Η ρολή του φαντού στους διακόπτες κενού
Εισαγωγή στους Αποτεμνόμενους σε Κενό και τους Μεταλλικούς Φθέρεις
Με την τεχνολογική πρόοδο και την αυξανόμενη ανησυχία για την υπερθέρμανση του πλανήτη, οι διαχωριστές σε κενό έχουν εμφανιστεί ως σημαντική προτεραιότητα στον τομέα της ηλεκτρολογίας.
Οι μελλοντικές ηλεκτρικές δικτύωσεις θέτουν όλο και πιο αυστηρές απαιτήσεις στην επιδόσεις των διαχωριστών, με ιδιαίτερη έμφαση σε υψηλότερες ταχύτητες και μεγαλύτερη διάρκεια λειτουργίας. Στους διαχωριστές μεσαίου υψηλού ιόντου, οι αποτεμνόμενοι σε κενό (VIs) έχουν αποκτήσει ευρεία προτίμηση. Αυτό συμβαίνει επειδή η χρήση του κενού ως μέσου αποτεμνόμενου παρέχει άνευ προηγουμένου πλεονεκτήματα σε αυτό το εφαρμοσμένο πεδίο. Ο αποτεμνόμενος σε κενό αποτελεί το κύριο στοιχείο ενός διαχωριστή σε κενό, ενώ οι φθέρεις παίζουν κρίσιμο και αποτελεσματικό ρόλο μέσα στους αποτεμνόμενους σε κενό.
Οι μεταλλικοί φθέρεις είναι σχεδιασμένοι να διατηρούν έναν υπερυψηλό βαθμό σφραγίσματος κενού, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπουν τη μετατόπιση του κινητού ηλεκτρικού επαφής μέσα στον χώρο του αποτεμνόμενου. Ωστόσο, η μηχανική ζωή ενός αποτεμνόμενου σε κενό είναι κυρίως περιορισμένη από τους λεγόμενους φθέρεις κενού. Στο πλαίσιο των μελλοντικών διαχωριστών, η επιδίωξη για υψηλότερες ταχύτητες αποτέμνουσας θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε υψηλότερες δυναμικές φορτίες. Αυτές οι φορτίες μπορούν να προκαλέσουν ταλαντώσεις των φθερέων με μεγαλύτερες αμπλιτούδες, μειώνοντας σημαντικά τη ζωή των φθερέων. Επιπλέον, λόγω της προβλεπόμενης αύξησης της συχνότητας των επιχειρήσεων αποτέμνουσας στις μελλοντικές ηλεκτρικές δικτύωσεις, η προσομοίωση των φθερέων κενού γίνεται απαραίτητη για τη βελτίωση του σχεδιασμού τους και, επομένως, την ενίσχυση της μηχανικής ζωής των αποτεμνόμενων σε κενό.
Ο Ρόλος των Φθερέων στους Αποτεμνόμενους σε Κενό
Οι φθέρεις, συνήθως κατασκευασμένοι από λεπτές φύλλα ανοξείδωτου χάλυβα, είναι σχεδιασμένοι για να επιτρέπουν την ανοίγματα και κλείσιμα των επαφών ενώ διατηρούν ένα περιβάλλον κενού μέσα στον αποτεμνόμενο.
Η αντοχή στην κόπωση των φθερέων είναι ένας κρίσιμος παράγοντας που καθορίζει τη μηχανική ζωή ενός αποτεμνόμενου σε κενό. Κάθε λειτουργία ανοίγματος και κλείσιμος των επαφών υποβάλλει τους φθερέως σε τάσεις, ειδικά τις πλοκές που βρίσκονται κοντά στα άκρα. Εκτός από την άμεση μηχανική τάση από τη λειτουργική κίνηση, οι φθέρεις εμφανίζουν επίσης ταλαντώσεις μετά τη λήξη της κίνησης των επαφών. Αυτές οι ταλαντώσεις συμβάλλουν στην απόσπαση και την κόπωση των φθερέων, επιταχύνοντας την κατάρρευσή τους με την πάροδο του χρόνου.
Σχήμα 1: Παρουσιάζει ένα συγκεκριμένο είδος φθέρεων για αποτεμνόμενους σε κενό που κατασκευάζει η εταιρεία Sigma - Netics.
