ما هي العوامل التي تؤثر على عمر مرحل التيار المستمر عالي الجهد؟

كانت مرحلات التيار المستمر ذات الجهد العالي تستخدم في الأصل بشكل رئيسي في صناعة الطاقة وصناعات الطيران والفضاء. في السنوات الأخيرة، ارتفعت السيارات الكهربائية تدريجياً، وأصبحت أنظمة توزيع طاقة القيادة سيناريو تطبيق مهم للغاية لمرحلات التيار المستمر ذات الجهد العالي. الجهد العالي يتعلق بأنظمة الجهد المنخفض 24 فولت، 48 فولت. تختار بعض السيارات الكهربائية منخفضة السرعة تكوين الطاقة لأنظمة 60 فولت و72 فولت. بشكل عام، الجهد الكهربي لسيارات الركاب عالية السرعة أعلى من 200 فولت، ويمكن للحافلة أن تصل إلى أكثر من 600 فولت. تسمى المرحلات التي تلبي متطلبات مرحلة الجهد هذه بمرحلات التيار المستمر ذات الجهد العالي.

مرحل تيار مستمر عالي الجهد، تتضمن الحياة معلمتين للحياة الميكانيكية والحياة الكهربائية. تشمل العوامل التي تؤثر على الحياة الميكانيكية مادة نقاط الاتصال، ومستوى التصميم والتصنيع لآلية الفتح والإغلاق، وما إلى ذلك. إن عنق الزجاجة للحياة الكهربائية هو بشكل أساسي عمر التلامس.

1. تأثير انحناء المجال المغناطيسي على الحياة الكهربائية للملامسات

كما هو موضح في الشكل أدناه، يتم شرح مبدأ تصميم الضربة المغناطيسية في المرحل. يستخدم جهة الاتصال الثابتة اليسرى، وفقًا لاتجاه التيار الموضح في الشكل، قاعدة اليد اليمنى لتحديد اتجاه المجال المغناطيسي للملف. القوس هو تيار في قناة التأين يتكون من جهد يخترق الوسط بين جهات الاتصال الثابتة. إنه يطيع تماما قانون التفاعل الكهرومغناطيسي. يظهر في الشكل المجال المغناطيسي الناتج عن القوس. استخدم قاعدة اليد اليسرى لتحديد اتجاه قوة القوس. يشار إلى اتجاه القوة بالحرف F في الشكل.

النفخ المغناطيسي هو استخدام مغناطيس دائم أو مغناطيس كهربائي لتوليد مجال مغناطيسي. الاتجاه الذي يتفاعل فيه المجال المغناطيسي مع القوس هو سحب الدائرة بعيدًا عن نقاط الاتصال الديناميكية والثابتة.

مع الحركة السريعة للاتصال المتحرك وتطبيق تأثير النفخ المغناطيسي، يتم تمديد القوس وتزداد مقاومة القوس بسرعة، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في تيار القوس وانخفاض الكفاءة الحرارية للقوس. تتناقص درجة تأين الوسط مع انخفاض درجة الحرارة، وتقل الموصلية الكهربائية لقناة القوس. إذا تم سحب القوس في نفس الوقت، أثناء تحرك القوس للخارج، مع وسائل أخرى لقطع القوس وتبريد القوس، فسيتم إطفاء القوس بشكل أسرع.

يعد تقليل وقت الانحناء وسيلة مهمة لحماية جهات الاتصال. من المؤكد أن التصميم الجيد للضربة المغناطيسية سيطيل عمر المرحل. لقد تم استخدام النفخ المغناطيسي على نطاق واسع في المرحلات والموصلات عالية الطاقة ذات متطلبات المساحة الأقل حساسية، بينما في المرحلات الصغيرة، تم تصميم أجهزة مماثلة للمنتجات الفردية.

2. تأثير ضغط الهواء المحيط على الحياة الكهربائية للملامسات

من أجل تقصير وقت الانحناء، بالإضافة إلى استخدام طريقة النفخ المغناطيسي المذكورة أعلاه لسحب القوس، فإن الطرق المستخدمة غالبًا لإطفاء الأقواس في المساحات الضيقة تشمل تغيير بيئة فتح وإغلاق التلامس، وملء غرفة إطفاء القوس المختومة بـ غاز ذو طاقة تأين عالية، أو يتم إخلاء غرفة الإطفاء القوسي.

