航空高压接触器-[韦克威]-航空工业合格供方
天线、雷达、测距仪、卫星、军用地面车辆、舰船和其他航空航天和国防应用中的高压/大电流电路，以及270-VDC飞机电源系统，构成了独特的电源管理挑战。今天，设计能够在更小空间内更有效地处理高功率的解决方案至关重要。电动汽车、充电站、电池系统、太阳能和风能应用的配电也带来了类似的挑战。本讨论通过描述高级继电器和接触器如何处理困难的配电需求，简化了设计师的任务，并介绍了一个工具，用于导航各种接触器和继电器功能，以方便选择。配电技术有各种不同的风格。许多露天开关设计只能承受几百伏的电压。然而，使用具有良好介电性能的气体或真空的更小、重量轻、密封的设备可以切换到70千伏（kV）。
对于接触器，增大的触点尺寸和压力，结合特殊合金材料，可实现高达1000A的高电流管理。将内置霍尔效应电流传感器集成到接触器中，可创建这些设备的“智能”电流感应版本。
何时考虑真空型开关
用传统的开关，由于电弧发生，几乎不可能中断千伏电路。当电压很高时，填充开口触点之间间隙的空气迅速电离成导电路径。因此，虽然触点正在分开，但电离气体维持电路-这一问题在通用继电器中并不常见真空如何将电弧问题降至最低解决电弧的方法是从接触区域除去可电离气体。因此，高压开关被设计成在真空中工作良好。例如，在10-6毫米汞柱的真空中，每密耳接触间隙的介电强度可达到2000伏。真空电介质也为高压触点提供惰性气氛。真空实际上消除了氧化和腐蚀。当电弧出现在真空中时，空气或电介质气体不会发生离解而产生腐蚀性副产品。
射频应用
良好的绝缘质量和低、稳定的接触电阻是在射频（RF）开关中使用高压真空继电器的两个很好的理由。然而，在无线电频率下操作任何继电器都会产生电流和电压限制。当频率升高时，电流从导体的中心向导体表面迁移的“趋肤效应”可能是个问题。这是因为随着频率的增加，导电路径的表皮深度减小，迫使更多的电流通过更少的导体。这会导致导体表面局部发热。高温可能损坏继电器密封。
当继电器用作绝缘体时，开路触点和/或触点与接地之间存在射频电压。在所有实际用途中，继电器的高压电容在1到2皮卡天线范围内。流过该电容的泄漏电流加热绝缘体的损耗元件，进而限制可施加的射频电压。
电流和电压限制使得有必要降低射频应用的电流和电压规格。它们还将操作限制在32兆赫以下的频率。在选择特定继电器时，应考虑这些限制。何时考虑电负性气体介质开关并非所有高压继电器/接触器都是真空型。具有良好介电性能的惰性气体也用于高压元件和系统。这是一个灵活的解决方案，因为可以通过改变气体混合物和/或压力来控制加压外壳中的电压击穿。气体加压的电弧熄灭特性是另一个优点，因为通常在几微秒内完全恢复。充气开关装置用于高压电源开关，其功能是关闭常开触点。这种选择的一个优点是可以设置气体混合物和压力，以便在闭合触点接触之前触发电弧。此外，如果电路电压高于3500伏，即使电路路径因触点弹跳而中断，电弧仍足以保持电流流动。这种现象有助于气体填充继电器的长寿命，如电容放电电路所示。
在传统继电器中，触点电阻随周期变化。然而，在真空继电器中，电阻很低，在继电器的整个寿命期内稳定，典型值为0.015Ω。低电阻是由于零件清洁均匀、无氧化或污染以及在接触区域使用纯金属造成的。由于触点密封在真空外壳内，因此在爆炸性或腐蚀性环境中可以安全地进行切换。
在充气继电器中，接触电阻通常较低，但不像真空继电器那样低或稳定。接触电阻也随着所用试验方法的不同而变化很大。体积大、电流大的测量电路通常会导致接触电阻降低。镀金提高了稳定性，降低了充气继电器的接触电阻。
