ניתוח אלמנטרי על תכנון רתמת חיווט באנרגיה חדשה במתח גבוה

נכון לעכשיו, תעשיית מכוניות האנרגיה החדשה נמצאת בשלב חיפושים וכמות קטנה של ייצור ניסיון, ואין קנה מידה תעשייתי מקומי ואף לא בינלאומי, ולכן חלקים קשורים נמצאים גם בשלב ייצור הניסיון. עם זאת, בהשוואה לרמה הטכנית הכוללת של רתמות חיווט לרכב בסין, המתבססת בעיקר על הרכבת רתמות חיווט, הבסיס הטכני של רתמות חיווט לרכב זרות הוא מוצק, וישנם פתרונות לרתמי חיווט במתח גבוה. לדוגמא, אמפנול, המובילה הראשונה בתעשייה שנכנסה לתחום מחברי הטעינה לרכבים חשמליים והיברידיים, פיתחה רתמות חיווט במתח גבוה לרכבים חשמליים עם מבנה פשוט, ביצועים מצוינים וקבלת משתמשים גבוהה. עבודה אמינה בטמפרטורה גבוהה, רטט, שטח מוגבל וסביבות קשות אחרות אומצה באופן נרחב על ידי יצרני רכב מקומיים וזרים שונים; TYCO, דלפי (דלפי), LS וחברות זרות אחרות עקבו מקרוב והשיקו פתרונות רתמת חיווט במתח גבוה ומוצרים נלווים משלהם.

הכנסת הטקסט, בכדי לפצות על פערי המחקר בתחום רתמות חיווט במתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים במדינתי, ולהיפטר מהמצב הנוכחי של רכישה ישירה של מוצרים זרים לרתמי החיווט במתח גבוה. נדרש למכוניות נוסעים חשמליות בסין, פותח כבל מתח גבוה וזרם מתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות. מחקר ופיתוח עצמאי של הקורה. על פי הדרישות לשימוש ברתמות חיווט במתח גבוה במערכת החשמל במתח גבוה של רכבי נוסעים חשמליים, רתמת החיווט המתוכננת במתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים צריכה לעמוד בדרישות הבאות א. דרישות שימושיות במתח גבוה ובזרם גבוה. ב. דרישות בטיחות ואמינות כגון הפרעות אנטי אלקטרומגנטיות, עמיד למים, נגד רעידות, עמידות בפני בלאי, מעכב בעירה ומגע אמין.

1. תכנון כבל מתח גבוה

מכוניות מסורתיות מונעות על ידי מנועי בנזין. תפקידם של כבלי רכב מסורתיים הוא להעביר אותות בקרה, והזרם והמתח קטנים מאוד. לכן, קוטר הכבל קטן והמבנה פשוט בגלל המוליך והבידוד. עם זאת, על פי הדרישות לשימוש בכבלי מתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים, כבלי המתח הגבוה לרכבי נוסעים חשמליים ממלאים בעיקר את התפקיד של העברת אנרגיה וצורך להעביר את האנרגיה של הסוללה לכל תת-מערכת. לכן רתמת החיווט במתח גבוה המיועדת למכוניות נוסעים חשמליות חייבת לעמוד בהעברת זרם המתח הגבוה. כבלי המתח הגבוה של מכוניות נוסעים חשמליות נושאים מתח גבוה (מתח מדורג עד 600 וולט), זרם גבוה (זרם מדורג עד 600A), וקרינה אלקטרומגנטית חזקה, כך שקוטר הכבל גדל משמעותית. יחד עם זאת, על מנת להימנע מקרינה אלקטרומגנטית באלקטרוניקה הסובבת הציוד מייצר הפרעות אלקטרומגנטיות חזקות, המשפיעות על פעולתם הרגילה של ציוד אלקטרוני אחר. הכבל מעוצב גם עם מבנה מגן על הפרעות אנטי-אלקטרומגנטיות, כלומר מאמצים מבנה קואקסיאלי והמוליך הפנימי והמוליך החיצוני (מיגון) עובדים יחד, והשדה המגנטי בכבל מופץ במעגלים קונצנטריים. השדה החשמלי מצביע מהמוליך הפנימי אל המוליך החיצוני, כך שהשדה האלקטרומגנטי סביב הכבל הוא אפס, כלומר, הקרינה האלקטרומגנטית מוגנת, ובכך מבטיחה את פעולתו הרגילה של הרכב החשמלי.