أسباب أقواس الغاز ذات الضغط العالي

طاقة التأين. وفي عملية فقدان الذرات الغازية للإلكترونات وتحولها إلى كاتيونات، من الضروري التغلب على انجذاب النواة للإلكترونات، أي الطاقة التي تسحب الإلكترونات من المدارات الذرية لتصبح إلكترونات حرة. هذه هي طاقة التأين لهذه العناصر. كلما زادت طاقة التأين، قلَّت سهولة تأين الذرات، وقلَّت سهولة تحولها إلى كاتيونات، وضعف معدنها؛ على العكس من ذلك، كلما زادت سهولة فقدانها للإلكترونات وتحولها إلى كاتيونات، أصبحت معدنية أقوى. في الجدول الدوري، أعلى طاقة تأين هي الهيليوم، لذلك يمكن ملء الهيليوم في غرفة إطفاء القوس المختوم، مما يحسن قدرة المرحل على إطفاء القوس.

هناك العديد من الدراسات التي تشرح أسباب الانحناء في بيئات الغاز ذات الضغط العالي. النقطة العامة هي كما يلي. في غرفة الغاز ذات الضغط العالي، يتم تنفيذ الانحناء على مرحلتين. ينبعث الاتصال الكاثود الإلكترونات تحت تأثير درجة الحرارة أو الجهد ويتم استقبالها بواسطة الأنود لتشكيل الانهيار الأول؛ يؤدي التكوين الأولي للقوس إلى ارتفاع درجة حرارة وكاتيونات الغاز المتأينة، ويتم توسيع المسار الأيوني للقوس بشكل أكبر ليشكل قوسًا أكثر ضخامة.

أسباب قوس الفراغ

في ظل ظروف الفراغ، لم يعد هناك وسط يمكن أن يتأين. من الصعب حرق القوس، ولكن لا يزال من الممكن أن يحترق. في اللحظة التي يتم فيها فصل جهات الاتصال الديناميكية والثابتة، يتبخر المعدن الموجود على جهات الاتصال، ويشكل قناة أيون معدنية، ويتشكل قوس في القناة. هناك عدة تفسيرات مختلفة لكيفية تشكيل هذه القناة الأيونية.

الأول هو شرح نظرية انبعاث الإلكترونات ذات درجة الحرارة العالية. ويعتقد أن هناك عيوبًا أصلية في نقاط اتصال الكاثود تسمى البقع. يعتبر أن مقاومة موضع البقعة كبيرة نسبيًا، وأن درجة الحرارة المحلية مرتفعة نسبيًا أثناء عملية التنشيط. عندما تكون الاتصالات الديناميكية والثابتة على وشك الانفصال، فإن الجزء ذو درجة الحرارة المرتفعة يصدر إلكترونات إلى الأنود، ويشكل في البداية قوسًا، ويحترق القوس، وتتبخر مادة التلامس، وتشكل بخارًا معدنيًا، ثم تشكل قوسًا في الفراغ؛

التفسير الثاني لنظرية انبعاث المجال هو أن الكاثود لديه القدرة على انبعاث الإلكترونات عندما يكون الجهد المطبق بين الاتصالات الديناميكية والثابتة مرتفعًا بدرجة كافية. عندما تكون جهات الاتصال الديناميكية والثابتة على وشك الانفصال، سيكون هناك بشكل عام موضع اتصال نهائي مع بعضها البعض، ويكون هذا الوجه صغيرًا بشكل إيجابي. يتدفق تدفق الإلكترونات الباعثة للمجال إلى القطب الموجب عبر هذه المنطقة الصغيرة للغاية، وتنتج كثافة التيار الضخمة تأثيرًا حراريًا هائلاً على كل من الكاثود والأنود، مما يتسبب في انتشار الانصهار تدريجيًا إلى نقطة الاتصال بأكملها من تلك النقطة، ويؤدي يذوب سطح الاتصال. توليد بخار معدني. تؤدي بيئة التأين الأفضل إلى توسيع نطاق تدفق الإلكترون، مما يشكل قوسًا مفرغًا.

