Các thành phần công tắc tơ DC công suất lớn cho hệ thống vận tải đường sắt và năng lượng tái tạo

Các bộ phận của công tắc tơ DC vận chuyển đường sắt phải chịu được chuyển mạch dòng điện cao, hồ quang kéo dài, rung cơ học và chu trình nhiệt lặp đi lặp lại mà không làm mất đi độ ổn định của tiếp điểm hoặc tính toàn vẹn của cấu trúc. Vật liệu tiếp xúc đồng-vonfram (CuW) và bạc-vonfram cacbua (AgWC) có thể được chỉ định cho các nhiệm vụ ngắt hồ quang đòi hỏi khắt khe, trong khi hàn chân không có thể nối các khối tiếp xúc đáng kể với các đầu nối đồng dày khi hình dạng khớp và hệ thống kim loại phụ được kiểm soát hợp lý.

Đối với các mạch kéo đường sắt, hệ thống lưu trữ năng lượng pin và thiết bị chuyển đổi năng lượng tái tạo, việc lựa chọn thành phần phải tính đến điện áp DC thực tế, dòng điện sự cố tiềm ẩn, tần số chuyển mạch, thời gian hồ quang, phổ rung và phối hợp cách điện. Chỉ ký hiệu vật liệu không thể thiết lập khả năng chuyển mạch; cụm hàn nối tiếp xúc hoàn chỉnh phải được xác nhận theo các điều kiện vận hành dự định của nó.

Chuyển mạch DC điện áp cao và năng lượng hồ quang

Chuyển mạch DC gây ra thách thức gián đoạn khác với chuyển mạch AC vì dòng điện không tự nhiên đi qua mức 0 hai lần trong mỗi chu kỳ. Khi hồ quang hình thành giữa các tiếp điểm tách biệt, công tắc tơ phải tạo ra đủ điện áp đối nghịch và sử dụng bộ phóng điện từ, máng hồ quang hoặc cơ chế điều khiển hồ quang khác để ngắt dòng điện.

Các biến kỹ thuật có liên quan bao gồm:

• Điện áp và dòng điện hoạt động định mức theo yêu cầu hiện hành của IEC 60947-4-1.
• Dự kiến ​​dòng ngắn mạch và sự phối hợp của thiết bị bảo vệ phía thượng nguồn.
• Độ bền điện theo danh mục sử dụng được chỉ định và nhiệm vụ chuyển mạch.
• Tốc độ mở tiếp điểm, khe hở tiếp điểm và hình học điều khiển hồ quang.
• Nhiệt độ tiếp xúc tăng và điện trở sau các chu kỳ chuyển mạch lặp đi lặp lại.

Năng lượng hồ quang phụ thuộc vào điện áp hồ quang tức thời và dòng điện theo thời gian. Do đó, xói mòn tiếp xúc không thể được đánh giá chỉ bằng dòng điện định mức. Một công tắc tơ chuyển đổi mạch DC dòng điện cao dưới tải cảm ứng có thể gặp hiện tượng xói mòn khác biệt đáng kể so với một công tắc tơ hoạt động ở cùng dòng điện dưới tải chủ yếu là điện trở.

Đối với các ứng dụng kéo đường sắt, việc xác nhận kỹ thuật phải tái tạo độ tự cảm thực tế của mạch, điện áp nguồn, dòng điện gián đoạn và trình tự chuyển mạch nếu thực tế.

Độ rung, sốc và ổn định tiếp xúc cơ học

Các phương tiện đường sắt khiến các cụm công tắc tơ bị rung, sốc cơ học và tăng tốc lặp đi lặp lại. Những tải trọng này có thể ảnh hưởng đến các khớp nối đầu cuối, sự liên kết tiếp xúc, tải trước lò xo, ốc vít và các giá đỡ cách điện.

Các yêu cầu về môi trường đường sắt có thể áp dụng phải được xác định từ thông số kỹ thuật của phương tiện hoặc thiết bị. EN 61373 thường được sử dụng để thử nghiệm độ rung và va đập của thiết bị đầu máy toa xe lửa, nhưng phải chọn loại thử nghiệm và vị trí lắp đặt chính xác cho tổ hợp được đánh giá.

