Raskaat DC-kontaktorikomponentit rautatieliikenteen ja uusiutuvan energian järjestelmiin

Raideliikenteen DC-kontaktorin osien on kestettävä suurvirtakytkennät, jatkuva valokaari, mekaaninen tärinä ja toistuva lämpökierto menettämättä koskettimen vakautta tai rakenteellista eheyttä. Kupari-volframi (CuW) ja hopea-volframikarbidi (AgWC) kosketusmateriaalit voidaan määrittää vaativiin valokaaren katkaisutehtäviin, kun taas alipainejuottaminen voi liittää suuria kosketinlohkoja paksuihin kupariliittimiin, kun liitoksen geometriaa ja lisäaine-metallijärjestelmää ohjataan oikein.

Rautateiden vetopiireissä, akkuenergian varastointijärjestelmissä ja uusiutuvan energian tehonmuunnoslaitteistoissa komponenttien valinnassa on otettava huomioon todellinen tasajännite, mahdollinen vikavirta, kytkentätaajuus, valokaaren kesto, värähtelyspektri ja eristyskoordinaatio. Pelkästään materiaalimerkintä ei voi vahvistaa kytkentäkykyä; koko kosketinliitosjuottokokoonpano on validoitava aiottujen käyttöolosuhteiden mukaan.

Korkean jännitteen tasavirtakytkentä ja kaarienergia

Tasavirtakytkentä on erilainen keskeytyshaaste kuin AC-kytkentä, koska virta ei luonnollisesti kulje nollan läpi kahdesti jaksossa. Kun kaari muodostuu erottavien koskettimien väliin, kontaktorin on tuotettava riittävä vastajännite ja käytettävä magneettista puhallusputkeaan, kaariputkeaan tai muuta kaarenohjausmekanismia virran katkaisemiseen.

Asiaankuuluvia teknisiä muuttujia ovat:

• Soveltuvien IEC 60947-4-1 vaatimusten mukainen nimelliskäyttöjännite ja -virta.
• Mahdollinen oikosulkuvirta ja ylävirran suojalaitteen koordinointi.
• Sähkökestävyys määritellyn käyttöluokan ja kytkentävelvollisuuden mukaisesti.
• Koskettimen avautumisnopeus, kosketinväli ja kaaren ohjausgeometria.
• Koskettimen lämpötilan nousu ja vastus toistuvien kytkentäjaksojen jälkeen.

Valokaarienergia riippuu hetkellisestä valokaaren jännitteestä ja virrasta ajan kuluessa. Siksi kosketineroosiota ei voida arvioida pelkästään nimellisvirran perusteella. Kontaktori, joka kytkee suurvirtaisen tasavirtapiirin induktiivisen kuormituksen alaisena, voi kokea olennaisesti erilaisen eroosion kuin kontaktori, joka toimii samalla virralla pääasiallisesti resistiivisellä kuormalla.

Kiskojen vetosovelluksissa teknisen validoinnin tulisi toistaa piirin todellinen induktanssi, syöttöjännite, katkosvirta ja kytkentäsekvenssi aina, kun se on käytännössä mahdollista.

Tärinä, isku ja mekaaninen kosketusvakaus

Kiskoajoneuvot altistavat kontaktorikokoonpanot tärinälle, mekaaniselle iskulle ja toistuvalle kiihtyvyydelle. Nämä kuormat voivat vaikuttaa liitosliitoksiin, koskettimien kohdistukseen, jousen esijännitykseen, kiinnikkeisiin ja eristystukiin.

Sovellettavat rautateiden ympäristövaatimukset on yksilöitävä kulkuneuvo- tai laiteerittelystä. Standardia EN 61373 käytetään yleisesti rautateiden liikkuvan kaluston laitteiden tärinä- ja iskutestauksessa, mutta arvioitavalle kokoonpanolle on valittava oikea testiluokka ja asennuspaikka.

Kosketinkokoonpano tulee arvioida tärinätestauksen jälkeen, ei vain ennen sitä. Testin jälkeiset mittaukset voivat paljastaa löystyneet liitokset, pysyviä muodonmuutoksia, kosketusvirheitä ja vastusmuutoksia, jotka eivät ole havaittavissa alkuperäisen mittatarkastuksen aikana.

Kupari-volframikoskettimet vakaviin kytkentätehtäviin

Kupari-volframi on komposiittimateriaali, joka yhdistää tulenkestävän volframirungon johtavaan kuparifaasiin. Volframi edistää korkean lämpötilan vakautta ja kestävyyttä valokaareen liittyvälle materiaalihäviölle, kun taas kupari tukee sähkö- ja lämmönjohtavuutta.

