哪些因素会影响高压直流继电器的寿命

高压直流继电器最初主要用于电力行业以及航空和航天行业. 近年来，电动汽车逐渐兴起，带动了配电系统的发展，成为高压直流继电器非常重要的应用场景. 高压相对于24V和48V低压系统. 一些低速电动汽车选择60V和72V系统的电源配置. 通常，高速乘用车的电压在200V以上，总线可以达到600V以上. 满足此电压级要求的继电器称为高压直流继电器.

高压直流继电器的寿命包括两个参数: 机械寿命和电气寿命. 机械寿命的影响因素包括触点的材质，开关机构的设计和制造水平等. 电气寿命的瓶颈主要是触点寿命.

1吹电弧磁场对触点电气寿命的影响

如下图所示，说明继电器中磁吹设计的原理. 根据图中所示的电流方向，使用右手法则确定静态触点左侧的线圈磁场方向. 磁场的方向指向纸的内部. 电弧是电离通道中的电流，电压在电击穿动触点和静触点之间的介质后形成，并完全遵守电磁作用定律. 电弧产生的磁场如图所示. 要确定圆弧的力方向，请使用左手定则. 力的方向如图中的F所示.

磁吹是使用永磁体或电磁体产生磁场. 磁场和电弧之间相互作用的方向是将电路拉离动触头和静触头.

随着动触头的快速运动和施加磁吹效应，电弧被拉长，电弧电阻迅速增加，从而使电弧电流急剧下降，电弧的热效率相应下降. 电介质的电离度随温度降低而降低，电弧通道的电导率降低. 如果在绘制电弧的同时，在电弧向外移动的过程中，结合其他切割电弧和冷却电弧的方法，电弧将更快地熄灭.

减少起弧时间是保护触点的重要手段. 良好的磁吹设计将不可避免地延长继电器的使用寿命. 电磁吹气已广泛用于对空间要求不高的大功率继电器和接触器，而在小型继电器中，只有个别产品设计出类似的装置.

2环境气压对触头电气寿命的影响

＆lt; p＆gt;为了缩短电弧燃烧时间，除了使用上述的磁性吹气装置拉电弧之外，还经常使用在小空间内消灭电弧的方法. 改变触点的打开和关闭环境，使密封的灭弧室充满高电离能. 气体可能会将灭弧室抽空.

高压电弧的原因

电离能. 当气态原子失去电子并变成阳离子时，它必须克服原子核对电子的吸引，即，将电子从原子轨道吸引到自由电子的能量. 这是该元素的电离能. . 电离能越高，原子越容易被电离，更不容易变成阳离子，并且金属性越弱. 相反，金属性越强，容易失去电子而成为阳离子. 在元素周期表中，最高的离子化能量是氦，因此可以将氦填充到密封的灭弧室中，以提高继电器的灭弧能力.

有许多研究解释了在高压气体环境中产生电弧的原因. 总体看法如下. 在高压气体室中，电弧分两个阶段燃烧. 在温度或电压的作用下，阴极触点发射电子，并被阳极接收，形成第一击穿. 电弧的最初形成会带来高温和离子化的气体阳离子，电弧的离子路径会进一步扩大以形成更大的电弧.

真空电弧的原因

在真空条件下，没有介质可以供电，电弧放电非常困难，但仍会燃烧电弧. 在动触头和静触头分离时，触头上的金属蒸发形成金属离子通道，并在通道中形成电弧. 关于如何形成这种离子通道有几种不同的解释.