Bộ phận tiếp xúc phải được đánh giá sau khi thử nghiệm độ rung, không chỉ trước đó. Các phép đo sau thử nghiệm có thể cho thấy các khớp bị lỏng, biến dạng vĩnh viễn, sai lệch tiếp xúc và những thay đổi điện trở không rõ ràng trong quá trình kiểm tra kích thước ban đầu.

Danh bạ đồng-vonfram cho các nhiệm vụ chuyển mạch nghiêm trọng

Đồng-vonfram là vật liệu tổng hợp kết hợp khung vonfram chịu lửa với pha đồng dẫn điện. Vonfram góp phần ổn định nhiệt độ cao và chống thất thoát vật liệu liên quan đến hồ quang, trong khi đồng hỗ trợ dẫn điện và dẫn nhiệt.

Vật liệu này không phải là một loại phổ quát duy nhất. Hàm lượng vonfram, phân bố đồng, độ xốp, quy trình sản xuất và mật độ cuối cùng ảnh hưởng đến độ dẫn điện, độ cứng, truyền nhiệt và hành vi xói mòn.

Những cân nhắc kỹ thuật điển hình bao gồm:

• Phần vonfram:Hàm lượng vonfram cao hơn thường làm tăng độ cứng và đặc tính chịu lửa nhưng có thể làm giảm độ dẫn điện và nhiệt.
• Mật độ và độ xốp:Các lỗ rỗng còn sót lại có thể ảnh hưởng đến sự gia nhiệt cục bộ, tính toàn vẹn cơ học và tính nhất quán trong quá trình phóng điện hồ quang lặp lại.
• Hình học liên hệ:Độ dày, biên dạng cạnh và kích thước mặt tiếp xúc ảnh hưởng đến sự phân bố dòng điện và chuyển động của chân cung.
• Khả năng tương thích tham gia:Giao diện tiếp xúc với đồng phải phù hợp với sự khác biệt về độ giãn nở nhiệt và quá trình nối đã chọn.

CuW có thể được xem xét cho các đầu tiếp xúc, hạt dao chống hồ quang và các thành phần khác tiếp xúc với các điều kiện chuyển mạch khắc nghiệt. Loại cuối cùng phải được chọn bằng cách sử dụng các đặc tính đo được và kết quả kiểm tra chuyển mạch thay vì chỉ sử dụng tên vật liệu.

Liên hệ AgWC cho khả năng chống xói mòn hồ quang

Cacbua vonfram bạc kết hợp pha dẫn điện gốc bạc với các hạt cacbua vonfram. Việc sử dụng tiềm năng của nó trong các thành phần chuyển mạch dòng điện cao phụ thuộc vào thành phần cụ thể, cấu trúc vi mô, hình dạng tiếp xúc và nhiệm vụ điện.

AgWC không nên tự động được coi là có thể thay thế được với CuW hoặc vật liệu vonfram bạc thông thường. Cacbua vonfram có các đặc tính vật liệu khác với vonfram kim loại và loại được chọn phải được đánh giá về độ dẫn điện, độ cứng, xói mòn hồ quang và hành vi nối.

Khi xem xét AgWC, việc xem xét kỹ thuật cần thiết lập:

• Thành phần thực tế và đặc điểm kỹ thuật vật liệu áp dụng.
• Phương pháp thử độ dẫn điện và độ cứng.
• Xói mòn hồ quang dưới điện áp DC, dòng điện và tần số chuyển mạch dự định.
• Hư hỏng bề mặt tiếp xúc, dịch chuyển và mất mát vật liệu sau khi kiểm tra độ bền.
• Khả năng tương thích với thiết bị đầu cuối bằng đồng và kim loại phụ hàn được chọn.

CuW vs AgWC: Lựa chọn vật liệu cho Công tắc tơ DC

Bảng mô tả các cân nhắc lựa chọn tài liệu thay vì xếp hạng bằng số được đảm bảo. Không vật liệu nào có thể được ấn định một giá trị độ dẫn điện, độ cứng hoặc tuổi thọ chung mà không có cấp độ cụ thể và dữ liệu thử nghiệm hỗ trợ.