Σχήμα 1: Φθέρεις Αποτεμνόμενων σε Κενό από την Εταιρεία Sigma - Netics
Η μηχανική ζωή των αποτεμνόμενων σε κενό επηρεάζεται σημαντικά από πολλούς κρίσιμους παράγοντες της κίνησης των επαφών:
Σταθερό κίνημα της επαφής ή διάστημα: Αυτό καθορίζει την απόσταση που απομακρύνονται οι επαφές κατά τη λειτουργία, επηρεάζοντας την ηλεκτρική απομόνωση και τις ικανότητες σβήσης του φλεγόμενου.
Ταχύτητα ανοίγματος και κλείσιμος: Πιο υψηλές ταχύτητες μπορούν να ενισχύσουν την επιδόσεις αποτέμνουσας, αλλά επιβάλλουν επίσης μεγαλύτερες δυναμικές φορτίες στα στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων των φθερέων.
Απόσβεση κίνησης στο τέλος της ανοίγματα και κλείσιμος: Η αρκετή απόσβεση είναι απαραίτητη για τη μείωση των ταλαντώσεων και την μείωση της μηχανικής τάσης στους φθέρεις και άλλα μέρη.
Υπερβολή και αναπήδηση κατά την ανοίγματα: Αυτά τα φαινόμενα μπορούν να προκαλέσουν επιπλέον απόσπαση και κόπωση των επαφών και των φθερέων, μειώνοντας τη συνολική ζωή.
Ελαστικότητα της εγκατάστασης: Τρόπος εγκατάστασης του αποτεμνόμενου σε κενό μπορεί να επηρεάσει την κατανομή των δυνάμεων κατά τη λειτουργία, επηρεάζοντας τη μηχανική ζωή των φθερέων.
Παλμούς των επαφών κατά την κλείσιμο: Εξαιρετικά παλμοί μπορούν να οδηγήσουν σε φλεγόμενο και αυξημένη τάση στους φθέρεις, μειώνοντας την απόδοσή τους με την πάροδο του χρόνου.
Οι φθέρεις παίζουν διπλό ρόλο στους αποτεμνόμενους σε κενό. Επιτρέπουν τη μετατόπιση της κινητής επαφής ενώ διατηρούν ένα σφραγίσμα κενού. Κατασκευασμένοι από ανοξείδωτο χάλυβα, συνήθως με πάχος περίπου 150 µm, είναι σχεδιασμένοι να αντιμετωπίζουν τις αυστηρές συνθήκες λειτουργίας μέσα στον αποτεμνόμενο. Τρία είδη φθερέων έχουν επιτυχώς ενσωματωθεί στο σχεδιασμό των αποτεμνόμενων σε κενό:
Φθέρεις υδροπλαστικής σχηματικής χωρίς συνέργειες: Αυτοί είναι σχηματισμένοι χωρίς ορατές συνέργειες, προσφέροντας δυνητικά ενισχυμένη ακεραιότητα και απόδοση.
Φθέρεις υδροπλαστικής σχηματικής με συνέργειες: Κατασκευασμένοι με συνέργειες μετά την υδροπλαστική σχηματική, εξισορροπούν το κόστος και τις απαιτήσεις απόδοσης.
Φθέρεις από λεπτές λεπτές φύλλα ανοξείδωτου χάλυβα: Κατασκευασμένοι με συνέργειες λεπτών φύλλων, παρέχουν μια οικονομική λύση για συγκεκριμένες εφαρμογές.
Λεπτομέρειες για το σχεδιασμό και την απόδοση των φθερέων μπορούν να βρεθούν στα πρότυπα EJMA.
Ένα άκρο των φθερέων είναι ασφαλώς στερεωμένο με την άνθραξη του στο πίνακα του αποτεμνόμενου σε κενό, ενώ το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο κινούμενο τερματικό και κινείται μαζί με αυτό κατά την ανοίγματα και κλείσιμο των επαφών. Στον αποτεμνόμενο σε κενό, οι φθέρεις υποβάλλονται σε παροξυσμική κίνηση κατά την λειτουργία των επαφών. Η ταχύτητα ανοίγματος της κινητής επαφής μπορεί να αυξηθεί γρήγορα από 0 m/s έως 2 m/s σε λιγότερο από 100 µs. Στο τέλος της κίνησης των επαφών, είτε ανοίγματα είτε κλείσιμο, το κινούμενο άκρο των φθερέων σταματά απότομα.
