fa
اخبار
صفحه اصلی / اخبار / اخبار صنعت / چگونه طراحی رله DC ولتاژ بالا سوئیچینگ انرژی جدید قابل اعتماد را شکل می دهد
چرا سوئیچینگ DC در توان بالا رفتار متفاوتی دارد؟
سوئیچینگ جریان مستقیم در ولتاژ بالا یک مشکل مهندسی اساسا متفاوت از تغییر جریان متناوب است. در مدار AC، جریان به طور طبیعی تقریباً صد بار در ثانیه از صفر عبور می کند و به هر دستگاه قطع کننده یک لحظه داخلی می دهد که در آن قوس بین کنتاکت های باز می تواند با حداقل انرژی خاموش شود. مدار DC چنین نقطه عبوری ندارد. هنگامی که جریان از یک بار القایی، یک بانک باتری یا یک کابل شارژ عبور می کند، جریان به فشار ادامه می دهد تا زمانی که چیزی به طور فعال آن را از هم جدا کند، و این رویداد جدایی جایی است که بیشتر مشکل مهندسی در یک رله DC ولتاژ بالا در واقع زندگی می کند
این تمایز در زیرساختهای انرژی جدید اهمیت زیادی دارد. رشتههای خورشیدی، قفسههای ذخیره انرژی باتری، پشتههای شارژ وسایل نقلیه الکتریکی، و پیوندهای انتقال HVDC، همگی جریان DC پایدار را در سطوح ولتاژی دارند که در یک دهه پیش در طراحی جریان اصلی الکتریکی نادر بود. الف رله رتبه بندی شده برای یک مدار AC خانگی هیچ ارتباط معنی داری با این کاربردها ندارد و تلقی کردن سوئیچینگ DC به عنوان یک تمرین کاهش دهنده ساده از سخت افزار AC یکی از رایج ترین اشتباهات طراحی در برنامه ریزی سیستم در مراحل اولیه است.
1500 ولت سقف اتوبوس DC معمولی در رشته های خورشیدی کاربردی
800 ولت معماری رایج برای پلتفرم های شارژ سریع EV
± 800 کیلو ولت ترتیب قدر برای انتقال HVDC در مسافت های طولانی
چگونه قطع تماس بین AC و DC متفاوت است
هنگامی که یک رله مکانیکی تحت بار باز می شود، جداسازی فیزیکی کنتاکت ها فوراً جریان جریان را متوقف نمی کند. یک قوس رسانا در شکاف تشکیل می شود که توسط انرژی ذخیره شده در مدار و در بارهای القایی توسط میدان مغناطیسی در حال فروپاشی حفظ می شود. در مدار AC این قوس خود محدود شونده است زیرا جریان به هر حال به سمت صفر می رود. در یک مدار DC، قوس باید به طور فعال از طریق هندسه تماس، ساختارهای دمنده مغناطیسی، محفظه های پر از گاز، یا یک عنصر سوئیچینگ حالت جامد که شکاف مکانیکی را به طور کامل از معادله حذف می کند، خاموش شود.
نمودار زیر نشان می دهد که چرا عدم وجود یک عبور صفر، استراتژی وقفه را تغییر می دهد. در سمت AC، انرژی در فواصل کوتاه در اطراف هر گذرگاه تلف می شود. در سمت DC، قوس باید به زور خاموش شود، به همین دلیل است که سختافزار DC ولتاژ بالا به شکافهای تماس بزرگتر، آهنرباهای دمنده قویتر، و گاهی اوقات محفظههای آببندی شده و غنیشده با هیدروژن متکی است تا قوس را سریعتر از آنچه بتواند دوباره ضربه بزند، از هم جدا کند.
جایی که سیستم های انرژی جدید به سوئیچینگ با توان بالا متکی هستند
A رله انرژی نو یک دسته بندی محصول واحد نیست، بلکه یک فلسفه طراحی در چندین برنامه کاربردی متمایز اعمال می شود که هر کدام چرخه وظیفه و مشخصات خطای خاص خود را دارند.
- رشته های خورشیدی و جعبه های ترکیبی، جایی که رله باید یک آرایه DC زنده را در طول تعمیر و نگهداری یا رفع خطا بدون خطر ایجاد قوس پایدار جدا کند.
