انتخاب رله ولتاژ بالا-و تحلیل کاربرد

همانطور که صنعت خودروهای انرژی جدید به سمت ولتاژ بالاتر و توان بالاتر تکامل می‌یابد، رله‌های ولتاژ بالا{{0}DC به یکی از اجزای اصلی کنترل در سیستم‌های ولتاژ بالا-خودروهای الکتریکی تبدیل شده‌اند. انتخاب مناسب رله‌های ولتاژ بالا مستقیماً بر ایمنی، قابلیت اطمینان و عملکرد پایدار درازمدت کل سیستم ولتاژ بالا-خودرو تأثیر می‌گذارد. به خصوص در مدارهای حیاتی مانند باتری برق، کنترل کننده موتور، و سیستم شارژ/دشارژ، رله‌های ولتاژ{7}بالا وظایف مهم کنترل روشن/خاموش، حفاظت از سیستم، و جداسازی خطا را بر عهده دارند. محدودیت‌های عملکرد آنها به یک محدودیت مهم در طراحی معماری ولتاژ بالا-خودرو تبدیل شده است.

 

در یک سیستم ولتاژ بالا{0}خودروی الکتریکی معمولی، معمولاً به 5 تا 8 رله DC ولتاژ بالا نیاز است که نقش‌های عملکردی مختلفی مانند رله‌های اصلی، رله‌های پیش{4}شارژ، رله‌های شارژ اضطراری، رله‌های شارژ معمولی، و رله‌های کمکی سیستم ولتاژ بالا را پوشش می‌دهند. رله‌های مختلف در فرکانس کاری، تنش الکتریکی و سطح ایمنی در سیستم، تفاوت‌های قابل‌توجهی دارند که تمرکز متفاوت در انتخاب و طراحی ساختاری آنها را تعیین می‌کند. کنتاکت‌های الکتریکی داخلی، کنتاکت‌های الکتریکی و کنتاکت‌های{8}}جریان زیاد رله، پایه‌ی کلیدی برای تعیین حد بالای عملکرد آن هستند.

 

 

رله یک عنصر کنترل خودکار است که مدارها را بر اساس تغییرات سیگنال های ورودی متصل، قطع یا سوئیچ می کند. این به طور گسترده ای در کنترل خودکار، کنترل از راه دور و سیستم های جداسازی سیگنال استفاده می شود. ویژگی اساسی آن کنترل مدارهای-جریان بالا،-قدرت بالا با جریان کم یا توان کم است که به انزوا مؤثر بین کنترل و بار می‌رسد.

 

در سیستم‌های{0} ولتاژ بالا وسایل نقلیه با انرژی جدید، وظیفه اصلی رله‌ها اتصال یا قطع برق ولتاژ بالا است و از آسیب غیرقابل برگشت به اجزای اصلی مانند باتری و کنترل‌کننده موتور در شرایط غیرعادی جلوگیری می‌کند. کنتاکت‌های مس و مواد تماس فلزات گرانبها در داخل رله فشار الکتریکی ناشی از سوئیچینگ مکرر را تحمل می‌کنند و پایه فیزیکی حیاتی را برای عملکرد ایمن سیستم{3} ولتاژ بالا تشکیل می‌دهند.

 

 

در طول فرآیند استارت سرد وسایل نقلیه الکتریکی، کنترل کننده موتور معمولاً حاوی یک خازن بزرگ باس DC است. اگر رله اصلی مستقیماً بدون{1}}شارژ قبلی بسته شود، باتری ولتاژ بالا فوراً در خازن خالی تخلیه می‌شود و جریان هجومی عظیمی ایجاد می‌کند که می‌تواند به راحتی منجر به فرسایش تماس، چسبندگی یا حتی خرابی ساختاری شود.

 

بنابراین، سیستم‌های ولتاژ بالا معمولاً از یک طرح-قبل از شارژ استفاده می‌کنند: یک رله قبل از شارژ و یک مقاومت محدودکننده جریان یک مدار شروع نرم- تشکیل می‌دهند که به ولتاژ خازن اجازه می‌دهد به تدریج افزایش یابد. هنگامی که ولتاژ باس به نسبت معینی از ولتاژ باتری نزدیک می شود، رله اصلی بسته می شود و به مدار اصلی متصل می شود و جریان هجومی را در لحظه بسته شدن به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. این فرآیند تقاضای بالاتری را برای مقاومت در برابر نوسان کنتاکت کنتاکتور داخلی رله و کنتاکت های الکتریکی نقره ای ایجاد می کند.

