Độ bão hòa từ của các bộ phận rơle lõi sắt: Nguyên nhân, mối nguy hiểm và chiến lược giảm thiểu kỹ thuật

Bão hòa từ trường lõi rơle là một hiện tượng vật lý phổ biến trong rơle điện từ và thiết bị điện. Nó đề cập đến trạng thái, dưới tác động của từ trường xen kẽ hoặc không đổi, cường độ cảm ứng từ của vật liệu đạt đến giới hạn vật lý và không còn có thể tăng khi tăng cường từ trường ứng dụng. Đối với rơle, đầu lạnh lõi rơle là thành phần dẫn từ lõi của hệ thống mạch từ và đặc tính bão hòa từ của nó ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính vận hành, mức tiêu thụ điện năng và độ ổn định hoạt động lâu dài của rơle.

I. Nguyên nhân gây bão hòa từ trong lõi rơle

Trong rơle, Chân lõi, với tư cách là thành phần quan trọng của mạch từ, chịu bão hòa từ chủ yếu do các yếu tố sau:

Mật độ từ thông quá mức là nguyên nhân trực tiếp nhất gây ra bão hòa từ. Khi dòng điện cuộn dây quá cao hoặc số vòng dây quá nhiều, mật độ từ thông bên trong lõi vượt quá cường độ cảm ứng từ bão hòa của vật liệu, khiến lõi bị bão hòa. Trong thiết kế rơle, sự cố này dễ xảy ra nếu số vòng ampe-của cuộn dây không khớp với diện tích mặt cắt ngang-của Lõi sắt nguyên chất.

Thiết kế mạch từ không đúng cách cũng có thể gây ra bão hòa từ cục bộ. Khi có sự thay đổi đột ngột về mặt cắt-hoặc sự phân bố khe hở không khí không thích hợp trong mạch từ, từ thông sẽ tập trung ở các khu vực cục bộ, khiến cường độ cảm ứng từ ở những khu vực đó bão hòa trước các bộ phận khác. Mặc dù độ bão hòa cục bộ này có thể không nhất thiết dẫn đến hỏng mạch từ tổng thể nhưng nó làm tăng từ trở và tổn thất từ ​​trong khu vực đó.

Các đặc tính từ vốn có của vật liệu xác định điểm tới hạn của độ bão hòa từ. Thép cacbon thấp-thông thường có cường độ cảm ứng từ bão hòa và độ thấm thấp hơn so với sắt thuần điện, khiến nó dễ bị bão hòa hơn dưới cường độ từ trường thấp hơn. Do đó, việc lựa chọn vật liệu cho Thanh sắt từ mềm cho Rơle là sắt nguyên chất điện có độ tinh khiết cao{3}}cao{4}}có độ bão hòa cảm ứng từ cao hơn và độ kháng từ thấp hơn, có thể trì hoãn sự xuất hiện của bão hòa từ tính.

Nhiệt độ tăng cũng khiến điểm bão hòa từ đến sớm hơn. Tính thấm của vật liệu lõi sắt nguyên chất giảm khi nhiệt độ tăng, nghĩa là trong điều kiện nhiệt độ-cao, lõi sắt không bão hòa ở nhiệt độ phòng cũng có thể chuyển sang trạng thái bão hòa.

II. Mối nguy hiểm của sự bão hòa từ tính lõi sắt

Trong hoạt động rơle thực tế, các mối nguy hiểm của bão hòa từ lõi sắt rất đa dạng, ảnh hưởng đến hiệu suất điện, quản lý nhiệt và độ tin cậy cơ học.

Lực từ giảm và hoạt động không đáng tin cậy là những tác hại trực tiếp nhất của bão hòa từ đối với rơle. Khi lõi rơle sắt nguyên chất chuyển sang trạng thái bão hòa, độ thấm của nó giảm mạnh và độ từ trở của nó tăng lên. Lúc này, cho dù dòng điện trong cuộn dây có tăng thêm nữa thì từ thông do phần rơle lõi sắt cung cấp sẽ không còn tăng nữa và lực hút điện từ lên phần ứng sẽ bão hòa. Điều này có thể khiến rơle không hoạt động đúng ở điện áp định mức hoặc nhả sai khi điện áp dao động, đe dọa nghiêm trọng đến độ tin cậy của mạch điều khiển.

Tăng mức tiêu thụ điện của cuộn dây và tăng nhiệt độ quá mức là những phản ứng dây chuyền gây ra bởi độ bão hòa từ tính. Để có đủ lực từ, các nhà thiết kế có thể cố gắng bù lại lực từ không đủ do bão hòa từ gây ra bằng cách tăng dòng điện trong cuộn dây, nhưng điều này càng làm tăng tổn hao đồng, dẫn đến nhiệt độ cuộn dây tăng lên. Nhiệt độ tăng làm giảm tính thấm của vật liệu, tạo ra một vòng luẩn quẩn. Đối với rơle lõi sắt, hoạt động lâu dài ở trạng thái gần{4}}bão hòa có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa của vật liệu cách điện do hiệu ứng nhiệt độ tích lũy, rút ​​ngắn tuổi thọ tổng thể của rơle.

Độ lệch điện áp vận hành là ảnh hưởng của độ bão hòa từ tính đến tính nhất quán của lô rơle. Khi đặc tính từ của Lõi rơle sắt từ mềm đạt đến ranh giới bão hòa do sự thay đổi theo lô hoặc thay đổi nhiệt độ, điện áp kéo-vào và nhả của rơle sẽ sai lệch đáng kể. Trong sản xuất hàng loạt, độ lệch này có thể khiến một số sản phẩm không đáp ứng được dải điện áp hoạt động được chỉ định trong bảng dữ liệu, trở thành yếu tố quan trọng hạn chế năng suất sản phẩm.

Các vấn đề về tương thích điện từ (EMC) cũng quan trọng không kém. Trong rơle AC hoặc rơle DC xung, độ bão hòa từ tính của Bộ phận rơle lõi sắt có thể dẫn đến biến dạng dạng sóng từ thông, tạo ra sóng hài bậc-cao hơn. Những sóng hài này có thể gây nhiễu các mạch điều khiển và đường truyền thông xung quanh thông qua bức xạ hoặc dẫn điện, có khả năng gây ra trục trặc trong thiết bị điện tử chính xác.