- سیستمهای ذخیرهسازی انرژی باتری، که در آن دستگاههای سوئیچینگ مسیرهای شارژ و دشارژ را مدیریت میکنند و باید به سرعت به جریان بیش از حد یا رویدادهای حرارتی پاسخ دهند.
- کنتاکتورهای خودروی الکتریکی و پشته های شارژ سریع DC، که به طور مکرر چرخه می زنند و باید هم جریان هجومی و هم ارتعاش بالایی را تحمل کنند.
- اینورتر متصل به شبکه قطع می شود، که طرف های DC و AC را در هنگام راه اندازی، پاسخ به خطا یا سرویس برنامه ریزی شده ایزوله می کند.
- ایستگاه های مبدل HVDC، جایی که دستگاه های سوئیچینگ در مرز بین ولتاژهای سطح انتقال و سیستم های کمکی ایستگاه کار می کنند.
هر یک از این زمینهها خواستههای متفاوتی برای مواد تماس، آببندی محفظه و منطق کنترل دارند، اما آنها یک نیاز مشترک دارند: عنصر سوئیچینگ باید جریان DC را بهطور پیشبینیشده، مکرر و بدون کاهش سریعتر از بقیه سیستم اطراف خود قطع کند.
پارامترهای کلیدی که قابلیت سوئیچینگ را تعریف می کنند
انتخاب یک دستگاه سوئیچینگ برای کار انرژی جدید به تطبیق تعداد انگشت شماری از پارامترها با چرخه وظیفه واقعی مدار بستگی دارد، نه فقط ولتاژ پلاک سیستم.
| پارامتر | محدوده معمولی | چرا اهمیت دارد |
|---|---|---|
| کلاس ولتاژ نامی | 450 ولت تا 1500 ولت DC | شکاف تماس و فاصله عایق مورد نیاز برای جلوگیری از فلاش اوور را تعیین می کند |
| جریان سوئیچینگ نامی | 10 آمپر تا 400 آمپر | تنش حرارتی و مکانیکی را که مخاطبین در هر عملیات می بینند تنظیم می کند |
| مواد تماس | آلیاژ نقره یا کامپوزیت تنگستن | بر مقاومت در برابر جوش و فرسایش تحت قوس مکرر تأثیر می گذارد |
| عمر مکانیکی | 100000 تا 1000000 سیکل | فواصل تعمیر و نگهداری را در برنامه های با چرخه بالا مانند شارژ EV پیش بینی می کند |
| مقاومت دی الکتریک | ایزولاسیون 2.2 کیلوولت تا 4 کیلو ولت | مدار کنترل را در برابر گذراهای جانبی ولتاژ بالا محافظت می کند |
| محدوده عملیاتی محیطی | -40 تا 85 درجه سانتیگراد | مناسب بودن را برای نصب در فضای باز یا نصب شده در محوطه تایید می کند |
دستگاهی که فقط بر اساس جریان حالت پایدار آن رتبه بندی می شود، در صورتی که درجه وقفه آن در شرایط خطا هرگز در برابر جریان اتصال کوتاه واقعی موجود در آن نقطه از سیستم بررسی نشود، همچنان می تواند در سرویس از کار بیفتد.
سوئیچینگ الکترومکانیکی در مقابل حالت جامد
انتخاب بین رله الکترومکانیکی و الف رله 3 فاز حالت جامد یا دستگاه تکفاز حالت جامد به ندرت در مورد اینکه کدام یک از نظر جهانی بهتر است. در مورد اینکه کدام حالت خرابی در یک برنامه خاص قابل قبول تر است.