Liên hệ xác minh vật liệu và truy xuất nguồn gốc

Kiểm soát nguyên liệu đầu vào phải thiết lập nhận dạng nguyên liệu, thành phần, khả năng truy xuất nguồn gốc lô và trạng thái kiểm tra của từng lô tiếp xúc.

Các biện pháp kiểm soát được đề xuất bao gồm:

• Giấy chứng nhận nguyên liệu của nhà cung cấp gắn liền với lô sản xuất.
• Xác minh thành phần hóa học khi được yêu cầu bởi đặc điểm kỹ thuật mua hàng.
• Kiểm tra mật độ và kích thước của vật liệu tiếp xúc thiêu kết hoặc thấm.
• Kiểm tra độ cứng bằng phương pháp phù hợp với hình dạng vật liệu và mẫu thử.
• Đo độ dẫn điện bằng phương pháp thử nghiệm và nhiệt độ xác định.
• Kiểm tra bằng kính hiển vi cấu trúc tiếp xúc khi được yêu cầu để phân tích chất lượng hoặc lỗi.

Quản lý chất lượng dựa trên ISO 9001 và hệ thống chất lượng ô tô dựa trên IATF 16949 có thể hỗ trợ truy xuất nguồn gốc và xử lý kỷ luật nếu có. Tuy nhiên, chứng nhận của nhà cung cấp không thay thế việc xác minh nguyên liệu dành riêng cho sản phẩm hoặc chứng nhận chuyển đổi.

Thiết kế chung và lựa chọn kim loại phụ

Khối tiếp xúc chống hồ quang lớn yêu cầu khớp nối truyền tải dòng điện và cơ học đồng thời chịu được sự thay đổi nhiệt độ lặp đi lặp lại.Hàn chân không có thể cung cấp một môi trường nối được kiểm soát, nhưng hiệu suất của mối nối phụ thuộc vào việc chuẩn bị bề mặt, khả năng tương thích của kim loại phụ, độ hở của mối nối, đặc tính nhiệt độ lò và đặc tính nhiệt của cả hai thành phần.

Vật liệu tiếp xúc bằng đồng và vật liệu chịu lửa có thể khác nhau đáng kể về độ giãn nở nhiệt và độ dẫn nhiệt. Những khác biệt này tạo ra ứng suất cục bộ trong quá trình sưởi ấm và làm mát. Do đó, thiết kế mối nối phải giải quyết được diện tích tiếp xúc, độ dày đầu cuối, sự phân bổ kim loại phụ và phạm vi nhiệt độ hoạt động dự kiến.

Thông số kỹ thuật nối phải xác định:

• Các loại vật liệu cơ bản và tình trạng bề mặt đến.
• Ký hiệu kim loại phụ và khả năng tương thích của nó với vật liệu tiếp xúc và đồng.
• Khe hở mối nối và dung sai kích thước ở nhiệt độ hàn vảy cứng.
• Yêu cầu về chân không hoặc không khí của lò.
• Tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ cao nhất, thời gian ngâm và hồ sơ làm mát.
• Kiểm tra sau hàn và tiêu chí chấp nhận điện.

Nhiệt độ hàn và khe hở phải được thiết lập cho hệ thống hợp kim đã chọn. Không nên áp dụng công thức nấu chung cho mọi loại CuW hoặc AgWC.

Hàn chân không và hàn điện trở

Cả hai quá trình đều không được ưa chuộng trên toàn cầu. Hàn điện trở có thể phù hợp với hình dạng tiếp xúc và đầu cuối tương thích, trong khi hàn chân không có thể thực tế hơn đối với một số cụm lớn hoặc dày nhất định. Việc lựa chọn phải tuân theo việc xác nhận thiết kế và thử nghiệm năng lực sản xuất.

