گنجایش تحمل دی الکتریک کنتاکتورهای خلأ AC و اقدامات مقابله‌ای

در طول عملکرد، مداربندی‌های خلأ الکتریکی متناوب غالباً به انواع فشارهای برقی مختلف مانند فشار برقی صاعقه و فشار برقی ناشی از قطع و بستن مواجه می‌شوند. بنابراین، مداربندی‌های خلأ الکتریکی متناوب باید توان تحمل یک حد معین از فشار برقی را داشته باشند.

مداربندی خلأ الکتریکی متناوب از مبدل خلأ (ساختار آن در شکل ۱ نشان داده شده است)، پوشش، سیستم الکترومغناطیسی، مدار ثانویه و مؤلفه‌های دیگر تشکیل شده است. در میان این مؤلفه‌ها، مبدل خلأ قلب مداربندی خلأ الکتریکی متناوب است و عملکرد آن مستقیماً بر توان تحمل فشار برقی مداربندی خلأ الکتریکی متناوب تأثیر می‌گذارد.

۱. عوامل مؤثر و خطرات

پس از طراحی و ساخت مبدل خلأ، فاصله d بین تماس‌های متحرک و ساکن تغییری نمی‌کند. بنابراین، مقدار فشار برقی لازم برای شکستن فاصله بیشتر به فشار p یعنی درجه خلأ مبدل خلأ بستگی دارد. وقتی که درجه خلأ بالاست، چگالی نسبی الکترون‌ها بسیار کم است و البته تعداد ذرات باردار نیز کم است. ظرفیت رسانایی گاز بسیار ضعیف است، بنابراین فشار برقی شکستن بزرگ است و توان تحمل فشار برقی مبدل خلأ قوی است. بنابراین، نظریاً هرچه درجه خلأ بالاتر باشد، فشار کمتر باشد، مقاومت دی الکتریکی فاصله تماس بیشتر خواهد بود، فشار برقی شکستن بزرگتر خواهد بود، توان تحمل فشار برقی مبدل خلأ قوی‌تر خواهد بود و در این زمان جریان تسرب کمتر است.

عوامل مؤثر بر توان تحمل فشار برقی مبدل خلأ، علاوه بر ذرات باردار موجود در فاصله تماس (که درجه خلأ نقش مهمی دارد)، با پوشش خارجی مبدل خلأ نیز مرتبط است. همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است، پوشش خارجی مبدل خلأ از سرامیک یا شیشه ساخته شده است. چون سرامیک و شیشه مواد عایقی هیدروفیلیک هستند، توانایی قوی جذب آب دارند و آب نیز آلاینده‌ها را جذب می‌کند. تحت تأثیر ولتاژ اعمالی، این آلاینده‌ها به راحتی به ذرات باردار تبدیل می‌شوند و منجر به تخلیه سطحی می‌شوند که توان تحمل فشار برقی مبدل خلأ را کاهش می‌دهد. در این زمان، مقاومت عایقی پوشش کاهش می‌یابد و جریان تسرب افزایش می‌یابد.

تحت تأثیر ولتاژ اعمالی، فاصله تماس اصلی مبدل خلأ و پوشش خارجی مبدل خلأ یک مدار موازی را تشکیل می‌دهند. اگر تخلیه سطحی مبدل خلأ به یک پخش گسترده تبدیل شود، این نشان‌دهنده این است که مبدل خلأ در طول سطح پوشش شکسته شده است و عملکرد عایقی مبدل خلأ را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. علاوه بر این، برای مداربندی خلأ الکتریکی متناوب، کیفیت پوشش خارجی نیز یکی از عوامل مؤثر بر توان تحمل فشار برقی آن است.

۲. اقدامات بهبود

چون توان تحمل فشار برقی مداربندی خلأ الکتریکی متناوب بیشتر به مبدل خلأ بستگی دارد و عوامل مؤثر بر توان تحمل فشار برقی مبدل خلأ شامل داخل مبدل و پوشش خارجی آن است، اقدامات از این دو جنبه برای بهبود باید اتخاذ شود.

ابتدا از دیدگاه داخل مبدل خلأ، باید به جنبه‌های زیر توجه شود:

بهبود ساختار فیزیکی تماس‌ها تا فیلد الکتریکی مبدل خلأ تا حد امکان یکنواخت شود. وقتی فاصله تماس مبدل خلأ مشخص است، بهبود توزیع فیلد الکتریکی در داخل مبدل به نحوی که یکنواخت‌تر شود به بهبود توان تحمل فشار برقی مبدل خلأ و کاهش جریان تسرب کمک می‌کند.