| جنبه | رله الکترومکانیکی | رله حالت جامد |
|---|---|---|
| سرعت سوئیچینگ | میلی ثانیه، محدود به سفر مکانیکی | میکرو ثانیه، با پاسخ نیمه هادی محدود شده است |
| لباس تماس | با تعداد چرخه و قرار گرفتن در معرض قوس، تخریب می شود | بدون سایش مکانیکی، اما تحت فشار حرارتی |
| جداسازی گالوانیکی | شکاف هوای فیزیکی در حالت باز | بستگی به طراحی عایق داخلی دارد |
| رفتار حرارتی | گرما در نقاط تماس متمرکز شده است | گرمای توزیع شده در محل اتصال نیمه هادی، نیاز به هیت سینک دارد |
| حالت شنیداری و بصری | کلیک مکانیکی پاک، شکاف قابل مشاهده | عملکرد بی صدا، حالت باید به صورت الکترونیکی حس شود |
| تناسب معمولی | جداسازی جریان بالا به ندرت، قطع اتصالات ایمنی | دوچرخه سواری با فرکانس بالا، زمان بندی دقیق، بارهای حساس |
در عمل، الف رله DC به DC حالت جامد اغلب در جاهایی انتخاب میشود که فرکانس دوچرخهسواری زیاد و بیصدا است، عملکرد بدون سایش بیشتر از اطمینان از شکاف مکانیکی قابل مشاهده اهمیت دارد. یک الکترومکانیکی رله برق در جایی که برای ایمنی پرسنل در طول تعمیر و نگهداری نیاز به قطع اتصال فیزیکی دارد، پیشفرض ایمنتر باقی میماند.
خواندن یک مدار رله سوئیچینگ معمولی
درک یک مدار رله سوئیچینگ پایه کمک می کند تا روشن شود که چرا اجزای سرکوب کننده قوس در جایی که هستند قرار می گیرند. نمودار زیر یک مسیر سوئیچینگ DC ساده شده را نشان می دهد که یک شبکه snubber در سراسر کنتاکت قرار دارد تا انرژی آزاد شده در لحظه قطع را جذب کند.
Snubber هرگز از تشکیل قوس جلوگیری نمی کند، اما انرژی آزاد شده را به جایی می دهد که به غیر از شکاف هوا برود، که باعث کوتاه شدن مدت قوس و کاهش فرسایش تماس در طول عمر دستگاه می شود.
درک رتبه بندی جریان سوئیچینگ رله
یکی از مشخصات نادرست در یک دیتاشیت، جریان سوئیچینگ رله است، عمدتاً به این دلیل که یک عدد به ندرت کل داستان را بیان می کند. اکثر دستگاه ها حداقل دارای سه رقم مجزای جریان هستند و به هم ریختن آنها یکی از دلایل رایج خرابی زودرس میدان است.
- جریان حمل مداوم، که کنتاکت ها پس از بسته شدن می توانند به طور نامحدود آن را تحمل کنند، با فرض خنک شدن کافی.
- جریان ایجاد کنید، هجومی که کنتاکتها باید در لحظه بسته شدن تحمل کنند، که میتواند در بارهای خازنی یا راهاندازی موتور بسیار بالاتر از سطح حالت پایدار باشد.
- جریان قطع، مقداری که کنتاکتها میتوانند به طور ایمن بدون قطع شدن جوش یا آسیب دیدگی قوس بیش از حد قطع کنند، که تقریباً همیشه کمتر از رتبهبندی پیوسته در کاربردهای DC است.
دستگاهی که فقط در برابر جریان پیوسته اندازه داشته باشد، میتواند به طرز فاجعهباری از کار بیفتد، اگر درجهبندی جریان قطع هرگز در برابر بدترین سناریوی خطای موردی که مدار میتواند به طور واقعی ارائه کند بررسی نشود.
چک لیست انتخاب عملی
قبل از مشخص کردن یک دستگاه سوئیچینگ برای یک پروژه انرژی جدید، به جای شروع از یک خانواده محصول ترجیحی، به بررسی یک مجموعه کوتاه و مرتب سوالات کمک می کند.
- ولتاژ باس DC واقعی، از جمله ولتاژ مدار باز در بدترین حالت در شرایط سرد برای آرایه های خورشیدی را تأیید کنید.
- جریان پیوسته، جریان هجومی و جریان خطا در بدترین حالت را جداگانه تنظیم کنید.
- تصمیم بگیرید که آیا جداسازی مکانیکی یک الزام قانونی یا ایمنی برای برنامه است.
- برای قضاوت در مورد مناسب بودن مکانیکی در مقابل حالت جامد، تعداد چرخه مورد انتظار را در طول عمر سرویس تخمین بزنید.
- دمای محیط، ارتفاع و شرایط محفظه را بر اساس رتبه بندی محیطی دستگاه بررسی کنید.