3.3 Các thông số quy trình kiểm soát chất lượng mối nối hàn

Chuẩn bị bề mặt

Oxit, dầu, cặn gia công và các chất nhiễm bẩn khác có thể ngăn cản sự làm ướt kim loại phụ. Quy trình làm sạch phải được xác định cho vật liệu cơ bản và hệ thống phụ, với các biện pháp kiểm soát xử lý ngăn ngừa tái nhiễm bẩn trước khi nạp vào lò.

Giải phóng mặt bằng chung

Khe hở quá chặt có thể hạn chế dòng chảy của chất độn, trong khi khe hở quá rộng có thể làm suy yếu hoạt động mao dẫn hoặc tạo ra hình dạng khớp không phù hợp. Khe hở cho phép phải được thiết lập từ hợp kim phụ, hướng mối nối, tình trạng bề mặt và nhiệt độ hàn.

Hồ sơ nhiệt

Tổ hợp phải đạt đến nhiệt độ đủ cho dòng chất độn mà không gây ra những thay đổi vật liệu cơ bản không thể chấp nhận được. Tốc độ gia nhiệt và làm mát phải tính đến khối lượng thành phần, độ dày tiết diện, độ dẫn nhiệt và sự khác biệt về độ giãn nở.

Phân phối phụ

Sự dịch chuyển chất độn, độ che phủ không đầy đủ hoặc tích tụ cục bộ có thể làm giảm diện tích liên kết hiệu quả và ảnh hưởng đến việc phân phối dòng điện. Các thiết bị cố định phải duy trì sự liên kết mà không cản trở đường dẫn dòng chảy dự kiến.

Kiểm tra sau hàn

Kế hoạch kiểm tra phải xác định độ phủ mối nối có thể chấp nhận được, sự thay đổi kích thước, tình trạng bề mặt và bất kỳ sự gián đoạn nào được phép. Phương pháp kim loại cắt ngang có thể được yêu cầu trong quá trình đánh giá chất lượng quy trình hoặc phân tích lỗi.

Chấp nhận điện và cơ khí của các cụm lắp ráp bằng đồng thau

Mối nối nhìn tốt không nhất thiết phải có điện trở thấp hoặc đủ độ bền cơ học. Việc xác minh phải kết hợp việc kiểm tra với các phép đo phù hợp với thiết kế.

Ngưỡng độ bền cắt, chẳng hạn như 150 MPa, chỉ nên được nêu khi nó được thiết lập cho hình dạng thực tế của mối nối, phương pháp thử nghiệm và thông số kỹ thuật chấp nhận. Giá trị lấy từ mối nối hàn vảy cứng không liên quan không phải là một yêu cầu chung hợp lệ.

Sốc nhiệt và đạp xe nhiệt

Sốc nhiệt và chu trình nhiệt đánh giá các cơ chế hư hỏng có liên quan nhưng khác nhau. Chu kỳ nhiệt đánh giá tác động của sự thay đổi nhiệt độ lặp đi lặp lại trong khoảng thời gian dừng xác định, trong khi sốc nhiệt thường gây ra sự chuyển đổi nhiệt độ đột ngột hơn.

Đối với khối tiếp điểm lớn được hàn vào đầu cực đồng, sự thay đổi nhiệt độ có thể tạo ra ứng suất giãn nở chênh lệch tại mối nối. Các chu kỳ lặp đi lặp lại có thể gây mỏi, nứt vi mô, thay đổi điện trở tiếp xúc hoặc tách dần dần ở bề mặt tiếp xúc yếu.

Kế hoạch trình độ chuyên môn cần nêu rõ:

• Nhiệt độ tối thiểu và tối đa.
• Tỷ lệ chuyển tiếp hoặc thời gian chuyển giao, nếu có.
• Thời gian dừng ở mỗi nhiệt độ.
• Số chu kỳ.
• Số lượng mẫu và thể hiện lô sản xuất.
• Đo lường điện và cơ trước và sau khi thử nghiệm.

ASTM B117 là phương pháp thử ăn mòn phun muối; nó không phải là một tiêu chuẩn sốc nhiệt. Nó có thể phù hợp khi khả năng chống ăn mòn là một phần của việc đánh giá chất lượng sản phẩm, nhưng nó không thể thay thế cho thử nghiệm chu kỳ nhiệt hoặc thử nghiệm sốc nhiệt.