درجة الفراغ: بشكل عام، كلما ارتفعت درجة الفراغ، قل احتمال الانهيار وزادت صعوبة تشكيل القوس. في ظل الظروف المثالية، يمكن أن تصل قوة العزل الكهربائي إلى مستوى 10000 فولت لكل 0.1 ملم. ولكن عندما يصل الفراغ إلى مستوى معين، فإن الزيادة الإضافية لن تساعد في تقليل جهد الانهيار. كما هو موضح في المنحنى أعلاه، فهو يوضح العلاقة بين الفراغ وجهد الانهيار. كلما انخفض جهد الانهيار، أصبح من الأسهل تشكيل القوس والحفاظ عليه، أي كلما زاد وقت الانحناء. يتم قياس درجة الفراغ مباشرة عن طريق ضغط الهواء. كلما انخفض ضغط الهواء، زادت درجة الفراغ.

غرفة إطفاء القوس المختوم بالفراغ، للحصول على غرفة إطفاء القوس الفراغي، تتطلب مواد جيدة وتقنية مانعة للتسرب لتحقيقها. غرف إطفاء القوس المختومة بالسيراميك والراتنج، يتم استخدام نوعين من تكنولوجيا غرفة إطفاء القوس المختومة في وقت واحد، ولم يحقق أحد مزايا واضحة.

تستخدم غرفة إطفاء القوس الخزفي المختوم خصائص مقاومة درجات الحرارة العالية للسيراميك ودرجة حرارة القوس مرتفعة للغاية (يمكن أن يصل المركز إلى 5000 درجة مئوية). بشكل عام، المواد لا يمكنها تحمل درجات الحرارة هذه، ويمكن للسيراميك فقط تلبية هذا المطلب. ومع ذلك، من الصعب تقنيًا إغلاق السيراميك.

تتميز غرفة إطفاء القوس المصنوعة من الراتينج بتقنية إغلاق أفضل من السيراميك، لكن مقاومتها لدرجات الحرارة العالية غير كافية.

3. تأثير المعلمات الميكانيكية على الحياة الكهربائية للملامسات

تشمل المعلمات الهيكلية المتعلقة بالعمر الكهربائي للملامسات ما يلي: منطقة التلامس، وآلية الكسر، وضغط التلامس، وما إلى ذلك.

منطقة الاتصال، منطقة الاتصال الأكبر لجهات الاتصال الديناميكية والثابتة، يمكن أن توفر مسارًا أكبر للتيار، وتقلل من مقاومة الاتصال، وتقلل من ارتفاع درجة الحرارة. عندما يتم إغلاق المرحل أو فصله، سيتم تبديد الحرارة من القوس الصغير بسهولة أكبر عن طريق الاتصال الأكبر، وبالتالي تقليل خطر ذوبان التلامس.

آلية الكسر هي نقطة فنية أخرى في تصميم التتابع. الآلية نفسها لديها دورة عمل مستقرة. يؤثر الوقت المطلوب من البداية إلى الحركة النهائية إلى أقصى موضع مفتوح بشكل مباشر على وقت الانحناء.

ضغط الاتصال لجهات الاتصال الديناميكية والثابتة، هناك دائمًا مقاومة اتصال بين جهات الاتصال الديناميكية والثابتة، وكلما زاد ضغط الاتصال، قلت المقاومة. ضغط الاتصال الكبير يمكن أن يقلل من فقدان الكهرباء وارتفاع درجة حرارة المرحل في ظل ظروف العمل العادية؛ لن يسبب الضرر الصغير نسبيًا أو نتوءات مرتفعة على سطح التلامس تأثيرات ضارة كبيرة تحت ضغط كبير، وبعد إغلاق عدة نقاط، فإن التأثير بين نقاط التلامس سيعمل على تلطيف هذه العيوب الصغيرة.

4. ضيق غرفة إطفاء القوس

من المستحيل تحقيق الختم المطلق في قاطع الفراغ، وهناك احتمالية لتسرب الهواء في غلاف اللحام. تم تضمين معامل تسرب الهواء المسموح به في مؤشر التصميم الخاص به، وأصبح تسرب الهواء المزمن أمرًا لا مفر منه. وبالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام المرحلات في السيارات الكهربائية، وبيئة الاهتزاز الشديدة في أي وقت ومكان، يختبر أيضًا جودة الختم بشكل جدي.

مع دخول المزيد والمزيد من الهواء إلى التجويف المغلق، ويصبح إغلاق العلبة أسوأ، تنخفض درجة الفراغ في غرفة إطفاء القوس تدريجيًا، وسوف تتدهور قدرة إطفاء القوس تدريجيًا، وهو عامل مهم يؤثر على عمر التتابع .