- بررسی مقاومت دی الکتریک در برابر جداسازی مورد نیاز بین مدارهای کنترل و قدرت.
- الزامات گواهی مربوط به منطقه نصب و نوع برنامه را بررسی کنید.
حالت های رایج شکست و نحوه برخورد طرح ها با آنها
خرابیهای میدانی در سختافزار سوئیچینگ DC با قدرت بالا، در اطراف تعداد کمی مکانیسم تکرارشونده جمع میشوند که هر کدام به یک پاسخ طراحی خاص اشاره میکنند.
| حالت شکست | علت زمینه ای | کاهش معمولی |
|---|---|---|
| جوشکاری تماسی | جریان هجومی یا خطای بیش از حد در هنگام بسته شدن | نیروی تماس بالاتر، انتخاب آلیاژ تماسی بهتر |
| قوس پایدار | شکاف تماس یا میدان خروجی کافی برای ولتاژ DC | سازه های دمنده مغناطیسی، محفظه های قوس مهر و موم شده |
| درجه بندی حرارتی در سرویس | اتلاف حرارت ضعیف از مقاومت تماس | آبکاری تماسی بهبود یافته، طراحی تهویه محفظه |
| سرگردانی مزاحم | Inrush اشتباه خوانده شده به عنوان یک شرط خطا | زمان بندی هماهنگ بین منطق حفاظت و دستگاه سوئیچینگ |
| سایش مکانیکی زودرس | تعداد چرخه بیش از عمر مکانیکی نامی | مهاجرت به سوئیچینگ حالت جامد برای کار با فرکانس بالا |
سوالات متداول
Q1: چرا رله ای که برای AC رتبه بندی شده است را نمی توان به سادگی برای سوئیچینگ DC استفاده مجدد کرد؟
زیرا جریان AC به طور طبیعی چندین بار در ثانیه از صفر عبور می کند و به قوس یک نقطه داخلی برای خاموش شدن می دهد. جریان DC چنین تداخلی ندارد، بنابراین رله بدون شکاف تماس مناسب با درجه DC، طراحی دمش یا محفظه قوس الکتریکی در صورت استفاده در مدار DC با ولتاژ مشابه، دچار قوس پایدار و آسیب تماس سریع خواهد شد.
Q2: تفاوت بین جریان ساخت و جریان قطع چیست؟
جریان سازی هجومی است که مخاطبین در لحظه بسته شدن تجربه میکنند، که میتواند به بالاتر از سطح حالت پایدار برسد. جریان شکست مقداری است که کنتاکت ها می توانند به طور ایمن بدون جوش یا آسیب قوس زیاد قطع کنند و در کاربردهای DC معمولاً رقم محدودتر از این دو است.
Q3: چه زمانی یک رله حالت جامد بیشتر از یک رله الکترومکانیکی معنا پیدا می کند؟
سوئیچینگ حالت جامد در جاهایی که فرکانس دوچرخه سواری زیاد است، عملکرد بی صدا و بدون سایش ارزشمند است و زمان بندی دقیق اهمیت دارد، بهتر جا می افتد. در مواردی که برای ایمنی پرسنل یا انطباق با مقررات نیاز به قطع و وصل فیزیکی قابل مشاهده باشد، دستگاه های الکترومکانیکی ترجیح داده می شوند.
Q4: رتبه بندی عمر مکانیکی چگونه به برنامه ریزی تعمیر و نگهداری واقعی تبدیل می شود؟
عمر مکانیکی معمولاً در یک شمارش سیکل در شرایط بار مشخص بیان می شود. تقسیم آن رقم بر تعداد مورد انتظار سوئیچینگ در روز یا ماه، تخمین تقریبی از زمان برنامه ریزی تعویض کنتاکت یا تعویض کامل واحد را به دست می دهد.
Q5: آیا رتبه بندی ولتاژ بالاتر همیشه به معنای دستگاه سوئیچینگ حجیم تر است؟
به طور کلی بله، از آنجایی که کلاس های ولتاژ DC بالاتر به شکاف های تماس بزرگتر، فاصله عایق قوی تر، و در بسیاری از موارد ساختارهای سرکوب کننده قوس فعال نیاز دارند، که همه اینها به اندازه فیزیکی محفظه در مقایسه با معادل ولتاژ پایین تر می افزایند.
Previous