Khoảng cách cách điện và khoảng cách đường rò

Khoảng hở là khoảng cách ngắn nhất trong không khí giữa các bộ phận dẫn điện. Khoảng cách đường rò là khoảng cách ngắn nhất dọc theo bề mặt vật liệu cách điện giữa các bộ phận dẫn điện. Cả hai đều ảnh hưởng đến sự phối hợp cách nhiệt, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau.

Đối với cụm công tắc tơ DC dùng trong hệ thống vận chuyển đường sắt và năng lượng tái tạo, khoảng cách yêu cầu phụ thuộc vào điện áp cách điện định mức, quá điện áp nhất thời, mức độ ô nhiễm, đặc tính vật liệu cách điện, độ cao và tiêu chuẩn sản phẩm hiện hành.

Việc xem xét thiết kế cần xác nhận:

• Điện áp hoạt động định mức và điện áp cách điện định mức.
• Loại quá điện áp và các điều kiện quá độ áp dụng.
• Mức độ ô nhiễm và nhóm vật liệu cách điện, nếu được quy định.
• Hiệu chỉnh độ cao khi được yêu cầu bởi tiêu chuẩn liên quan.
• Khoảng cách từ đầu cuối đến vỏ và từ cực đến cực.
• Điện áp thử nghiệm cách điện và thời gian thử nghiệm.

IEC 60664-1 cung cấp các nguyên tắc phối hợp cách điện cho hệ thống điện áp thấp, trong khi IEC 60947-4-1 đề cập đến các công tắc tơ cơ điện và bộ khởi động động cơ trong phạm vi của nó. Thiết bị đường sắt cũng có thể yêu cầu các yêu cầu bổ sung dành riêng cho sản phẩm và hệ thống đường sắt.

Không được chỉ định giá trị khe hở chung cho mọi công tắc tơ DC điện áp cao. Thiết kế được phê duyệt phải được đánh giá dựa trên định mức điện áp, hệ thống cách điện, môi trường lắp đặt và các tiêu chuẩn hiện hành.

Kiểm soát kích thước và căn chỉnh liên hệ

Hình dạng mặt tiếp xúc ảnh hưởng đến diện tích tiếp xúc ban đầu, áp suất cục bộ, phân bố dòng điện và kiểu mài mòn. Bản vẽ phải xác định các kích thước, mốc chuẩn, độ phẳng, độ song song và dung sai vị trí có liên quan.

Dung sai như ±0,005 mm có thể đạt được đối với một số tính năng gia công nhất định trong các điều kiện thích hợp, nhưng không nên áp dụng dung sai này một cách bừa bãi cho các cụm hàn lớn. Khả năng gia công, kích thước bộ phận, trạng thái vật liệu, phương pháp kiểm tra và nhu cầu chức năng xác định dung sai thích hợp.

Các kích thước tới hạn phải được đo bằng thiết bị đã được hiệu chuẩn và kế hoạch kiểm tra được ghi lại. Máy đo tọa độ, hệ thống quang học, máy đo chiều cao và đo lường điện phù hợp có thể được sử dụng tùy theo tính năng được xác minh.

Tài liệu về chất lượng và truy xuất nguồn gốc sản xuất

Đối với việc vận chuyển bằng đường sắt và mua sắm năng lượng tái tạo, khả năng truy xuất nguồn gốc phải kết nối các vật liệu đến với cụm công tắc tơ đã hoàn thiện.

Kế hoạch kiểm soát có thể bao gồm:

• Cấp vật liệu, nhà cung cấp và nhận dạng lô.
• Thành phần liên hệ và hồ sơ kiểm tra.
• Vật liệu đầu cuối đồng và kết quả kích thước.
• Số lô hàn và ghi lại thông số lò.
• Người vận hành, thiết bị cố định và nhận dạng lô sản xuất khi được yêu cầu.
• Hồ sơ kiểm tra điện trở, cơ học và cách điện.
• Báo cáo sự không phù hợp và tài liệu hành động khắc phục.

