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电子工程世界|技术文章—高压大电流电路的配电所面临的挑战( 二 )


电子工程世界|技术文章—高压大电流电路的配电所面临的挑战
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KILOVACK41高压真空介电继电器可用于通断负载开关
常规继电器的接触电阻不断发生着变化 ， 而真空继电器的接触电阻保持恒定且数值较低 ， 在整个使用寿命期间其典型值为0.015欧姆 。 阻值之所以这么低 ， 是因为真空继电器统一使用清洁部件 ， 没有氧化或污染 ， 而且接触部位使用的是纯金属 。 由于触点采用真空密封 ， 因此可在易爆或腐蚀性环境中实现安全的开关操作 。
充气式继电器的接触电阻一般也比较低 ， 但不像真空继电器的接触电阻那么低和那么稳定 。 此外 ， 其接触电阻还会随着测试方法的不同而发生变化 。 大容量、大电流的测试电路测得的阻值会比较低 。 触点镀金可以提高充气式继电器的稳定性 ， 并降低其接触电阻 。
电源开关的通断和中继负载因素
术语“电源开关”和“热开关”是指通过激活继电器来断开或接通电源 。 对继电器进行开关操作时 ， 触点在闭合的瞬间和随后的弹跳过程中都会产生电弧 。 电弧会引起触点腐蚀 ， 若不采取一定的预防措施 ， 则电弧有可能导致触点熔结 ， 至少会导致相当程度的触点损坏 。 因此 ， 电弧的持续时间以及电流和电压的水平都是决定继电器寿命和可靠性的重要因素 。
高电压电源开关继电器的触点通常使用钨或钼制成 ， 因为这些金属硬度大且熔点高 ， 可以耐受电弧的高温作用 。 有些毫安级电流的高压继电器使用铜制触点 ， 但它们通常只用于“中继”应用 。
选择适当的继电器时 ， 电路负载的类型是一个重要的考虑因素 。 电路负载一般分为电容性负载、电感性负载和电阻性负载 。
电阻性负载——直流电阻性负载断开时 ， 触点会在分离的瞬间产生电弧 ， 直到触点彻底分离为止 。 在一定的电压和电流条件下 ， 电弧的持续时间取决于触点的分离速度、冷却速度以及电感和分布电容的消电离作用 。 在相同电压下 ， 交流负载比直流负载更容易断开 ， 因为交流电流每半个周期就会自行断开一次 。 极性转换可防止金属一直朝着同一个方向移动 ， 这种情况通常会导致直流负载较早发生触点故障 。
电感性负载——断开直流电感性负载比断开电阻性负载更难 。 电感中的存储能量（[1/2]LI2 ， 其中L代表电感 ， 单位亨利；I代表电流 ， 单位安培）可以产生一个保持电流不变的电压（–L[di/dt]） 。 电感的能量耗尽 ， 电流才会消失 。 如果不采用快速断路触点或其他方式来断开电感性负载 ， 那么电弧的持续时间将直接取决于负载的时间常数（L/R ， 其中R代表电阻 ， 单位欧姆） 。 交流电感性负载不会出现这个问题 ， 因为每半个周期结束时会发生极性反转 ， 迫使电流过零 。 同时 ， 电流与电压存在相位差 ， 并且在电流的后半个周期 ， 供电电压反向于自感电压 。
电容性负载——闭合直流电路中的触点为电容充放电 ， 将会产生大浪涌电流 。 其对于触点的影响取决于初始峰值电流的幅值和电路的时间常数 。 类似情况在交流电路中则不常见 。 要想得到最佳的效果 ， 继电器必须置于负载的接地端；否则 ， 触点与壳体之间会出现大电流电弧 ， 绕过负载 。 电源是对浪涌电流的唯一限制 。
在实际应用中通常同时存在这三种负载 ， 但是 ， 具有大电容性负载或大电感性负载的电路由于储有能量 ， 因此比较难以进行开关操作 。 更为复杂的是 ， 某些电路存在大浪涌电流 。 在这种情况下 ， 如果触点试图在弹跳期间断开极高的电流 ， 那么就会出现强电弧致使触点金属熔化 ， 最终导致触点熔结 。 正弦交流电会使情况变得更糟 ， 因为交流电的峰值电压和电流分别比相同负载电压下的等效直流电大41% 。
拓展思路以应对新的挑战
如今 ， 许多应用需要在更小的空间内更有效地利用更高的功率 。 例如 ， 与传统的115/200V系统相比 ， 270V直流系统可靠性更高、维护更方便、重量更轻且使用寿命更长 。 这种发展也要求对电源管理技术进行更为细致的选择 。


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