Подавление дуги
Дугоподавление – это уменьшение электрической дуги. [1] [2] [3] [4] [5] энергия, возникающая при размыкании и замыкании токоведущих контактов. Электрическая дуга — это искусственный непрерывный дуговой разряд, состоящий из электронов и ионов с высокой энергией, поддерживаемый электрическим током силой не менее 100 мА; не путать с электрической искрой . [6]
Обзор
[ редактировать ]Каждый раз, когда электрическое силовое устройство (например: обогреватели, лампы, двигатели, трансформаторы или подобные силовые нагрузки) включается или выключается, его переключатель, реле или контактор переходит либо из ЗАКРЫТОГО состояния в ОТКРЫТО (« РАЗРЫВ »), либо из ОТКРЫТО в ЗАКРЫТО состояние (« СДЕЛАТЬ »), под нагрузкой возникает электрическая дуга между двумя точками контакта (электродами) выключателя.
Температура образующейся электрической дуги очень высока (десятки тысяч градусов), в результате чего металл на контактных поверхностях плавится, скапливается и мигрирует вместе с током. Высокая температура дуги вызывает диссоциацию молекул окружающего газа, образуя озон , окись углерода и другие соединения. Энергия дуги медленно разрушает контактный металл, в результате чего часть материала выбрасывается в воздух в виде мелких частиц. Именно эта деятельность приводит к быстрому разрушению материала контактов, что приводит к выходу устройства из строя. [4] [7]
Понимание подавления дуги требует понимания механизмов возникновения дуги и ее возникновения. Контактные дуги представляют собой либо термоэмиссионную дугу, инициируемую (« T-дуга »), либо автоэмиссионную дугу, инициируемую (« F-дуга »), и поддерживаются за счет непрерывной подачи энергии (представьте себе дугу). сварщик или ксеноновая дуговая лампа).:
- T -дуга рождается из тока и инициируется около V (T-Arc_init_min) , а плазма T-дуги поддерживается на уровне минимального тока дуги I (arc_plasma_min) или выше него . [8]
- F -дуга возникает из-за напряжения и инициируется около V (F-Arc_init_min) , а плазма F-дуги поддерживается на уровне минимального тока дуги I (arc_plasma_min) или выше него . [8]
Хотя искрение возникает и во время переходов РАЗРЫВ , и СОЗДАНИЕ , дуга разрыва обычно более энергична и, следовательно, более разрушительна. [8] [9] [10]
Возникновение дуги во время контакта MAKE
[ редактировать ]Во время контакта MAKE происходит , инициирование F-дуги когда движущийся электрод приближается к неподвижному электроду. Тогда плазма MAKE F-Arc воспламеняется и мгновенно гаснет в момент контактного воздействия. Этот первоначальный удар приводит к серии отскоков MAKE с усилением давления плазмы , причем каждый отскок приводит к образованию Т-дуги . Эти отскоки продолжаются до тех пор, пока контакт не приварится в ЗАКРЫТОМ положении. (Обратите внимание, что «подавление дуги» не означает «устранение дуги», поскольку некоторые крошечные дуги («дуги») дают полезные микросварные швы. Эти микросварные швы являются желаемым и важным элементом силового контакта, поскольку они обеспечивают виброустойчивость, низкую омические и непостоянные соединения электродов.) [8] [9] [10]
Во время контакта возникло искрение BREAK
[ редактировать ]» «Дуга BREAK состоит из начальной BREAK T-дуги , которая может быть расширена серией BREAK F-дуг . Первоначальная BREAK T-дуга создается после взрыва перегретого мостика из расплавленного металла, по которому проходил ток, когда контакт начинает размыкаться. Когда плазма BREAK T-Arc гаснет и ток прерывается, индуктивность в контуре продлевает продолжительность « BREAK Arc», инициируя серию BREAK F-дуг , которые продолжаются до тех пор, пока контактный зазор не расширится за пределы термодинамической способности поддерживать горение. плазма. [8] [9] [10]
Использование
[ редактировать ]Существует несколько возможных областей использования методов гашения дуги, среди них осаждение и напыление металлической пленки , электростатические процессы, в которых нежелательны электрические дуги (например, порошковая покраска , очистка воздуха и подавление дуги контактным током). В промышленной, военной и бытовой электронике При проектировании последний метод обычно применяется к таким устройствам, как электромеханические силовые выключатели, реле и контакторы. В этом контексте подавление дуги является защитой контактов .