در عمل، ابتدا باید ضخامت تماس‌ها به طور مناسب افزایش یابد و لبه‌ها و گوشه‌های تیز تماس‌ها دندانه‌دار شوند تا توزیع فیلد الکتریکی در این بخش‌ها خیلی تمرکز نیابد و به این ترتیب به بهبود توان تحمل فشار برقی مبدل خلأ کمک کند. علاوه بر این، برای مبدل‌های خلأ با ولتاژ بالا و ظرفیت بزرگ، باید یک محافظ تساوی ولتاژ حول تماس‌ها طراحی شود و یک محافظ تساوی ولتاژ کمکی در انتهای محافظ تساوی ولتاژ طراحی شود تا به طور موثر توزیع فیلد الکتریکی نزدیک تماس‌ها بهبود یابد. طراحی محافظ‌های انتهایی نزدیک به سرپوش‌های انتهایی مبدل خلأ می‌تواند به طور موثر فشار الکتریکی نزدیک به سرپوش‌های مبدل خلأ را کاهش دهد.

بهبود درجه خلأ. درجه خلأ یک پارامتر مهم در تعیین کیفیت مبدل خلأ است. مبدل خلأ کیفیت مناسبی باید دارای درجه خلأ در محدوده ۱۰^-۴ تا ۱۰^-۲ پاسکال باشد، یعنی ۱۰^-۶ تا ۱۰^-۴ میلی‌متر جیوه. همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، وقتی فشار مبدل خلأ بیشتر از ۱۰^-۲ پاسکال باشد، توان تحمل فشار برقی آن به سرعت کاهش می‌یابد.

سطح تماس باید صاف و هموار باشد. در صورت لزوم، از طریق تنظیم، نوک‌های سطح تماس باید حذف شوند.

بهبود هم‌محوری. سیلندر هدایت می‌تواند به طور موثر هم‌محوری مبدل خلأ را تضمین کند، اما گاهی هم‌محوری هنوز در بهترین حالت نیست و نیاز به تنظیم دقیق دارد. بهبود هم‌محوری تضمین می‌کند که تماس‌های متحرک و ساکن به طور موثر در تماس باشند، که می‌تواند مقاومت تماس را کاهش دهد، حرارت تولید شده در زمان بسته شدن تماس‌ها را کاهش دهد و به طور موثر آسیب سطحی ناشی از جوشکاری در زمان باز شدن تماس‌ها را کاهش دهد.

ثانیاً از دیدگاه پوشش خارجی مبدل خلأ، باید به جنبه‌های زیر توجه شود:

• افزایش فاصله سیرپیچی. به ویژه در شرایط کوچک‌سازی محصول، این هدف می‌تواند از طریق طراحی پوشش خارجی به شکل موج‌دار به طور موثر انجام شود.

• حفظ پاکی پوشش خارجی و توجه به محیط استفاده. به ویژه برای مداربندی‌های خلأ که در محیط‌های آلوده و مرطوب خارج از ساختمان استفاده می‌شوند، باید اقداماتی اتخاذ شود تا پوشش خارجی پاک نگه داشته شود.

• برای مبدل‌های خلأ با ولتاژ بالا و ظرفیت بزرگ، افزودن گریس سیلیکون بین سطح خارجی مبدل خلأ و یاتاقان سرامیکی عایق می‌تواند به طور موثر مقاومت عایقی سطح خارجی مبدل خلأ را بهبود بخشد. علاوه بر این، مواد با مقاومت عایقی بالا باید انتخاب شوند تا توان تحمل فشار برقی پوشش خارجی مداربندی خلأ الکتریکی متناوب بهبود یابد.

۳. نتیجه‌گیری

با بهبود عایق داخلی مبدل خلأ و کاهش رسانایی سطحی پوشش خارجی مبدل خلأ و بهبود توان تحمل فشار برقی پوشش خارجی مداربندی خلأ الکتریکی متناوب، توان تحمل فشار برقی مداربندی خلأ الکتریکی متناوب به طور قابل توجهی بهبود یافته و کیفیت محصول افزایش می‌یابد.