Paano "Malalabanan ng Kidlat" ang mga Relay? Isang Pagsusuri ng Makabagong Disenyo sa Mga Relay na Mataas ang Kidlat

Kapag ang isang napakalaking kidlat surge kasalukuyang baha sa a relay , ang contact system ang madalas na unang nabigo. Sa sandaling ito, isang makabuluhang puwersa ng Holm ang nabuo sa mga contact surface. Ang electromagnetic force na ito ay marahas na nagtataboy sa mga contact, na nagiging sanhi ng circuit—na dapat manatiling sarado—na bumukas nang abnormal, na humahantong sa pagkabigo ng kagamitan.

Ang mga maginoo na relay ay tila hindi sapat upang matugunan ang kahirapan na ito. Ang mga kamakailang teknikal na inobasyon ay mapanlikhang gumagamit ng puwersa ng Lorentz upang pagaanin ang puwersa ng Holm, upang makamit ang isang nagpapatatag na epekto ng "paggamit ng puwersa upang kontrahin ang puwersa."

Schematic diagram ng mekanismo ng pagbuo ng puwersa ng Lorentz

Hamon sa Kidlat: Pangunahing Pisikal na Mekanismo ng Pag-repulsion ng Contact

Ang banta ng kidlat sa mga relay ay nakasentro sa agarang napakalaking agos. Kapag ang kasalukuyang kidlat (na maaaring umabot sa sampu-sampung kilomperes) ay dumaan sa makitid na lugar ng kontak ng isang relay, ito ay bumubuo ng dalawang pangunahing puwersa sa pagitan ng mga kontak.

Ang una ay ang puwersa ng Holm (tinatawag ding contact repulsion force). Ito ay nagmumula sa matinding constriction effect ng kasalukuyang sa mga contact point (talagang maramihang microscopic asperities). Ang kasalukuyang mga linya ay lubhang pinipiga sa mga microscopic asperities, na gumagawa ng isang malakas na electrodynamic na puwersa na sumusubok na itulak ang mga contact na magkahiwalay. Ang magnitude nito ay proporsyonal sa parisukat ng kasalukuyang; sa panahon ng pagtama ng kidlat, ang halaga nito ay sapat upang madaig ang normal na presyon ng contact ng mga contact.

Ang isa pa ay ang Lorentz force. Ito ang puwersa na ibinibigay sa isang kasalukuyang nagdadala ng konduktor sa isang magnetic field. Sa isang relay, ang kasalukuyang dumadaloy sa isang espesyal na hugis na konduktor ay sumasailalim sa isang puwersa sa magnetic field na nabuo mismo, at ang direksyon ng puwersa ay sumusunod sa kaliwang tuntunin. Ang susi ay na, sa pamamagitan ng mapanlikhang disenyo, ang direksyon ng puwersa ng Lorentz ay maaaring magabayan upang maging kabaligtaran sa puwersa ng Holm, at sa gayon ay mabawi ang mga nakakapinsalang epekto nito.

Talahanayan 1. Paghahambing ng Dalawang Pangunahing Puwersa na Kumikilos sa Mga Contact sa ilalim ng Kidlat

Dilemma ng Industriya: Mga Teknikal na Limitasyon ng Tradisyunal na Disenyo

Sa mahabang panahon, ang pagpapabuti ng relay lightning withstand capability ay pangunahing umaasa sa "pagpapalakas" na mga diskarte tulad ng pagtaas ng katigasan ng contact material at pagtaas ng contact pressure. Gayunpaman, sa harap ng puwersa ng Holm, na lumalaki sa parisukat ng kasalukuyang, ang mga pamamaraang ito ay mabilis na umabot sa kanilang mga limitasyon.

Lumilitaw ang isang partikular na kilalang kontradiksyon sa mga pagtatangka na gamitin ang puwersa ng Lorentz. Sa mga DC relay, upang patayin ang arc na nabuo kapag nasira ang malaking kasalukuyang, madalas na ginagamit ang teknolohiyang "magnetic blowout arc extinction", kung saan ang mga permanenteng magnet ay nakaayos sa paligid ng mga contact.

Gayunpaman, ang magnetic field na ito ay nagiging sanhi ng kasalukuyang nagdadala ng movable spring na makaranas ng karagdagang puwersa ng Lorentz, madalas pababa. Ang puwersang ito ay hindi lamang nabibigo na tumulong na labanan ang puwersa ng pagtanggi, ngunit maaari ring i-offset ang bahagi ng presyon ng contact, na ginagawang mas madaling maitaboy ang mga contact sa ilalim ng kasalukuyang kidlat, na talagang binabawasan ang kakayahang makatiis ng short-circuit ng produkto.