 

 

از منظر عملکرد و ظرفیت باربری{0}، رله‌های خودرو را می‌توان به رله سیگنال و رله قدرت تقسیم کرد، تقریباً تمام خودروهای انرژی جدید از رله‌های قدرت استفاده می‌کنند. از منظر اجرای سازه، آنها را می توان به رله های الکترومغناطیسی و رله های حالت جامد- تقسیم کرد. از دیدگاه ولتاژ عملیاتی، آنها را می توان به رله های-ولتاژ پایین و رله های ولتاژ بالا- تقسیم کرد.

 

در سیستم‌های-ولتاژ بالا DC، رله‌های ولتاژ{1}الکترومغناطیسی به دلیل بلوغ بالا، ظرفیت شکست قوی، و توانایی برآوردن الزامات ایمنی در شرایط عملیاتی پیچیده، راه‌حل اصلی باقی می‌مانند. ساختارهای داخلی رله، مانند کنتاکت‌های نقره‌ای، کنتاکت‌های نقره‌ای در شکن‌ها، و کنتاکت‌های دو فلزی-شکن‌ها، پایه‌های طراحی مهمی برای سازگاری آنها با محیط‌های ولتاژ بالا-DC هستند.

 

 

رله‌های ولتاژ بالا{0}}الکترومغناطیسی عمدتاً از یک سیم پیچ، هسته آهنی، مکانیزم آرمیچر، سیستم تماس و فنر برگشتی تشکیل شده‌اند. هنگامی که سیم پیچ برق می گیرد، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند، آرمیچر را جذب می کند و باعث می شود که تماس متحرک با کنتاکت ثابت بسته شود، بنابراین اتصال مدار کامل می شود. هنگامی که سیم‌پیچ فعال می‌شود، میدان مغناطیسی ناپدید می‌شود و آرمیچر تحت تأثیر فنر مجدداً تنظیم می‌شود و مدار را قطع می‌کند.

 

بر اساس وضعیت اولیه کنتاکت ها در حالت بدون انرژی، رله ها را می توان به عنوان مخاطبین معمولی باز و مخاطبین معمولی بسته طبقه بندی کرد.

 

رله‌های ولتاژ بالا معمولاً از یک ساختار معمولی باز استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که مدار ولتاژ بالا به‌طور خودکار در صورت قطع برق یا خطا قطع می‌شود و سطح ایمنی ذاتی سیستم را بهبود می‌بخشد. مواد تماس بیشتر از مواد نجیب ساخته شده اند تا رسانایی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت قوس را متعادل کنند.

 

 

در مقایسه با رله‌های معمولی، بزرگ‌ترین تفاوت ساختاری در{0}}رله‌های DC ولتاژ بالا در طراحی آب‌بندی و خاموش کردن قوس- آنها نهفته است. کنتاکت‌های ولتاژ بالا معمولاً در یک حفره مهر و موم شده، جدا شده از هوای بیرون محصور می‌شوند، در نتیجه به طور قابل توجهی ولتاژ مقاومت را بهبود می‌بخشند و انتشار قوس را سرکوب می‌کنند.

 

در طول سوئیچینگ تماس،-رله‌های ولتاژ بالا معمولاً از قطع اتصال تحت بار جلوگیری می‌کنند و انرژی قوس را از طریق راهبردهای کنترل سطح{1} سیستم کاهش می‌دهند. در داخل، به طور گسترده ای از کنتاکت های نقره ای در قطع کننده های مدار، یک قوس مغناطیسی{3}}ساختار خاموش کننده و مواد عایق با استحکام بالا برای افزایش قابلیت اطمینان قطعی کلی استفاده می کند.

 

 

وسایل نقلیه انرژی جدید به طور قابل‌توجهی نسبت به خودروهای سنتی نیاز به عملکرد بسیار بالاتری برای رله‌های DC ولتاژ بالا دارند، عمدتاً از نظر مقاومت در برابر ولتاژ بالا، مقاومت جریان بالا، مقاومت در برابر ضربه، خاموش کردن قوس قوی و قابلیت شکست قابل اعتماد.

 

با توجه به مقاومت ولتاژ بالا، رله باید صدها ولت ولتاژ DC را برای مدت طولانی تحمل کند و به طور قابل اعتماد تحت بار بسته و باز شود. با توجه به ظرفیت بار، جریان نامی سیستم‌های محرک معمولاً بیش از 200 آمپر و جریان پیک بیش از 300 آمپر است. رله باید دارای ظرفیت کافی برای انتقال جریان و اتلاف حرارت در یک حجم محدود باشد.