Η συχνότητα αυτών των λειτουργιών ανοίγματα-κλείσιμος εξαρτάται από τον κύκλο εργασίας. Σε μερικές περιπτώσεις, μπορούν να συμβούν πολλές φορές, ενώ σε άλλες είναι σπάνιες. Η κίνηση που μεταδίδεται στους φθέρεις είναι μακράν από ομοιόμορφη, και είναι συνηθισμένο οι φθέρεις να ταλαντώνονται πολλές φορές κατά τη διάρκεια μιας μόνης λειτουργίας ανοίγματα ή κλείσιμο. Για εκείνους που ενδιαφέρονται να αναλύσουν αυτή τη κίνηση των φθερέων, έχει αναπτυχθεί μια γενική αναλυτική προσέγγιση για την καθορίση των δυναμικών τάσεων που υποβάλλονται στους φθέρεις κατά την παροξυσμική κίνηση.
Οι περισσότεροι κατασκευαστές αποτεμνόμενων σε κενό προμηθεύονται τους φθέρεις από εγκαταστημένους κατασκευαστές φθερέων και συνεργάζονται μαζί τους για να επιτευχθεί η επιθυμητή ζωή των φθερέων. Αυτό επιτευχθεί συνήθως με την ενσωμάτωση των φθερέων σε ένα πρακτικό αποτεμνόμενο σε κενό και τη διεξαγωγή μηχανικών δοκιμών ζωής σε στατιστικά σημαντικό αριθμό δειγμάτων αποτεμνόμενων σε κενό. Με την ανάλυση Weibull, μπορεί να ανατεθεί μια συγκεκριμένη μηχανική ζωή στον αποτεμνόμενο σε κενό με αυτό το φθέρει. Συνήθως, ο όριο μηχανικής ζωής ενός αποτεμνόμενου σε κενό καθορίζεται από τον αριθμό των λειτουργιών που μπορούν να αντέξουν οι φθέρεις πριν από την κόπωση από την κόπωση.
Κατά την μηχανική δοκιμή ενός αποτεμνόμενου σε κενό, είναι κρίσιμο να υποβάλλονται οι φθέρεις στα ίδια λειτουργικά παράμετρα που θα αντιμετωπίσουν σε έναν διαχωριστή. Αυτά τα παράμετρα περιλαμβάνουν τη συνολική ταξιδιωτική (λειτουργικό χάσμα πλέον υπερδιαδρομή), τη μέγιστη ταχύτητα ανοίγματος, τη μέγιστη ταχύτητα κλείσιμος και τα επιπτώσεις της επιτάχυνσης και απόβληξης. Η δοκιμή των φθερέων μέσα στον αποτεμνόμενο σε κενό εξασφαλίζει ότι υποβάλλονται σε όλα τα βήματα κατασκευής που θα αντιμετωπίσει το τελικό συστήμα. Για παράδειγμα, θα πρέπει να εκτεθούν σε όλους τους κύκλους θέρμανσης και ψύξης που απαιτούνται για την κατασκευή του αποτεμνόμενου σε κενό. Αυτές οι διαδικασίες θα ανάθερμανουν αναπόφευκτα το μέταλλο των φθερέων, αλλάζοντας τη μικροδομή και, επομένως, τις ικανότητές τους.
Η μηχανική ζωή ενός συγκεκριμένου φθέρει εξαρτάται όχι μόνο από τα παραπάνω λειτουργικά παράμετρα, αλλά και από τα δικά του φυσικά χαρακτηριστικά. Αυτά περιλαμβάνουν το είδος ανοξείδωτου χάλυβα, το μήκος, το διάμετρο, το πάχος, τον αριθμό των πλοκέων και την ικανότητα απόσβεσης της κίνησης όταν οι επαφές σταματήσουν. Είναι εφικτό να σχεδιαστούν φθέρεις που μπορούν να εκτελούν αξιόπιστα τις συνήθεις 30.000 λειτουργίες που απαιτούνται για τους περισσότερους διαχωριστές σε κενό και αναπτύσσοντες, και ακόμη και να ξεπεράσουν 10^6 λειτουργίες για επαφές σε κενό. Ωστόσο, παρά τις προσπάθειες των κατασκευαστών αποτεμνόμενων σε κενό να σχεδιάσουν τα προϊόντα τους για να συμβαδίζουν με την καθορισμένη μηχανική ζωή διάφορων διαχωριστών, πολλοί αποτεμνόμενοι σε κενό δεν φτάνουν στην καθορισμένη τους μηχανική ζωή όταν εγκατασταθούν στο πεδίο.Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τους λ
