augmentation supplémentaire ne contribuera pas à réduire la tension de claquage. Comme le montre la courbe ci-dessus, elle montre la relation entre le vide et la tension de claquage. Plus la tension de claquage est faible, plus il est facile de former et de maintenir l'arc, c'est-à-dire plus le temps d'arc est long. Le degré de vide est directement mesuré par la pression de l'air. Plus la pression de l’air est faible, plus le degré de vide est élevé.

La chambre d'extinction d'arc scellée sous vide, pour obtenir une chambre d'extinction d'arc sous vide, nécessite de bons matériaux et une bonne technologie d'étanchéité. Chambres d'extinction d'arc scellées en céramique et en résine, deux types de technologie de chambre d'extinction d'arc scellée sont utilisés simultanément, et personne n'a obtenu d'avantages évidents.

La chambre d'extinction d'arc scellée en céramique utilise les caractéristiques de résistance à haute température de la céramique et la température de l'arc est extrêmement élevée (le centre peut atteindre 5000°C). Généralement, les matériaux ne peuvent pas résister à de telles températures et la céramique peut tout simplement répondre à cette exigence. Cependant, les céramiques sont techniquement difficiles à sceller.

La chambre d'extinction d'arc en résine a une meilleure technologie d'étanchéité que la céramique, mais sa résistance aux températures élevées est insuffisante.

3. L'influence des paramètres mécaniques sur la durée de vie électrique des contacts

Les paramètres structurels liés à la durée de vie électrique des contacts comprennent : la surface de contact, le mécanisme de rupture, la pression de contact, etc.

La zone de contact, la plus grande zone de contact des contacts dynamiques et statiques, peut fournir un chemin plus large pour le courant, réduire la résistance de contact et réduire l'augmentation de la température. Lorsque le relais est fermé ou déconnecté, la chaleur du petit arc sera plus facilement dissipée par le contact plus grand, réduisant ainsi le risque de fusion du contact.

Le mécanisme de rupture est un autre point technique dans la conception des relais. Le mécanisme lui-même a un cycle d'action stable. Le temps nécessaire du début au mouvement final jusqu'à la position d'ouverture maximale affecte directement le temps d'arc.

Pression de contact des contacts dynamiques et statiques, il y a toujours une résistance de contact entre les contacts dynamiques et statiques, plus la pression de contact est grande, plus la résistance est faible. Une pression de contact élevée peut réduire la perte électrique et l'augmentation de la température du relais dans des conditions de travail normales ; Des dommages relativement mineurs ou des bavures surélevées sur la surface de contact ne provoqueront pas d'effets indésirables significatifs sous une pression importante, et une fois plusieurs points fermés, l'impact entre les contacts lissera ces petits défauts.

4.L'étanchéité de la chambre d'extinction d'arc

Il est impossible d'obtenir une étanchéité absolue dans l'ampoule à vide et il existe un risque de fuite d'air dans les soudures de la coque. Un coefficient de fuite d'air admissible a été inclus dans son indice de conception, et les fuites d'air chroniques sont inévitables. En outre, l'utilisation de relais dans les véhicules électriques, l'environnement de vibrations sévères à tout moment et en tout lieu, ont également sérieusement testé la qualité de l'étanchéité.

À mesure que de plus en plus d'air pénètre dans la cavité scellée et que l'étanchéité du boîtier se détériore, le degré de vide dans la chambre d'extinction d'arc diminue progressivement et la capacité d'extinction d'arc se détériore progressivement, ce qui est un facteur important affectant la durée de vie du relais. .