Контактная защита
[ редактировать ]
Методы защиты контактов предназначены для уменьшения износа и деградации контактов, возникающих при использовании по назначению контактов внутри электромеханического переключателя , реле или контактора , и, таким образом, позволяют избежать чрезмерного увеличения сопротивления контактов или преждевременного выхода переключателя из строя.
Подавление дуги представляет собой область инженерного интереса из-за разрушительного воздействия электрической дуги на электромеханических силовых переключателей, реле и контакторов . точки контакта [11] Существует множество форм «подавления дуги», которые обеспечивают защиту контактов в устройствах, работающих с током менее 1 Ампера . Однако большинство из них правильнее считать «подавлением переходных процессов» и поэтому неэффективны ни для подавления дуги, ни для защиты контактов. [12] [13]
Эффективность
[ редактировать ]
(слева) Неподавленная электрическая дуга переменного тока.
(справа) Идентичная дуга с подавлением.
Эффективность решения по подавлению дуги для защиты контактов можно оценить с помощью коэффициента подавления контактной дуги («CASF»). [14] [15] для сравнения расчетной энергии дуги непогашенной дуги с энергией погашенной дуги:
CASF = W (дуга) / W (дуга)
Где W (дуга) = неподавленная энергия дуги и W (дуга) = подавленная энергия дуги. Непогашенную и подавленную энергию дуги необходимо получить графически из измерений осциллографа. Неподавленная и подавленная энергия дуги выражается в ватт-секундах [Втс] или джоулях [Дж]. Полученный в результате коэффициент подавления контактной дуги [CASF] является безразмерным.
W (дуга) = V (дуга) × I (дуга) × T (дуга)
Где V (дуга) : напряжение горения дуги, I (дуга) : ток горения дуги приблизительно равен I (нагрузка) , где I (нагрузка) может находиться в диапазоне от нескольких ампер [А] до килоампер [кА]; и T (дуга) : продолжительность горения дуги может составлять от микросекунд [мкс] до секунд [с].
W (дуг) = V (дуг) × I (дуг) × T (дуг)
Где V (arclet) : напряжение зажигания дуги, в зависимости от металла контакта. Например, около 12 В для оксида серебра, индия и олова; I (дуговой разряд) : Ток дуги равен приблизительно I (нагрузка) и может находиться в диапазоне от нескольких ампер [А] до килоампер [кА]; и T (arclet) : продолжительность горения дуги составляет порядка нескольких микросекунд [мкс].
Электрическую дугу на контактах электромеханического реле можно эффективно измерить с помощью осциллографа, подключенного к датчику дифференциального напряжения на контактах реле, и датчику высокоскоростного тока для измерения тока через контакты во время работы под нагрузкой. [14] [15]
Альтернативно, электрическую дугу можно также наблюдать визуально на электромеханическом силовом выключателе, реле и контакторе с видимыми контактами, в то время как контакты размыкаются и замыкаются под нагрузкой.
Общие устройства
[ редактировать ]Обычные устройства, которые могут быть достаточно эффективными гасителями дуги в приложениях, работающих с силой тока ниже 2 А, включают конденсаторы , демпферы , диоды , стабилитроны , варисторы и подавители переходного напряжения . [12] [16] [17] Решения по подавлению контактной дуги, которые считаются эффективными в приложениях, работающих при токе более 2 ампер, включают:
- Электронный силовой контактный дугогаситель
- Твердотельные реле не являются электромеханическими, не имеют контактов и, следовательно, не создают электрических дуг. [18]
- Гибридные силовые реле
- Гибридные силовые контакторы
Специализированные устройства
[ редактировать ]
Принципиальная схема является частью выданного патента на электронный силовой контактный дугогаситель, предназначенный для защиты контактов электрических реле или контакторов . Он подавляет дуги, обеспечивая альтернативный путь вокруг контактов при их размыкании или замыкании. [19] [20]
Некоторые контактные дугогасители работают при подключении исключительно к защищаемому контакту, в то время как другие контактные дугогасители также подключаются к катушке контактора, чтобы обеспечить подавителю дополнительные входные данные о работе контакта.
