מאמר אחד להבנת שלבי ההפרדה במפסק חשמל תחת וואקום
שלבי הפרדת מגע במעביר זרם תחת לחץ נמוך: התחלת קשת, כיבוי הקשת והנדנודים
שלב 1: פתיחה ראשונית (שלב התחלת הקשת, 0-3 מ"מ)
התיאוריה המודרנית אישרת כי שלב הפרדת המגע הראשוני (0-3 מ"מ) הוא קריטי ליישום הפסקת המעביר זרם תחת לחץ נמוך. בתחילת הפרדת המגע, הזרם של הקשת תמיד עובר מהצורה המכווצת לצורה מפוזרת - ככל שהמעבר הזה מהיר יותר, כך הביצועים של הפסקת הזרם טובים יותר.
שלושה אמצעים יכולים להאיץ את המעבר מהצורה המכווצת לצורה מפוזרת:
הקטנת מסת המרכיבים הנעים: במהלך פיתוח מעבירי הזרם תחת לחץ נמוך, הקטנת מסת הסרגל המוליך עוזרת להפחית את האינרציה של המרכיבים הנעים. מבחנים השוואתיים מראים כי גישה זו משפרת את מהירות הפתיחה הראשונית בכמה מעלות.
הגדלת כוחו של sprint הפתיחה, תוך שימור יעילותו בשלב הפתיחה המוקדם (0-3 מ"מ).
הקטנת המרחק של דחיסת המגע (בדרך כלל 2-3 מ"מ), מאפשרת לספרינג הפתיחה להתחיל לפעול בתהליך ההפרדה כמה שהרבה מוקדם.
מעבירי זרם מסורתיים משתמשים בדרך כלל בעיצוב מגע פלגש. תחת זרם קצר חשמלי, כוחות אלקטרומגנטיים גורמים למגע הפלגש להחזיק את הסרגל המוליך חזק, דבר המוביל לכוח אפס בכיוון התנועה. לעומת זאת, מעבירי הזרם תחת לחץ נמוך משתמשים בממשק מגע שטוח. כאשר מתרחש זרם קצר חשמלי, הכוח האלקטרומגנטי החזק מתנהג ככוח דחייה בין המגעים.
זה אומר שהפרדת המגע אינה צריכה לחכות לשחרור מלא של sprint הדחיסה של המגע - ההפרדה מתרחשת כמעט בו זמנית עם תנועת הציר הראשי (עם עיכוב זניח או מינימלי). לכן, עם מרחק דחיסה מינימלי, sprint הפתיחה יכול לפעול מוקדם יותר, ומשפר את מהירות הפתיחה הראשונית. מכיוון שהכוח המניע הראשוני בשלב זה הוא הדחייה האלקטרומגנטית, המסה שיש להקטין כוללת את כל המרכיבים הנעים. לכן, מערכות מבניות כגון מערכות מפוצלות או מאסSEMBLED—שנהוג בהם שימוש בקישורים ארוכים ורבים—לא מתאימות למעבירי זרם תחת לחץ נמוך, שכן הן מפריעות להשגת מהירות פתיחה גבוהה בשלב הראשוני.
שלב 2: כיבוי הקשת (3-8 מ"מ)
כאשר המגעים מופרדים ל-3-4 מ"מ, המעבר של הקשת לצורה מפוזרת בדרך כלל מושלם - זהו החלון האופטימלי לכיבוי הקשת. מבחנים נרחבים אישרו כי המרווח האידיאלי לקשת בכיבוי הוא 3-4 מ"מ. אם אפס הזרם מתרחש בנקודה זו, צפיפות אדים מתכתית יורדת במהירות, וה חוזק הדיאלקטרי על פני המרווח מתאושש במהירות, מה שמאפשר הפסקה מוצלחת. הכוח המניע בשלב השני הוא sprint הפתיחה.