ISO 9001 và IATF 16949 chỉ nên được trích dẫn phù hợp với tình trạng và phạm vi chứng nhận thực tế của nhà cung cấp. Tuyên bố RoHS và REACH cũng phải dựa trên các yêu cầu về chất hiện hành và tài liệu tuân thủ hỗ trợ.

Trình độ chuyên môn của nhà cung cấp đối với các bộ phận của Công tắc tơ DC do Trung Quốc sản xuất

Khi xác định tiêu chuẩn của một nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp có trụ sở tại Trung Quốc, các nhóm mua sắm cần đánh giá nhiều hơn đơn giá. Việc xem xét phải xác định liệu nhà cung cấp có thể sản xuất các vật liệu tiếp xúc được chỉ định hay không, duy trì cửa sổ quy trình hàn, đo điện trở mối nối và hỗ trợ sản xuất lặp lại.

Đánh giá nhà cung cấp có thể bao gồm:

• Đã xác minh khả năng sản xuất và kiểm tra.
• Tìm nguồn cung ứng nguyên liệu và truy xuất nguồn gốc ở cấp độ lô hàng.
• Thiết bị hàn, giám sát quá trình và kiểm soát bảo trì.
• Khả năng đo kích thước và điện.
• Đánh giá mẫu và kiểm soát thay đổi kỹ thuật.
• Năng lực sản xuất, kế hoạch giao hàng và quy trình xử lý lỗi.

Thông số kỹ thuật mua hàng phải xác định hoạt động nào được thực hiện nội bộ và hoạt động nào được ký hợp đồng phụ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với sản xuất vật liệu tiếp xúc, hàn chuyên dụng, xử lý bề mặt và thử nghiệm độc lập.

Làm thế nào người mua có thể xác minh chất lượng mối nối hàn của các bộ phận công tắc tơ DC dòng điện cao?

Yêu cầu tài liệu về thông số kỹ thuật của quy trình hàn, hồ sơ truy xuất nguồn gốc vật liệu, kết quả kiểm tra kích thước, phép đo điện trở mối nối bốn dây và báo cáo mặt cắt ngang hoặc thử nghiệm cơ học đại diện. Giới hạn chấp nhận phải được thỏa thuận trước khi đánh giá chất lượng sản xuất.

Cần có thông tin gì để chọn địa chỉ liên lạc CuW hoặc AgWC cho công tắc tơ DC vận chuyển đường sắt?

Cung cấp điện áp DC định mức, dòng điện liên tục và gián đoạn, độ tự cảm tải, tần số chuyển mạch, hình dạng tiếp xúc, độ bền dự kiến ​​và giới hạn nhiệt. Nhà cung cấp phải xác nhận cấp độ được đề xuất bằng cách sử dụng dữ liệu vật liệu và các thử nghiệm chuyển đổi dành riêng cho ứng dụng.

Một nhà máy ở Trung Quốc có thể cung cấp các cụm công tắc tơ DC công suất lớn tùy chỉnh cho các hệ thống năng lượng tái tạo không?

Có, tùy thuộc vào khả năng vật liệu, khả năng nối, gia công, kiểm tra và thử nghiệm đã được xác minh của nhà sản xuất. Người mua nên xác nhận quyền sở hữu bản vẽ, quy trình phê duyệt mẫu, truy xuất nguồn gốc lô, năng lực sản xuất và các bài kiểm tra chất lượng cần thiết cho ứng dụng dự định.

Nếu dự án kéo đường sắt hoặc năng lượng tái tạo của bạn yêu cầu các đầu cuối bằng đồng có dòng điện cao, các tiếp điểm chống hồ quang CuW hoặc AgWC và các thiết bị được điều khiểnLiên hệ Tham gia hàn, hãy gửi bản vẽ và thông số kỹ thuật về điện của bạn ngay bây giờ để được đánh giá năng lực sản xuất, đánh giá quy trình và báo giá từ một nhà máy có trụ sở tại Trung Quốc.