Materiaali ei ole yhtä yleislaatuista. Volframipitoisuus, kuparin jakautuminen, huokoisuus, valmistusreitti ja lopullinen tiheys vaikuttavat johtavuuteen, kovuuteen, lämmönsiirtoon ja eroosiokäyttäytymiseen.

Tyypillisiä suunnittelunäkökohtia ovat:

• Volframifraktio:Korkeampi volframipitoisuus lisää yleensä kovuutta ja tulenkestävää luonnetta, mutta voi heikentää sähkön- ja lämmönjohtavuutta.
• Tiheys ja huokoisuus:Jäännöshuokoset voivat vaikuttaa paikalliseen kuumenemiseen, mekaaniseen eheyteen ja koostumukseen toistuvan valokaaren aikana.
• Koskettimen geometria:Paksuus, reunaprofiili ja kosketuspinnan mitat vaikuttavat virran jakautumiseen ja kaarijuuren liikkeeseen.
• Yhteensopivuus liittymiseen:Koskettimen ja kuparin välisen rajapinnan tulee ottaa huomioon lämpölaajenemisen ja valitun liitosprosessin erot.

CuW:tä voidaan harkita kosketinkärkien, valokaaren kestävien sisäosien ja muiden vakaville kytkentäolosuhteille altistuneiden komponenttien yhteydessä. Lopullinen laatu tulee valita käyttämällä mitattuja ominaisuuksia ja kytkentätestien tuloksia pelkän materiaalin nimen sijaan.

AgWC-kontaktit valokaaren eroosion kestävyyteen

Hopea-volframikarbidi yhdistää hopeapohjaisen johtavan faasin volframikarbidihiukkasten kanssa. Sen mahdollinen käyttö suurvirtakytkentäkomponenteissa riippuu erityisestä koostumuksesta, mikrorakenteesta, kosketingeometriasta ja sähköisestä käyttömäärästä.

AgWC:tä ei pitäisi automaattisesti pitää vaihdettavana CuW:n tai tavanomaisten hopea-volframimateriaalien kanssa. Volframikarbidilla on erilaiset materiaaliominaisuudet kuin metallisen volframin, ja valitun laadun johtavuus, kovuus, valokaarieroosio ja liitoskäyttäytyminen on arvioitava.

Kun AgWC:tä harkitaan, teknisessä katsauksessa tulee selvittää:

• Todellinen koostumus ja sovellettavat materiaalitiedot.
• Sähkönjohtavuuden ja kovuuden testausmenetelmät.
• Kaaren eroosio aiotulla tasajännitteellä, -virralla ja kytkentätaajuudella.
• Kosketuspinnan vauriot, siirrot ja materiaalin menetys kestävyystestauksen jälkeen.
• Yhteensopivuus kupariliittimen ja valitun juotostäytemetallin kanssa.

CuW vs AgWC: Materiaalin valinta DC-kontaktoreille

Taulukossa kuvataan materiaalivalintanäkökohdat eikä taattuja numeerisia sijoituksia. Kummallekaan materiaalille ei voida antaa yleistä johtavuuden, kovuuden tai käyttöiän arvoa ilman määriteltyä laatua ja sitä tukevia testitietoja.

Ota yhteyttä materiaalin todentamiseen ja jäljitettävyyteen

Saapuvan materiaalin tarkastuksen tulee määrittää kunkin kontaktierän materiaalin tunnistetiedot, koostumus, erän jäljitettävyys ja tarkastustila.

Suositeltuja säätimiä ovat:

• Tuotantoerään sidotut toimittajan materiaalitodistukset.
• Kemiallisen koostumuksen tarkastus, kun osto-eritelmä sitä vaatii.
• Sintrattujen tai tunkeutuneiden kosketusmateriaalien tiheys- ja mittatarkistukset.
• Kovuustestaus materiaalin ja näytteen geometriaan sopivalla menetelmällä.
• Sähkönjohtavuuden mittaus määritellyllä testimenetelmällä ja lämpötilalla.
• Kosketinrakenteen mikroskooppitutkimus, kun se vaaditaan kelpuutusta tai vikaanalyysiä varten.

ISO 9001 -pohjainen laadunhallinta ja IATF 16949 -pohjaiset autoteollisuuden laatujärjestelmät voivat tukea jäljitettävyyttä ja prosessikuria tarvittaessa. Toimittajan sertifiointi ei kuitenkaan korvaa tuotekohtaista materiaalitarkastusta tai vaihtokelpoisuutta.