解释高温发射电子理论的第一种方法是在阴极触点上存在原始缺陷，称为斑点. 据认为，在通电期间，点位置处的电阻较大，并且局部温度较高. 当动态和静态触点即将分离时，高温部分将电子发射到阳极，最初形成电弧，电弧燃烧，接触材料蒸发，进一步形成金属蒸汽，然后在真空中形成电弧； <

解释场发射理论的第二种方法是，当动态触点和静态触点之间施加的电压足够高时直流大功率继电器，阴极便具有发射电子的能力. 当动态和静态接触即将分离时，通常彼此之间将处于最终接触位置，并且该面很小. 场发射电子流通过这个极小的区域流向阳极. 巨大的电流密度在阴极和阳极上都产生剧烈的热效应，导致熔化从该点逐渐扩散到整个接触，并且接触表面熔化并产生金属蒸气. 更好的电离环境会使电子流的规模扩大，从而形成真空电弧.

真空: 通常，真空度越高，击穿越容易，形成电弧就越困难. 在理想状态下，介电强度可以达到每0.1毫米10000V的水平. 但是，当真空度达到一定水平时直流大功率继电器，如上述曲线所示，进一步的改善将无助于降低击穿电压，这反映了真空度与击穿电压之间的关系. 击穿电压越低，电弧就越容易形成并且易于维护，也就是说，电弧放电时间越长. 真空度直接由气压测量，气压越低，真空度越高.

真空密封灭弧室: 要获得真空灭弧室，需要有良好的材料和密封技术. 陶瓷密封和树脂密封灭弧室，两种密封灭弧室的技术路线是同时使用的，没有人取得明显的优势.

陶瓷密封灭弧室，采用陶瓷的耐高温性，电弧温度极高（中心可达到5000℃），一般材料不能承受这样的温度，陶瓷可以满足这一要求. 但是，陶瓷在密封方面很难实现.

由树脂制成的灭弧室的密封技术比陶瓷灭弧室更好，但其耐高温性不足.

3机械参数对触头电气寿命的影响

与触点电气寿命有关的结构参数包括: 触点面积，断开机构，触点压力等.

动态和静态触点的接触面积较大，可以为电流提供更大的路径，减小接触电阻，并降低温升. 当继电器闭合或断开时，由小电弧产生的热量会燃烧，触点越大，消散的越容易，从而降低了触点熔化的风险.

断开机制是继电器设计中的另一个技术要点. 该机构本身具有稳定的动作周期，从开始到最终运动到打开距离最大位置所需的时间直接影响起弧时间.

动态和静态触点的接触压力. 动态触点和静态触点之间始终存在接触电阻. 接触压力越大，电阻越小. 在正常工作条件下，较大的接触压力可以减少继电器的电气损耗和温升；接触表面上较小的损坏或毛刺升高不会在大压力下产生明显的不利影响，并且经过多次接触后，这些接触之间的冲击才能消除这些小缺陷.

4灭弧室的气密性

不可能在真空灭弧室中实现绝对密封，并且在壳体的焊缝中可能会漏气. 允许的泄漏系数已包含在其设计规格中，不可避免地会发生长期泄漏. 此外，在电动汽车中使用继电器，在随时随地的剧烈振动环境中，也严重地测试了密封的质量.

随着越来越多的空气进入密封腔，壳体的密封性越来越差，消弧室内的真空度逐渐降低，消弧能力也逐渐降低. 关键因素.

5参见示例

高压直流继电器的寿命无法与控制电路中使用的继电器相提并论，低压继电器的寿命是数十万次. 以上是车辆用高压直流继电器的选择表. 可以看出，所承诺的额定带电连接能力是25,000次，并且短路断开一次. 下面的屏幕截图是机械寿命，可以感觉到.

参考

1李振标，42V汽车继电器接触电弧特性

2张兰静，750V汽车高压直流继电器的设计与测试

3孙曙光，汽车闪光继电器电气寿命测试方法和装置的研究

4耿万洋，基于故障树的电磁继电器线圈故障分析

5 Liu Xin，汽车继电器电气寿命测试的计算机控制和检测技术

6乔新磊，高压直流大功率继电器触头动态焊接研究

7 Liu Du，改进高压直流继电器的电气寿命测试和接触仿真测试装置的研究

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