تجزیه و تحلیل فنی-کنتاکتورهای ولتاژ بالا DC: بسترهای ولتاژ بالا-در وسایل نقلیه با انرژی جدید ارتقاء در فناوری آب بندی سرامیکی

 

با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید (NEV)، سیستم‌های ذخیره انرژی باتری، و زیرساخت‌های شارژ{0}بالا، سیستم‌های الکتریکی به سمت ولتاژهای بالاتر، جریان‌های بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتر در حال تکامل هستند. کنتاکتورهای DC ولتاژ بالا به عنوان اجزای کلیدی کلیدی در-سیستم‌های الکتریکی ولتاژ بالا NEVs، اتصال و قطع ایمن بین سیستم باتری و بار را تسهیل می‌کنند و همچنین محافظت از خطا را فراهم می‌کنند. آنها اجزای اساسی برای اطمینان از ایمنی الکتریکی کلی خودرو هستند.

 

برخلاف رله‌های{0}}ولتاژ پایین سنتی، کنتاکتورهای ولتاژ بالا-DC باید مدارها را در سطوح ولتاژ چند صد ولت یا بالاتر سوئیچ کنند و در عین حال در برابر نوسانات جریان گذرای قابل توجهی مقاومت کنند. در نتیجه، طراحی آنها نه تنها ساختارهای مکانیکی و تحریک الکترومغناطیسی، بلکه مواد عایق، فن‌آوری‌های خاموش کردن قوس{3}}و قابلیت اطمینان آب‌بندی را نیز در بر می‌گیرد.

 

در پیشرانه‌های NEV، کنتاکتورهای ولتاژ بالا{0}DC معمولاً در بسته باتری کششی، اینورتر، سیستم کنترل موتور و مدارهای شارژ نصب می‌شوند. پس از راه‌اندازی خودرو، کنتاکتور بسته می‌شود و به باتری کششی اجازه می‌دهد تا برق سیستم درایو را تامین کند. برعکس، هنگامی که خودرو متوقف می شود یا یک ناهنجاری تشخیص داده می شود، کنتاکتور به سرعت باز می شود تا مدار ولتاژ بالا را ایزوله کند و از تشدید خطاهای الکتریکی جلوگیری کند.

 

همانطور که پلتفرم‌های ولتاژ در NEV‌ها انتقال-از سیستم‌های 400 ولت به 800 ولت یا حتی معماری‌های بالاتر{3}}کنتاکتورهای ولتاژ بالا-DC با الزامات فزاینده‌ای در رابطه با قابلیت تحمل ولتاژ، سرعت پاسخگویی و استانداردهای ایمنی مواجه هستند.

 

 

 

کنتاکتورهای DC ولتاژ بالا عمدتاً از یک سیستم تماس، یک مکانیسم تحریک الکترومغناطیسی، یک محفظه عایق، یک ساختار خاموش کننده قوس-و اجزای آب بندی تشکیل شده اند. کنتاکت ها انتقال جریان و وقفه را کنترل می کنند، مکانیسم تحریک حرکت تماس را کنترل می کند، و ساختارهای عایق و خاموش کننده قوس{3}}قابلیت اطمینان محصول را در محیط های ولتاژ بالا تعیین می کنند.

 

بر اساس{0}}محیط خاموش کننده قوس و مواد محفظه، کنتاکتورهای ولتاژ بالا{{1}DC به طور کلی به انواعی مانند خلاء سرامیکی، سرامیکی هرمتیک آب بندی شده و رزین اپوکسی محصور شده طبقه بندی می شوند.

 

در این میان، ساختار خلاء سرامیکی به دلیل استحکام دی الکتریک بالا، عملکرد آب بندی عالی و قابلیت خاموش کردن قوس{1} پایدار، به طور گسترده در NEV ها،{0}سیستم های ذخیره انرژی با ولتاژ بالا، و منابع تغذیه صنعتی استفاده می شود.

 

مواد سرامیکی استحکام مکانیکی بالا، اتلاف دی الکتریک کم و مقاومت حرارتی عالی را ارائه می دهند که به طور موثر پایداری عایق را در طول کارکرد طولانی مدت-کنتاکتور تضمین می کند. در کاربردهای ولتاژ بالا، محفظه‌های سرامیکی تأثیر رطوبت، آلاینده‌ها و عوامل محیطی را بر اجزای داخلی کاهش می‌دهند.