Saumasuunnittelu ja täyte-metallin valinta

Suuret valokaarenkestävät kosketinlohkot vaativat liitoksen, joka siirtää virtaa ja mekaanisia kuormia sietäen samalla toistuvia lämpötilan muutoksia.Tyhjiöjuotto voi tarjota hallitun liitosympäristön, mutta liitoksen suorituskyky riippuu pinnan esikäsittelystä, täyteaineen ja metallin yhteensopivuudesta, sauman välyksestä, uunin lämpötilaprofiilista ja molempien komponenttien lämpöominaisuuksista.

Kupari ja tulenkestävät kosketusmateriaalit voivat erota merkittävästi lämpölaajenemisesta ja lämmönjohtavuudesta. Nämä erot aiheuttavat paikallista rasitusta lämmityksen ja jäähdytyksen aikana. Liitoksen suunnittelussa tulee siksi huomioida kosketusjalanjälki, liittimen paksuus, täyteaine-metallin jakautuminen ja suunniteltu käyttölämpötila-alue.

Liitoserittelyssä tulee määritellä:

• Perusmateriaalilaadut ja tulevan pinnan kunto.
• Täytemetallimerkintä ja sen yhteensopivuus kontakti- ja kuparimateriaalien kanssa.
• Saumavälykset ja mittatoleranssit juotoslämpötilassa.
• Uunin tyhjiö- tai ilmakehävaatimukset.
• Lämmitysnopeus, huippulämpötila, liotusaika ja jäähdytysprofiili.
• Jälkijuotostarkastus ja sähkön hyväksymiskriteerit.

Juotoslämpötilat ja -välykset on määritettävä valitulle metalliseosjärjestelmälle. Yleistä uunireseptiä ei tule soveltaa jokaiseen CuW- tai AgWC-laatuun.

Tyhjiöjuotto vs vastushitsaus

Kumpikaan prosessi ei ole yleisesti suositeltava. Vastushitsaus voi sopia yhteensopiville koskettimille ja liittimille, kun taas tyhjiöjuotto voi olla käytännöllisempää tietyille suurille tai paksuille kokoonpanoille. Valinnan tulee seurata suunnittelun validointia ja tuotantokykykokeita.

3.3 Juotosliitoksen laatua säätelevät prosessimuuttujat

Pinnan valmistelu

Oksidit, öljyt, koneistusjäännökset ja muut kontaminaatiot voivat estää täyteainemetallin kastumisen. Perusmateriaaleille ja täyteainejärjestelmälle on määriteltävä puhdistusmenetelmät, ja käsittelyn säädöt estävät uudelleensaastumisen ennen uunin lataamista.

Yhteinen välys

Liian tiukka rako voi rajoittaa täyteaineen virtausta, kun taas liian leveä rako voi heikentää kapillaaritoimintaa tai muodostaa sopimattoman sauman geometrian. Sallittu välys tulee määrittää täyteaineseoksen, liitoksen suunnan, pinnan kunnon ja juotoslämpötilan perusteella.

Lämpöprofiili

Kokoonpanon on saavutettava täyteaineen virtaukselle riittävä lämpötila aiheuttamatta ei-hyväksyttäviä perusmateriaalimuutoksia. Lämmitys- ja jäähdytysnopeuksissa tulee ottaa huomioon komponenttien massa, poikkileikkauksen paksuus, lämmönjohtavuus ja laajenemiserot.

Täyteaineen jakelu

Täyteaineen siirtymä, epätäydellinen peitto tai paikallinen kerääntyminen voi pienentää tehollista sidosaluetta ja vaikuttaa virran jakautumiseen. Kiinnittimien tulee säilyttää kohdistus estämättä aiottua virtausreittiä.

Juottamisen jälkeinen tarkastus

Tarkastussuunnitelmassa tulee yksilöidä hyväksyttävä liitospeitto, mittojen muutos, pinnan kunto ja mahdolliset sallitut epäjatkuvuudet. Poikkileikkausmetallografiaa voidaan vaatia prosessin kelpuutuksen tai vikaanalyysin aikana.

Juotettujen kokoonpanojen sähköinen ja mekaaninen hyväksyminen

Visuaalisesti terveellä liitoksella ei välttämättä ole alhainen sähkövastus tai riittävä mekaaninen lujuus. Tarkastuksessa on yhdistettävä tarkastus suunnitteluun sopiviin mittauksiin.