במערכת שלושה פאזה, אם כיבוי הקשת מתרחש באפס הזרם הראשון, זמן הקשת הוא בערך 3 מילישניות (בהנחה שהמגעים מופרדים באמצע בין שני אפסי זרם, עד אז המרווח גדול מספיק). כדי להשיג כיבוי במרווח של 3-4 מ"מ, מהירות הפתיחה הממוצעת בשלב זה צריכה להיות 0.8-1.1 מ'/שנייה. כשהוא מתורגם למדידה הנפוצה של 6 מ"מ, המהירות הממוצעת המשוות היא בערך 1.1-1.3 מ'/שנייה - טווח שנפוץ מאוד במעבירי זרם תחת לחץ נמוך ברחבי העולם. עם זאת, הנתונים הללו נלקחים מבדיקות פעולה מכניות ללא עומס. במהלך הפסקת זרם גבוה, מהירות הפתיחה האמיתית גבוהה באופן משמעותי עקב כוח הדחייה האלקטרומגנטי הנוסף שמתווסף לתנועת המגע. כתוצאה מכך, באותו פרק זמן, המגע הנע עשוי לנוע 6-8 מ"מ.
כדי להפחית את זמן הקשת, יש להפעיל אמצעי דämpינג מיוחדים בשלב השני כדי להפחית במהירות את מהירות הסרגל המוליך. יש לשלוט בזהירות בשעה שבה מתחילה פעולת הבופר הזמני. בשלב הראשון נדרש הפרד מהיר, אך sprint הפתיחה עדיין לא נכנס לפעולה. בשלב השני צריך להפחית את המהירות - sprint הפתיחה לא יכול להיות חזק מדי, אחרת הוא ימנע הפחתת המהירות, יאריך את זמן הקשת ויגרום לסיבוכיות בשלב השלישי.
שלב 3: הנדנודים (8-11 מ"מ)
בגלל המרווח הקטן בין המגעים והזמן הקצר של הפתיחה במעבירי זרם תחת לחץ נמוך, על המגעים הנעים לעצור בתוך זמן קצר מאוד. בלי קשר לאופן הדämpינג שנבחר, קצב שינוי המהירות נשאר גבוה, מה שגורם לאפשרות של רעידות מכניות חזקות. הרעידות המאוחרות נמשכות בדרך כלל כ-30 מילישניות. כיום, במעבירי הזרם תחת לחץ נמוך בארץ ובמחזור העולמי, לוקח כ-10-12 מילישניות למגע הנע להתפצל ולכנס לתחום הנדנודים, בעוד זמן הקשת הוא בדרך כלל 12-15 מילישניות. ברור שמגע המשטח המותך מתחיל להתקרר ולהתגבש רק לאחר כניסתו לתחום הנדנודים. הנדנודים החזקים מחליקים את המתכת המותכת, מיצרים בליטות חדות על פני המגע ומותירים חלקיקים מתכתיים תלויים בין המגעים - גורמים חיצוניים מרכזיים לאי-יציבות. סגנונות עיצוב כאלה אינם נגלה תמיד במבחני הטיפוס המוגבלים, מה שמוביל להפחתת המודעות לבעיה הזו לאורך זמן.
מסקנה
מעצבים של מעבירי זרם תחת לחץ נמוך צריכים להתייחס ברצינות לכל תהליך הפרדת המגע. אסטרטגיות מפתח כוללות: הקטנת מסת המרכיבים הנעים, הגברת מהירות הפתיחה הראשונית, הפחתת מהירות במהירות בשלב השני, והפחתת זמן הקשת כך שהקשת תכוב לפני שהמגעים נכנסים לתחום הנדנודים. זה מספק זמן קירור מספיק למשטח המגע ומפחית את עוצמת הנדנודים. פרופיל הפרדה מותאם היטב - בהתאם לעקרונות המכניים והחשמליים הללו - משפר משמעותית את חיי השירות המכניים והחשמליים, ומשפר את האמינות והביצועים הכלליים.