 

مقاومت در برابر ضربه یکی از شاخص‌های ایمنی اصلی رله‌های-ولتاژ بالا است. جریان موج خازنی در لحظه بسته شدن اغلب چندین برابر یا حتی ده ها برابر جریان نامی است. اگر مقاومت ضربه ای تماس کافی نباشد، شکست چسبندگی می تواند به راحتی رخ دهد و خطر ایمنی جدی را به همراه دارد. بنابراین، رله‌ها اغلب از کنتاکت‌های الکتریکی نقره‌ای، ساختارهای فوران مغناطیسی و سیستم‌های آلیاژی با پایداری بالا برای افزایش مقاومت در برابر ضربه استفاده می‌کنند.

 

از نظر عملکرد خاموش کردن قوس و شکستن، قوس‌های الکتریکی به‌راحتی در محیط‌های{0}DC با ولتاژ بالا خاموش نمی‌شوند. رله ها باید به سرعت انرژی قوس را از طریق طراحی ساختاری و مواد برای جلوگیری از فرسودگی تماس تضعیف کنند. برخی از رله‌های با کارایی بالا همچنین دارای کنتاکت‌های الکتریکی دوار یا سازه‌های موازی چند تماسی هستند تا عمر مفید خود را افزایش دهند.

 

 

انتخاب یک رله ولتاژ بالا یک پروژه سیستماتیک است که نیاز به همگرایی تدریجی بر اساس معماری کلی الکتریکی خودرو دارد. در مرحله طراحی اولیه، قابلیت های ولتاژ و جریان مدار کنترل و همچنین ولتاژ نامی، جریان و نوع تماس مدار کنترل شده باید به وضوح تعریف شوند. بر این اساس، یک محدوده محصول اولیه با توجه به درجه بندی ولتاژ و جریان انتخاب می شود و راه حل نهایی با در نظر گرفتن عواملی مانند روش های خاموش کردن قوس، ساختار حفره و انواع ترمینال تعیین می شود.

 

در سطح پارامتر خاص، شش نشانگر تماس کلیدی باید ارزیابی شوند: عمر الکتریکی، جریان نامی،-جریان زمانی کوتاه-ظرفیت حمل، حداکثر جریان قطع، ظرفیت شکست اضافه بار، و ظرفیت شکست معکوس. این نشانگرها به طور مستقیم عملکرد قابلیت اطمینان رله را در طول چرخه عمر خودرو تعیین می کنند.

 

ارزیابی عمر الکتریکی باید با استراتژی قبل از شارژ و سناریوهای استفاده از خودرو ترکیب شود تا اطمینان حاصل شود که عملکرد تماس تحت بارهای مکرر-در شرایط بسته شدن بار، تخریب غیرقابل قبولی را تجربه نمی‌کند. جریان نامی باید-شرایط عملیاتی پایدار درازمدت وسیله نقلیه را پوشش دهد، در حالی که جریان کوتاه مدت باید نیازهای گذرای بار بالا، شتاب، تپه نوردی و سایر شرایط را برآورده کند.

 

حداکثر جریان قطع و ظرفیت شکست اضافه بار، شاخص‌های ایمنی مهم برای رله‌ها هستند که مستقیماً با قابلیت حفاظتی سیستم در شرایط شدید مانند اتصال کوتاه یا برخورد مرتبط هستند. برای رله‌های با طرح‌های پلاریزه، ظرفیت شکست معکوس آنها نیز باید ارزیابی شود، هزینه و افزونگی ایمنی متعادل شود.

 

 

از آنجایی که سیستم‌های ولتاژ بالا در وسایل نقلیه با انرژی جدید همچنان به سمت قدرت بالاتر و چگالی انرژی بالاتر توسعه می‌یابند، آستانه فنی و ارزش سیستم-رله‌های ولتاژ بالا DC دائماً در حال افزایش است. اجزای کلیدی داخلی آنها، مانندتماس های الکتریکی سفارشی, کنتاکت‌های شکل‌دهی سرد دقیق و کنتاکت‌های رله سه‌متالیک به پایه‌های بسیار مهمی برای تعیین عملکرد کلی ایمنی ولتاژ بالا- وسیله نقلیه تبدیل شده‌اند.

 

در آینده، با استفاده سریع از-وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های ذخیره انرژی، رله‌های ولتاژ بالا از نظر قابلیت اطمینان، طول عمر و افزونگی ایمنی به تکامل خود ادامه خواهند داد. انتخاب و طراحی کاربرد آنها به جنبه‌ای حیاتی از معماری ولتاژ{3}بالای خودرو تبدیل می‌شود که نمی‌توان آن را نادیده گرفت.