Ito ay tiyak na nagbibigay ng teoretikal na kumpirmasyon ng pangunahing hamon na inilarawan sa proyekto ng gumagamit: "ang puwersa ng Lorentz ay madaling mapagtanto sa mga sitwasyong maliit ang agwat, ngunit napakahirap gamitin sa malalaking puwang sa pakikipag-ugnayan." Kung paano tumpak na kontrolin ang direksyon at magnitude ng puwersa ng Lorentz upang ito ay maging isang "kaalyado" sa halip na isang "kaaway" ay ang pinakamalaking kahirapan sa disenyo.

Makabagong Pambihirang tagumpay: Disenyo ng Pilosopiya ng Paggamit ng "Puwersa" upang Kontrahin ang "Puwersa"

Upang malampasan ang dilemma sa itaas, kinakailangan na lumampas sa pag-iisip ng lokal na pag-optimize at magsagawa ng pinagsama-samang makabagong disenyo ng contact system ng relay. Pangunahing umiikot ang mga makabagong teknikal na solusyon sa dalawang pangunahing ideya.

Ideya 1: Magnetic Field Reconstruction sa "Zero Out" o Reverse Harmful Lorentz Force

Upang matugunan ang mga side effect na dulot ng magnetic blowout arc-extinguishing field, ang isang makabagong solusyon ay ang muling pagbuo ng spatial magnetic field distribution sa pamamagitan ng pagbabago ng numero, pagkakaayos, at polarity ng mga permanenteng magnet.

Halimbawa, isang tatlong-magnet na layout: dalawang magnet ay matatagpuan sa dalawang gilid ng movable spring sa lapad na direksyon, na tumutugma sa isang hanay ng mga movable at stationary contact; ang ikatlong magnet ay matatagpuan sa isang gilid ng movable spring sa direksyon ng haba, na tumutugma sa isa pang hanay ng mga contact.

Ang pangunahing disenyo ay ang mukha ng poste ng ikatlong magnet ay humigit-kumulang patayo sa mga mukha ng poste ng unang dalawang magnet. Sa pamamagitan ng espesyal na disenyo ng magnetic circuit na ito, ang net Lorentz force na nararanasan ng movable spring sa magnetic blowout arc-extinguishing field ay maaaring gawin nang humigit-kumulang zero, sa panimula ay inaalis ang nakakapinsalang side effect at tinitiyak na ang contact pressure ay hindi naaabala.

chematic diagram ng puwersa ng Holm at ng puwersa ng Lorentz

Ideya 2: Structural Innovation para Mahusay na Gamitin ang Kapaki-pakinabang na Lorentz Force

Upang aktibong makabuo ng isang kapaki-pakinabang na puwersa ng Lorentz upang labanan ang puwersa ng Holm, ang susi ay ang pagdidisenyo ng isang tiyak na kasalukuyang nagdadala ng conductor loop. Ang isang advanced na solusyon ay gumagamit ng isang disenyo na pinagsasama ang "multi-strand flexible copper wire na may kakayahang umangkop na kumukonekta sa isang matibay na movable spring" na may "U-shaped" na istraktura.

Pagbuo ng puwersa: Kapag ang daloy ng kidlat ay dumadaloy sa "hugis-U" na movable spring at ang mga konektadong nababaluktot na mga wire nito, ayon sa kanilang nakapaligid na direksyon, ang mga puwersa ng Lorentz na may parehong direksyon at patayo sa contact plane ay maaaring mabuo sa dalawang parallel arm ng hugis-U na istraktura.

Force transmission at conversion: Ang puwersang ito ay kumikilos sa buong movable spring assembly. Ang flexible na koneksyon ng multi-strand flexible copper wire ay mahalaga, dahil tinitiyak nito na ang puwersa ng Lorentz ay maaaring epektibong mailipat at ma-convert sa normal na presyon sa interface ng contact, sa halip na magdulot ng matibay na pag-twist o displacement ng istraktura.

Dynamic na kabayaran: Kapag sinubukan ng puwersa ng Holm na itaboy ang mga contact, ang paunang dinisenyo na puwersa ng Lorentz ay tumataas nang sabay-sabay, na bumubuo ng isang dynamic, adaptive na mekanismo ng kompensasyon na "pinipindot" ang mga contact nang magkasama. Ang hugis-U na istraktura mismo ay nagbibigay din ng mas mahusay na mekanikal na katatagan at isang lever-arm effect.