Leikkauslujuuden kynnysarvo, kuten 150 MPa, tulee ilmoittaa vain, kun se on määritetty todelliselle liitoksen geometrialle, testausmenetelmälle ja hyväksymisspesifikaatiolle. Arvo, joka on otettu riippumattomasta juotetusta liitoksesta, ei ole pätevä yleinen vaatimus.

Lämpöshokki vs lämpöpyöräily

Lämpöshokki ja lämpökierto arvioivat toisiinsa liittyviä mutta erilaisia ​​vikamekanismeja. Lämpökierto arvioi toistuvien lämpötilan muutosten vaikutukset määrättyjen viipymäjaksojen aikana, kun taas lämpöshokki aiheuttaa yleensä äkillisemmän lämpötilan muutoksen.

Suurelle kupariliittimeen juotetulle kosketinlohkolle lämpötilan muutokset voivat aiheuttaa liitokseen erilaisia ​​laajenemisjännitystä. Toistuvat jaksot voivat aiheuttaa väsymystä, mikrohalkeilua, muutoksia kosketusvastuksessa tai asteittaista irtoamista heikolla rajapinnalla.

Pätevöintisuunnitelmassa tulee mainita:

• Minimi- ja maksimilämpötilat.
• Siirtymänopeus tai siirtoaika tarvittaessa.
• Viipymisen kesto kussakin lämpötilassa.
• Jaksojen lukumäärä.
• Näytemäärä ja tuotantoerän esitys.
• Sähköiset ja mekaaniset mittaukset ennen ja jälkeen testauksen.

ASTM B117 on suolasuihkukorroosiotestimenetelmä; se ei ole lämpöshokkistandardi. Sillä voi olla merkitystä, kun korroosionkestävyys on osa tuotteen hyväksyntää, mutta se ei voi korvata lämpökiertoa tai lämpöshokkitestausta.

Eristysvälys ja ryömintäetäisyys

Välys on lyhin etäisyys ilman läpi johtavien osien välillä. Virumisetäisyys on lyhin etäisyys eristävän materiaalin pinnalla johtavien osien välillä. Molemmat vaikuttavat eristyksen koordinaatioon, mutta ne eivät ole keskenään vaihdettavissa.

Raideliikenteen ja uusiutuvan energian järjestelmissä käytettävien DC-kontaktorikokoonpanojen vaaditut etäisyydet riippuvat nimelliseristysjännitteestä, transienttiylijännitteestä, saasteasteesta, eristysmateriaalin ominaisuuksista, korkeudesta ja sovellettavasta tuotestandardista.

Suunnittelutarkistuksen tulee vahvistaa:

• Nimellinen käyttöjännite ja nimellinen eristysjännite.
• Ylijänniteluokka ja sovellettavat transienttiolosuhteet.
• Saastumisaste ja eristysmateriaaliryhmä, jos on ilmoitettu.
• Korkeuskorjaukset, kun asiaankuuluva standardi edellyttää.
• Etäisyydet liittimistä koteloon ja napojen välillä.
• Eristyksen testijännite ja testin kesto.

IEC 60664-1 tarjoaa eristyskoordinaatioperiaatteet pienjännitejärjestelmille, kun taas IEC 60947-4-1 käsittelee sähkömekaanisia kontaktoreita ja moottorin käynnistimiä sen piirissä. Rautatielaitteet voivat myös vaatia tuotekohtaisia ​​ja rautatiejärjestelmän lisävaatimuksia.

Jokaiselle suurjännitteiselle tasajännitekontaktorille ei saa määrittää yleistä välysarvoa. Hyväksytty rakenne on arvioitava sen jännitteen, eristysjärjestelmän, asennusympäristön ja sovellettavien standardien perusteella.

Mittojen ohjaus ja koskettimien kohdistus

Kosketinpinnan geometria vaikuttaa alkuperäiseen kosketuspintaan, paikalliseen paineeseen, virran jakautumiseen ja kulumiskuvioon. Piirustuksessa tulee määritellä asiaankuuluvat mitat, peruspisteet, tasaisuus, yhdensuuntaisuus ja sijaintitoleranssit.

Toleranssi, kuten ±0,005 mm, voi olla saavutettavissa tietyille koneistetuille ominaisuuksille sopivissa olosuhteissa, mutta sitä ei tule soveltaa umpimähkäisesti suuriin juotettuihin kokoonpanoihin. Työkalukyky, osan koko, materiaalin käyttäytyminen, tarkastusmenetelmä ja toiminnallinen tarve määrittävät sopivan toleranssin.

Kriittiset mitat tulee mitata käyttämällä kalibroitua laitteistoa ja dokumentoitua tarkastussuunnitelmaa. Varmennettavan ominaisuuden mukaan voidaan käyttää koordinaattimittauskoneita, optisia järjestelmiä, korkeusmittareita ja sopivaa sähkömetrologiaa.

