DC应用中的磁性灭弧

一些额定HVDC(直流高压)负载的机电接触器具有永久内置的“灭弧磁体”,有助于在连接头断开时“熄灭”或切断形成的电弧。这样可以提高连接头的直流额定值,并有助于延长在额定负载下的电气寿命。虽然在连接头闭合时也可能会产生电弧,但在连接头断开时产生的电弧要大得多。
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一些限位开关车用继电器功率继电器(高于2A)也具有此功能。
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磁性灭弧特性列在DigiKey网站的“特点”筛选条件下。但前体是,产品的规格书中指明产品具有磁性灭弧特性。不过,即使产品具有此特性,规格书也不一定会将其列出。如果产品具有极化输出,则很可能具备此特性。
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一般来说,具有极化直流额定输出的机电接触器可以在两个方向上处理电流,但只有在连接头闭合时,且极性在连接头断开时必须正确才可以。如果连接头断开时极性不正确,将会产生相反的效果,即,增大电弧,加速连接头表面的损坏,并可能造成危险。交流负载器件通常不需要灭弧磁体,因为在连接头断开时,交流波形会跨过零点,自行熄灭电弧。

要确定哪款产品适合你的应用,请查看规格书中指定测试条件下的连接头额定值生命周期 - 断图表
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一些规格书还会列出连接头通 / 断时间,包括电弧持续时间:
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机电磁性灭弧应用:

电动汽车
-用于加快高压直流充电,并安全地关闭和断开电流负载

可再生能源和电源逆变器
-太阳能和风能用于安全切换并在逆变器过程中断开直流负载,以及在将储能传入和传出电池时使用

制造业和工业
-用于能量存储或备用系统、无人机或车队管理,甚至用于叉车充电系统中

Sensata 的说明:
所有Sensata Gigavac接触器都可以在闭合的连接头上承载双向电流。“双向”一词是指能够在电流流动时进行开关/断开操作。大多数Sensata Gigavac接触器都经过设计和优化,可在电流流动方向上断开电流,以实现最大的电流断开能力。我们也提供采用双向设计的接触器。此类器件一般通过改变内部灭弧磁体的方向来实现。

极化:
极化接触器上的电源端子标有正极(+)和负极(-)。这个标记用于指导产品的正确安装。大多数接触器都具有用于断开负载的内部灭弧磁体(在电流流动时断开)。这对于断开48V及以上的负载而言尤为重要。灭弧磁体设计用于特定方向的电流流动。不当安装可能会限制灭弧磁体的效果或使其失效,并显著缩短接触器的寿命。在系统电压超过48V的应用中,应注意将接触器按正确的电流流动方向安装。正确安装的接触器应使电流流入正极(+)端子并从负极(-)端子流出。

双向:
如果使用双向接触器,主电源端子可以连接在任何方向。无论电流流动的方向如何,内部灭弧磁体都被配置为断开形成的电弧。

来源:
Sensata - 应用说明:接触器的电流流动方向

另请参阅:
继电器特性
继电器线圈浪涌抑制的组件选项
继电器、开关和电连接头的一般介绍

灭弧磁体的具体材料和结构设计如何影响其寿命?在频繁开关的应用中,磁体性能是否会衰减?
此外双向接触器通过"改变内部灭弧磁体方向"实现,这是否意味着内部有可切换的磁路设计?这种设计的成本和可靠性如何?

找到sensata 相关应用笔记,有关磁路设计结构内部示意图,希望有帮助。

sensata 应用笔记

sensata 大多数接触器内部装有电弧烧断磁铁,用于断开负载(电流流动时开启)。
确实有设计为双向接触器的接触器。这通常通过改变内部电弧爆发磁铁的方向来实现。
“双向”一词指的是电流流动时能够切换/断开的能力。如果使用双向接触器,主电源端子可以任意方向连接。内部的磁路设计成无论电流流向哪个方向都能切断形成的电弧。

针对磁性灭弧的选型、验证、寿命设计有两个开发疑问,可以一起交流下:

感谢分享!这篇内容精准戳中了 DC 电力电子开发中接触器选型与灭弧的痛点,结合我们项目开发中的困惑想请教两个问题:

  1. 电弧持续时间的测试标准:帖子里提到 DC operated 下 arc duration 为 10-15ms,但我们在做储能变流器直流侧接触器断弧测试时,发现不同负载突变率下电弧持续时间差异很大(比如 10% 负载突变 vs100% 突变,电弧时间差超 3ms),是否有行业标准建议针对不同 DC 应用场景(如储能、电动汽车)划定电弧持续时间的合格阈值?

  2. 双向接触器的灭弧适配:帖子中提到 Sensata 的双向接触器通过改变内部灭弧磁体方向实现双向断弧,我们在储能的双向功率流场景中(充放电切换),担心双向灭弧的一致性问题,实际应用中是否需要额外增加辅助灭弧电路?还是单纯依赖接触器本体的双向灭弧设计即可?

    另外也想确认:帖子里的 Estimated Make Break Chart 是基于什么测试条件生成的?不同厂家的曲线差异大吗?

在直流(DC)应用中,由于电流‌没有自然过零点‌,电弧一旦产生就难以自行熄灭,因此必须采用‌强制灭弧技术‌。 磁性灭弧利用‌磁场对载流电弧的作用力,将电弧快速拉长、吹入灭弧室或栅片区域,从而实现冷却、分割和熄灭。