Ang disenyong ito ay matalinong nilulutas ang problema ng "kahirapan sa paggamit ng puwersa ng Lorentz sa ilalim ng malalaking puwang sa pakikipag-ugnay." Sa pamamagitan ng nababaluktot na koneksyon at pangkalahatang disenyo ng istruktura, nakakamit nito ang mahusay na pagkolekta at paggamit ng mga puwersa ng Lorentz sa kasalukuyang nagdadala ng mga conductor sa mas malaking saklaw sa labas ng maliit na puwang na epekto (ibig sabihin, ang kasalukuyang constriction zone).

Schematic diagram ng pivot-bearing "U-shaped" na disenyo ng contact structure

Precision Design: Suporta mula sa Simulation Technology at Materials Science

Napagtatanto ang tumpak na kontrol ng puwersa sa itaas ay hindi mapaghihiwalay mula sa mga advanced na tool at materyales sa disenyo.

Ang multiphysics coupling simulation ay naging isang kailangang-kailangan na paraan ng R&D sa larangang ito. Sa mga larangang may mataas na pagiging maaasahan gaya ng aerospace, ang pagsusuri ng mga selyadong electromagnetic relay ay nagpatibay ng multibody dynamics–electromagnetic finite element bidirectional interactive coupling computation model.

Ang pamamaraang ito ay maaaring kalkulahin sa real time ang mga interaksyon sa mga lumilipas na mekanikal na torque, electromagnetic na puwersa, at mga parameter ng pagpapapangit, tumpak na gayahin ang kumplikadong dynamic na proseso sa instant ng pagtama ng kidlat, at kontrolin ang error sa pagkalkula ng mga pangunahing parameter tulad ng pull-in holding force sa average na antas na 2.21%.

Ito ay higit na nakahihigit sa mga tradisyunal na pamamaraan batay sa mga static na talahanayan ng data, na nagbibigay ng mga tumpak na hula para sa pag-optimize ng mga parameter tulad ng hugis-U na mga dimensyon ng istraktura at nababaluktot na haba ng wire at higpit.

Sa mga tuntunin ng mga materyales, ang movable spring ay karaniwang gawa sa high-elasticity, high-conductivity beryllium copper o phosphor bronze alloy upang mapaglabanan ang paulit-ulit na puwersa at thermal shock. Ang multi-strand flexible copper wire ay nangangailangan ng napakataas na kadalisayan at flexibility upang matiyak ang maaasahang pagpapadaloy ng kasalukuyang at puwersa pagkatapos ng pangmatagalang vibration.

Ang mga materyales sa pagkakabukod at mga istruktura ng pabahay ay kailangan ding muling isaalang-alang upang matugunan ang mataas na boltahe na mga kinakailangan sa pagkakabukod na maaaring idulot ng mga tama ng kidlat.

I-explore ang Aming Relay Products

Ang aming portfolio ng relay ay binuo para sa mga application kung saan ang mataas na kasalukuyang, mga kaganapan ng surge, at pangmatagalang pagiging maaasahan ay dapat na matugunan nang magkasama. Mula sa karaniwang selyadong mga electric latching relay sa customized na high-lightning-withstand contact system, tinutulungan ng aming mga solusyon ang mga inhinyero na lumipat mula sa passive na proteksyon patungo sa aktibong pag-stabilize ng contact.

Buod

Ang pangunahing pagbabago ng proyektong ito ay nakasalalay sa malalim na pag-aaral sa mekanismo kung saan nabigo ang mga contact ng relay dahil sa puwersa ng Holm sa ilalim ng malaking kasalukuyang kidlat, at malikhaing nagmumungkahi ng ideya sa disenyo ng paggamit ng puwersa ng Lorentz para sa aktibong pagkontra. Matagumpay na nakadisenyo ang proyekto ng isang pangunahing mekanismo na pinagsasama-sama ang isang pivot-bearing "U-shaped" movable spring structure na may multi-strand flexible copper wire flexible na koneksyon, na mahusay na nagko-convert sa nabuong puwersa ng Lorentz sa normal na presyon na nagpapatatag sa mga contact.

Sa ilalim ng tumpak na pag-verify at pag-optimize sa pamamagitan ng multiphysics coupling simulation technology, nakakamit ang disenyong ito ng pangunahing teknolohikal na tagumpay mula sa tradisyonal na "passive withstand" hanggang sa "aktibong dynamic na pagkansela," na makabuluhang nagpapahusay sa pagiging maaasahan at habang-buhay ng mga relay sa matinding kidlat na kapaligiran.