Tuotannon jäljitettävyys ja laatudokumentaatio

Rautatieliikenteen ja uusiutuvan energian hankinnassa jäljitettävyyden tulisi yhdistää saapuvat materiaalit valmiiseen kontaktorikokoonpanoon.

Valvontasuunnitelma voi sisältää:

• Materiaaliluokka, toimittaja ja erätunniste.
• Yhteystiedot ja tarkastuspöytäkirjat.
• Kupariliittimen materiaali ja mittatulokset.
• Juotoserän numero ja tallennetut uuniparametrit.
• Tarvittaessa käyttäjä, kaluste ja tuotantoerän tunnistetiedot.
• Kestävyys-, mekaaniset ja eristystestit.
• Poikkeusraportit ja korjaavien toimenpiteiden dokumentaatio.

ISO 9001 ja IATF 16949 tulee mainita vain toimittajan todellisen sertifiointitilan ja laajuuden mukaisesti. RoHS- ja REACH-ilmoitusten tulisi myös perustua sovellettaviin ainevaatimuksiin ja niitä tukeviin vaatimustenmukaisuutta koskeviin asiakirjoihin.

Kiinassa valmistettujen DC-kontaktorikomponenttien toimittajan pätevyys

Kun hyväksytään Kiinassa toimiva valmistaja tai toimittaja, hankintatiimien tulisi arvioida enemmän kuin yksikköhinta. Tarkastuksessa tulee selvittää, pystyykö toimittaja valmistamaan määritellyt kosketusmateriaalit, ylläpitämään juotosprosessin ikkunaa, mittaamaan liitosvastusta ja tukemaan toistettavaa tuotantoa.

Toimittajaarviointi voi kattaa:

• Todistetut valmistus- ja tarkastusmahdollisuudet.
• Materiaalin hankinta ja erätason jäljitettävyys.
• Juotoslaitteet, prosessin valvonta ja kunnossapidon valvonta.
• Mittaus- ja sähkömittausmahdollisuus.
• Näytteen pätevyys ja teknisten muutosten valvonta.
• Tuotantokapasiteetti, toimitusten suunnittelu ja vianetsintämenettelyt.

Ostoeritelmässä tulee yksilöidä, mitkä toiminnot suoritetaan talon sisällä ja mitkä alihankintana. Tämä on erityisen tärkeää kosketusmateriaalituotannossa, erikoisjuotuksessa, pintakäsittelyssä ja riippumattomassa testauksessa.

Kuinka ostajat voivat varmistaa suurvirtaisten DC-kontaktorien osien juotetun liitoksen laadun?

Pyydä dokumentoitu juotosprosessin eritelmä, materiaalin jäljitettävyystiedot, mittatarkastustulokset, nelilankaliitoksen vastusmittaukset ja edustavat poikkileikkaus- tai mekaaniset testiraportit. Hyväksymisrajat tulee sopia ennen tuotannon hyväksymistä.

Mitä tietoja tarvitaan CuW- tai AgWC-koskettimien valitsemiseen raideliikenteen DC-kontaktoreille?

Anna nimellinen tasajännite, jatkuva ja keskeytysvirta, kuormitusinduktanssi, kytkentätaajuus, koskettimen geometria, odotettu kestävyys ja lämpörajat. Toimittajan tulee vahvistaa ehdotettu laatu materiaalitiedoilla ja sovelluskohtaisilla kytkentätesteillä.

Voiko Kiinassa sijaitseva tehdas toimittaa räätälöityjä raskaiden tasavirtakontaktorikokoonpanoja uusiutuvan energian järjestelmiin?

Kyllä, valmistajan vahvistaman materiaalin, liitos-, koneistus-, tarkastus- ja testausmahdollisuuksien mukaan. Ostajien tulee vahvistaa piirustuksen omistajuus, näytteiden hyväksymismenettelyt, erän jäljitettävyys, tuotantokapasiteetti ja aiottua sovellusta varten vaadittavat pätevyystestit.

Jos kiskoveto- tai uusiutuvan energian projektisi vaatii suurvirtakupariliittimiä, CuW- tai AgWC-kaarenkestäviä koskettimia ja ohjattujaOta yhteyttä juottamiseen, lähetä piirustuksesi ja sähkötekniset tekniset tiedot nyt tuotantokykyarviointia, prosessin arviointia ja tarjousta varten Kiinassa sijaitsevalta tehtaalta.