Преимущества гашения дуги
[ редактировать ]Методы гашения дуги могут дать ряд преимуществ: [20]
- Минимизируется повреждение контактов из-за дуги и, следовательно, снижается частота технического обслуживания, ремонта и замены.
- Повышенная надежность контакта.
- Снижение тепловыделения приводит к уменьшению количества мер по управлению теплом, таких как вентиляция и вентиляторы.
- Сокращение выбросов озона и загрязняющих веществ.
- Снижение электромагнитных помех (ЭМП) от дуг — распространенного источника излучаемых ЭМП.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Электрическая дуга» . TheFreeDictionary.com . Проверено 22 августа 2011 г.
- ^ Мартин, TL (nd). «Электрическая дуга» . Архивировано из оригинала 31 марта 2012 г. Проверено 22 августа 2011 г.
- ^ Хоатсон, AM (1976). Введение в газовые разряды (второе изд.). Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 47–101. ISBN 9780080205755 .
- ^ Jump up to: а б «Феномен контактной дуги» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2007 г. Проверено 22 августа 2011 г.
- ^ Торбус, Роберт; Хенке, Райнхольд (01 января 2021 г.). «ЗООПАРК ВИДОВ ДУГ; Дуги — это самоподпитывающиеся плазменные монстры; Искры — нет» . Академический плакат АСТ № 4 из 16 .
- ^ Торбус, Роберт; Хенке, Райнхольд (01 января 2021 г.). «ARCS VS. Sparks; в чем дело?» . Академический плакат АСТ № 3 из 16 .
- ^ Мартин 1999 , с. 1.3
- ^ Jump up to: а б с д и Торбус, Роберт; Хенке, Райнхольд (1 января 2021 г.). «О ЗАЖИГАНИИ КОНТАКТНОЙ ДУГИ; Индуктивность в контуре не требуется!» . Академический плакат АСТ № 12 из 16 .
- ^ Jump up to: а б с Национальная ассоциация производителей реле, Справочник инженеров по реле, NARM, 8-е издание, 1980 г., стр. 245.
- ^ Jump up to: а б с Мартин, Перри Л. (1999). Справочник по анализу электронных отказов . МакГроу-Хилл . С. 16.1–16.29.
- ^ Tyco P&B, Контактное лицо «Феномен ARC», Tyco Electronics Corporation – P&B, Уинстон-Сейлем, Северная Каролина, Примечание по применению 13C3203, стр. 1-3
- ^ Jump up to: а б Торбус, Роберт; Хенке, Райнхольд (01 января 2021 г.). «ЧТО ТАКОЕ ПОДАВЛЕНИЕ ДУГИ? Три исторических интерпретации и наши выводы» . Академический плакат АСТ № 5 из 16 .
- ^ Торбус, Роберт; Хенке, Райнхольд (01 января 2021 г.). «RC-SNUBBER, обновленный дизайн» . Академический плакат АСТ №6 из 16 .
- ^ Jump up to: а б «Фактор гашения дуги | Технологии дугогасления» . arcsuppressiontechnologies.com . Проверено 13 июня 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Хенке, Рейнхольд; Торбус, Роберт. «ПОДАВЛЕНИЕ ДУГИ СИЛОВОГО КОНТАКТА; Насколько эффективны демпферы?» . www.academia.edu . Проверено 13 июня 2023 г.
- ^ Tyco P&B, Срок службы реле, Tyco Electronics Corporation – P&B, Уинстон-Салем, Северная Каролина, Примечание по применению 13C3236, стр. 1-3
- ^ Хенке, Рейнхольд; Торбус, Роберт (01 мая 2021 г.). «ФАКТЫ И МИФЫ О ПОДАВЛЕНИИ ДУГИ; Внесение ясности в устранение неопределенности и путаницы» . www.academia.edu . Проверено 14 июня 2023 г.
- ^ Национальная ассоциация производителей реле, Справочник инженеров по реле, NARM, 8-е издание, 1980 г., глава 13.
- ^ US8619395B2 , Henke, Reinhold, «Двуполюсный дугогаситель», выпущен 31 декабря 2013 г. , передан компании Arc Suppression Technologies.
- ^ Jump up to: а б «Особенности и преимущества подавления дуги» . Проверено 6 декабря 2013 г.