 

به عنوان مثال، قاب‌های رله EV سرامیکی با قابلیت اطمینان بالا از سیستم‌های تماس داخلی از طریق ساختارهای عایق سرامیکی محافظت می‌کنند و کنتاکتور را قادر می‌سازد تا نیازهای عملکرد طولانی‌مدت را تحت شرایط پیچیده معمولی خودروهای انرژی جدید برآورده کند.

 

 

 

محیط کار داخلی کنتاکتورهای ولتاژ بالا-دی سی بسیار پیچیده است. قوس شدید، به‌ویژه در هنگام وقفه جریان بالا رخ می‌دهد.

 

عدم کنترل سریع و موثر قوس می تواند منجر به فرسایش تماسی، تخریب عایق یا حتی خرابی کامل تجهیزات شود.

 

در حالی که روش‌های خاموش کردن سنتی{0}}قوس- هوا با محدودیت‌هایی در شرایط-ولتاژ و{3} بالا{3}}جریان بالا مواجه هستند، فناوری خاموش کردن قوس خلاء{4}}از محیط خلاء برای به حداقل رساندن تأثیر رسانه‌های گازی استفاده می‌کند. این امر انقراض قوس را آسان تر می کند، در نتیجه ظرفیت شکستن را افزایش می دهد و عمر مفید را افزایش می دهد.

 

به عنوان یک ماده کلیدی برای اتاقک های خلاء، سرامیک باید چندین الزام را به طور همزمان برآورده کند:

قدرت دی الکتریک بالا؛
آب بندی هرمتیک عالی؛
مقاومت در برابر شوک حرارتی؛
ثبات بلندمدت-.
اتصال قابل اعتماد با اجزای فلزی.

 

در نتیجه، متالیزاسیون سرامیکی به یک فرآیند حیاتی در تولید کنتاکتورهای ولتاژ بالا تبدیل شده است.

 

فرآیند متالیزاسیون سرامیکی یک لایه اتصال فلزی قابل اعتماد بر روی سطح سرامیکی ایجاد می‌کند و اتصالات با استحکام بالا بین اجزای سرامیکی و فلزاتی مانند مس یا مولیبدن را امکان‌پذیر می‌سازد و از اتصال سرامیک به فلز-به{{2} پایدار اطمینان می‌دهد.

 

این روش اتصال نه‌تنها استحکام مکانیکی را تضمین می‌کند، بلکه الزامات-عملکرد طولانی‌مدت و قابل اعتماد در محیط‌های با ولتاژ بالا- و هرمتیکال را نیز برآورده می‌کند.

 

 

متالیزاسیون سرامیک یک فناوری حیاتی در ساخت سرامیک های الکترونیکی پیشرفته است. این شامل تشکیل یک لایه متالیزه بر روی سطح سرامیک آلومینا و متعاقباً اتصال سرامیک به فلز با استفاده از فرآیندهایی مانند لحیم کاری است.

 

در زمینه کنتاکتورهای ولتاژ بالا DC، این فناوری عمدتاً برای ساخت محفظه‌های محفظه خاموش کردن قوس خلاء، سازه‌های پشتیبانی عایق و مجموعه‌های هرمتیک ولتاژ بالا{{1} استفاده می‌شود.

 

به دلیل استحکام مکانیکی بالا و خواص عایق الکتریکی عالی، آلومینا (Al2O3) در حال حاضر پرمصرف ترین ماده سرامیکی عایق است.

 

به عنوان مثال، به کارگیری یکمحفظه سرامیکی آلومیناساختار برای-کنتاکتورهای ولتاژ بالا DC به طور موثر قابلیت اطمینان عایق را در محیط‌های با ولتاژ بالا-افزایش می‌دهد و در عین حال کاهش عملکرد را در طول-دراز مدت به حداقل می‌رساند. در مقایسه با پلاستیک‌های سنتی یا مواد اپوکسی، سرامیک‌های آلومینا می‌توانند دماهای بالاتر و میدان‌های الکتریکی قوی‌تر را تحمل کنند، و مزایای مشخصی را در کاربردهای پلت‌فرم ولتاژ بالا{4} برای وسایل نقلیه با انرژی جدید ارائه می‌دهند.