高压继电器的应用.docx

高压继电器的应用fenghy导语：高压继电器的选择并非像低压继电器那样简单。想要选择适宜的继电器，设计者应当考虑电路情况以及继电器的电气、机械和环境因素。设计者还应能综合考虑继电器各种工作特性并清楚继电器术语是一种具有特殊含义的专业语言。一、前言缓冲回路通常用来保护低压电路里的继电器触头的，在高压电路里对继电器触头的保护就困难多了。切断低压回路相当简单。然而，当回路电压升高，切断电路就并不那么轻易了。常规的开关和继电器由于会产生电弧，所以几乎不可能切断一个千伏级的电路。由于电压很高，触头之间的空气被电离而击穿导电。因此，即使触头是别离的，电离的气体也会使得回路导通。解决电弧方法之一就是把触头区域的电离空气除掉。这也就意味着高压开关工作在真空状态会有很好的效果。举例来讲，10-6毫米汞柱的真空下，触点气隙每毫米的绝缘强度高达2000伏。真空绝缘为高压触点提供了稳定的切换环境，减少了氧化和腐蚀性，认真空管中出现电弧时，没有因空气或者绝缘气体被别离而产生腐蚀性的副产品，而且在切断触点时会产生吸除作用。由于真空是不纯洁的，它还存在一些杂质。在产生电弧的短时间内，一些杂质就从真空中别离出来，附着在真空管外表，进而进步了真空的纯洁度。电极之间在绝对真空时会发生击穿现象。产生电弧的电子;于触点本身的材料。产生电弧的温度点取决于触点材料的功函数。考虑到功函数的问题，触点材料经常使用钨和钼。功函数是指一定的触点气隙之间所能承受的最大绝缘静电场。留意在热环境的切换中，当接触气隙缩小至零的经过中，电弧就会被拉出，静电场强度增加。因此，当触点逐步的闭合时，某些点的静电场会非常的高，足以击穿余隙。真空中的电弧，除非强度非常大，一般都会自动熄灭。之所以可以熄灭，是由于电弧本身是蒸发的金属高压区，但它四周确是极度低压区。由于上下压之间没有物理上的分界限，压强会趋于相等，电弧的强度就会减弱，最终迅速熄灭。尽管时间很短，电弧也会引起触头的腐蚀。然而，这通常不会影响到触点电阻，由于所转移的是纯金属。二、惰性气体电介质并非所有的高压继电器都是真空型的。惰性气体电介质也用于高压元件和系统中。通过改变气体混合的比例和或气压就可控制受压外壳中的击穿电压，因此使用灵敏。气体加压灭弧是它的另一个优点，由于通常在几微秒的时间内就可以完成灭弧。充气式继电器用于高压功率开关，其功能是关闭常开触点。原因之一是气体混合物和气压可以事先设定，在关闭触点之前电弧放电。此外，假如电路电压高于3500伏，即使由于触点抖动使得电路切断，电弧是仍然稳定，足以维持电流。这有助于延长充气继电器的使用寿命，有关这一点可在电容性放电电路里得到印证。当切断电路时电离作用是有害的。实际上，它延长了电弧并增强了触点的腐蚀。试验说明：真空继电器更适用于功率切断，由于它能抑制电弧灭弧。灭弧减小了腐蚀并延长了触点寿命。传统继电器的接触电阻是随使用次数而变化的，但真空继电器的接触电阻是恒定的且阻值低，在整个使用寿命期间其典型值为0.015欧姆。这是由于使用标准的清洁部件，无氧化或者污染，在触点部位使用纯金属。由于触点是密封在真空管内的，在易爆或者腐蚀性的环境中可实现平安通断操纵。充气式继电器的接触电阻一般也很低，但要比真空继电器的电阻要高，稳定性也差。随着测试方法的不同接触阻值也不同。在大容量和大电流的测试电路里测得的阻值较低。触头镀金会进步充气式继电器的稳定性、降低接触电阻。三、射频应用场合好的绝缘质量和低且稳定的接触电阻是在射频转换中应用高压真空继电器的两个重要因素，然而任何继电器在射频应用中都必须留意电流和电压的限制。由于集肤效应的影响，也就是讲随着频率的增加，电流将由导体的中心向外表挪动，即随着频率的增加，传导的导体外表的有效厚度却在减小，这样会使更多的电流通过更小的截面。