开关电源接通、断开和负载的影响因素术语“电源切换”和“热交换”涉及通过激活继电器中断或启动电源。当继电器通电时，在初始闭合和随后的触点弹跳过程中形成电弧。电弧会导致接触腐蚀，除非采取预防措施，否则可能导致接触焊接。至少，它会造成相当大的接触损伤。因此，电弧持续时间、电流和电压水平对继电器寿命和可靠性至关重要。高压电源开关继电器通常有钨或钼触点。这些金属很硬，熔化温度高，有助于抵抗电弧的影响。一些具有毫安电流的高压继电器使用铜触点，但它们通常用于“只携带”应用。电路负载类型是选择合适继电器的一个重要因素。电路负载通常可被视为电容性、感性或电阻性。
电阻负载-直流（DC）电阻负载的中断导致触点分离时产生电弧，并持续到触点进一步分离。在一定的电压和电流条件下，电弧持续时间取决于触点分离速度、冷却和去离子速度以及不可避免的电感和分布电容。在相同电压下，交流（AC）负载比直流负载更容易中断，因为交流电每半个周期都会自行中断。极性变化会阻止金属在同一方向上继续转移，这种情况通常会导致与直流负载的早期接触失效。
感应负载-中断直流感应负载比电阻负载更困难。电感中储存的能量（[1/2]LI2，其中L为电感，I为电流，单位为安培），产生一个电压（–L[di/dt]），该电压趋于维持电流。电流继续，直到电感的能量消散。除非使用特殊的快开触点或其他方式来中断电弧，否则电弧的持续性取决于负载的时间常数（L/R，其中R是电阻，单位为欧姆），这是一个直接关系。交流感应负载不会产生与直流负载相同的问题，因为在每个半周期结束时极性反转会迫使电流为零。此外，电流与电压不同步，在电流半周期的最后一部分，电源电压与自感电压相反。
电容性负载-直流电路中的闭合触点对电容器进行充电或放电会导致高的浪涌电流。对触点的影响取决于初始峰值电流的大小和电路的时间常数。交流电路中的类似情况并不常见。为获得最佳结果，继电器应置于负载的接地侧。如果不这样做，触点和外壳之间可能会产生大电流电弧，从而绕过负载。电源是电流浪涌的唯一限制。
在实际应用中，这三种元件通常都存在，但具有重要电容或电感元件的电路由于其储能而更难切换。使情况进一步复杂化的是，一些电路有高涌流。在高涌流条件下，试图在触点弹跳期间中断非常高电流的触点会产生一个导致触点金属熔化的重电弧。最终，这可能导致接触焊接。在正弦交流的情况下，情况更糟，因为交流的峰值电压和电流分别比相同负载电压下的等效直流电流大41%。
扩展你的思维来应对新的挑战
今天，许多应用程序需要更多的电力才能在更少的空间内更有效地使用。例如，飞机采用270伏直流电标准，以提高传统115/200伏系统的可靠性、维护、重量和寿命周期。这一发展还需要对电源管理技术进行更周密的选择。
设计者应考虑电路条件和继电器的电气、机械和环境规范。设计者还应了解继电器工作特性的权衡，并意识到继电器术语是一种具有特殊含义的特殊语言。评估与高压/大电流电路相关的电源管理产品是一个复杂的课题，正如本简要概述中讨论的开关技术的其他方面一样。为了让设计师的工作更轻松，TE Connectivity提供了一个“虚拟开发工具包”，涵盖高压接触器、高压继电器、电线电缆和连接器。通过工具包方便的在线菜单，可以快速访问产品特性和优点、图纸、三维PDF和规格。这一工具为设计师提供了有价值的见解，帮助他们选择开关技术来处理当今苛刻的配电要求。