因此会导致导体的部分外表受热升温。高温会影响继电器的密封性。当继电器用作绝缘体时，将会在继电器的常开触点两端和或者是在触点与地端之间存在射频电压。在所有的实际应用中，继电器存在一个高电压电容，其范围是在1PF到2PF之间。流经该电容的漏电流致使绝缘体的损耗局部发热，进而限制了加在其上的射频电压。电流和电压的限制使得在射频应用有必要降低电流和电压的指标，同时其工作频率也要限制在32MHz以下。在选用某一个专用继电器时，这些限制因素是必需要考虑的。四、电力开关应用术语电力开关和热开关指的是利用继电器来断开电源或者是接通电源。当继电器当作电力开关使用时，在触点开场闭合瞬间以及之后的触点抖动中都产生电弧。电弧会使触点腐蚀，假设不采取一定的预防措施，可能会导致触点熔结，轻那么也会引起相当严重的触点损伤。因此，电弧的持续时间以及电流电压的等级都是决定继电器寿命和可靠性的决定因素。高电压电力开关继电器触点通常是由钨或者钼制成，由于这些金属硬度大且熔点高，可以耐受电弧高温作用。一些毫安级的高压继电器使用铜制触点，它们通常只作为中继来用。在选择适宜的继电器时，电路负载的类型是一个很重要的因素，电路通常分为电容性、电感性和电阻性负载。电阻性负载对于直流电阻性负载而言，当开关断开时，会在触点分开的瞬间产生电弧，并且将持续到触点彻底分开为止。在一定电压和电流下，电弧的持续时间取决于触点断开的速度，同样也与触点的冷却速度和通过自感及分布电容的消电离作用有关。在一样电压下，沟通负载比直流负载更轻易断开，由于沟通在每半个周期会自行断开一次，极性转换会防止金属一直朝同一个方向转移；而对于直流负载而言，那么会较早导致触点故障。电感性负载直流电感性负载的断开比电阻性负载更不轻易。由于在电感中存储的能量1/2LI2能感应出阻止电流变化的电动势-Ldi/dt，直到电感中所存储的能量耗尽才消失。假如不采用专用快速断路触点或者其他方式来切断电感性负载的话，电弧的持续时间将直接取决于负载的时间常数L/R。然而，沟通感性负载并不会出现这种问题，由于每半周期完毕时会发生极性翻转迫使电流过零。同时，电流与电压存在相位差，并且供电电压在电流后半周期反相于自感电动势。电容性负载直流电路中为电容充放电而闭合触点将会产生大浪涌电流。对于触点的影响取决于初始峰值电流幅值及电路的时间常数。类似情况在沟通电路中是不常见的。要得到最正确效果，继电器应置于负载的接地端；否那么，在触点与壳体间会出现大电流电弧，旁路负载。电源是对浪涌电流的唯一限制。在实际应用中，通常这三种成分都会存在，但是具有大电容或者大电感负载的电路由于其储能作用，所以更难实现电路通断。比这种情况更糟的是，某些电路存在大浪涌电流。在大浪涌电流的情况下，触点试图在触点抖动期连续开极高的电流，结果会出现强电弧致使触点金属熔化，最终导致触点的熔结。正弦沟通电会使得这种情况变得更糟，由于对于一样沟通负载电压电流峰值分别比同等直流情形高41%。五、结语高压继电器也可用于其它场合，例如可考虑用于航空航天配电系统。研究说明270V直流系统与传统的115/200V、400赫兹沟通系统相比，其可靠性更高，维护更方便，重量更轻，寿命更长。目前，传统的28V或者115/200V开关转换设备需要大的改良才能可靠地实现270V直流负载的通断。然而这些改良又会使其变的又大又笨。对于专用场合，这显然是不实际的。在不增加尺寸和重量的情况下，使用真空作为绝缘介质来实现270V直流负载具有卓越的性能且其可靠性也得到进步。高压继电器的选择并非像低压继电器那样简单。想要选择适宜的继电器，设计者应当考虑电路情况以及继电器的电气、机械和环境因素。设计者还应能综合考虑继电器各种工作特性并清楚继电器术语是一种具有特殊含义的专业语言。