חומרי בידוד לכבלי רכב מוקדמים היו בעיקר PVC (פוליוויניל כלוריד), אך PVC הכיל עופרת, אשר הייתה מזיקה לבני אדם. בשנים האחרונות משתמשים בהדרגה על ידי LSZH (חומר ללא הלוגן עם עשן נמוך), TPE (אלסטומר תרמופלסטי), ופוליאתילן XLPE), גומי סיליקון וחומרים אחרים. מכיוון שכבלי מתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות עומדים בדרישות הפרעה במתח גבוה, זרם גבוה ואנטי-אלקטרומגנטיים, הם חייבים לעמוד גם בדרישות העמידות בבלאי ועמידות בעירה. לכן משווים את המאפיינים של חומרים אלה:

א. ניתן לחלק את LSZH לשתי קטגוריות: PO (polyolefin) ו- EPR (גומי אתילן פרופילן), אשר חומרי כבל PO הם המיינסטרים. הניסוח של חומר כבל מעכב בעירה מסוג LSZH מכיל כמות גדולה של AI (OH) 3, Mg (OH) 2 מעכב בעירה אורגני, כך שלחומר הכבל יש מעכב בעירה טוב, עשן נמוך, ללא הלוגן, רעילות נמוכה וכו '. מאפיינים, אך הם גם מבדילים אותו מחומרים אחרים שאינם מעכבי בעירה ומחומרים מעכבי בעירה המכילים הלוגן מבחינת תכונות פיזיקליות ומכניות, תכונות חשמליות וביצועי תהליך שחול.

ב. TPE הוא חומר פולימרי בעל מאפייני גומי וגם תרמופלסטיים. הוא מציג גמישות גבוהה של גומי בטמפרטורת החדר, וניתן לייבש אותו ולעצב אותו בטמפרטורות גבוהות, אך החומר אינו עמיד בפני ללבוש ואינו יכול לעמוד בדרישות כבלים במתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות. דרישות לשימוש בקורות.

ג. XLPE עשוי מחומר PE רגיל (פוליאתילן) עם ציון התנגדות טמפרטורה של 75 ℃ לאחר קרינה צולבת, דרגת התנגדות הטמפרטורה שלו יכולה להגיע ל -150 ℃, ובעלת תכונות פיזיקליות ומכניות מצוינות, עמידות בעומס יתר וחיים ארוכים ומאפיינים אחרים, אך לא מעכב בעירה.

ד. גומי סיליקון מתח פירוק גבוה, כך שיש לו עמידות בקשת, עמידות עקבות דליפה ועמידות באוזון. יש לו גם עמידות טובה בטמפרטורה גבוהה ונמוכה, עמידות בטמפרטורה גבוהה עד 200 ℃, ביצועי בידוד טובים וטמפרטורה ולחות גבוהים. ביצועים יציבים ומעכבי בעירה בתנאים. לאחר השוואה בין המאפיינים של החומרים הנ"ל, גומי סיליקון הפך לבחירה הראשונה עבור חומרי בידוד כבלים במתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות בגלל תכונותיו הפיזיקליות והמכניות הטובות, חיי השירות הארוכים ומחירו הנמוך. מבנה הכבל המתוכנן הסופי למתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים מוצג באיור 1.

איור 1. מבנה כבלים במתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות

2. תכנון מחבר מתח גבוה

2.1 תכנון אנשי קשר בעלי זרם גבוה

באופן כללי, למחברים (בעיקר המגעים שבהם) יש מגבלות טמפרטורת פעולה. ברגע שטמפרטורת ההפעלה חורגת מהמגבלה שצוינה, המחבר יהפוך פחות בטוח בגלל חום, או אפילו ייכשל. ישנן שתי סיבות עיקריות לעליית הטמפרטורה של המחבר:

א. המכונית עצמה. החלק החם ביותר ברכב הוא סביב המנוע, למשל, הטמפרטורה סביב מנוע רכב מסורתי יכולה להגיע ל 125 מעלות צלזיוס ומעלה.

ב. המחבר עצמו. המחבר ייצר חום במהלך השימוש, והמגעים המוכנסים למחבר הם בעלי עמידות במגע. ככל שהתנגדות המגע גדולה יותר, איבוד החשמל גדול יותר, כך הטמפרטורה של המגע גבוהה יותר והאמינות נמוכה יותר. בהקשר זה, יש לשים לב במיוחד בעת תכנון מחברים במתח גבוה ובזרם גבוה לרכבי נוסעים חשמליים. על מנת להימנע מטמפרטורת שימוש גבוהה מדי על מנת לפגוע בחומר הבידוד במחבר, להפחית את ביצועי הבידוד שלו, או אפילו לשרוף, ולגרום לירידת האלסטיות של המגע לאחר החימום, או להיווצרות סרט בידוד באזור המגע. , המפחיתה את אמינות המגע ומגבירה את התנגדות המגע הגדולה, מה שמגביר את העלייה בטמפרטורת ההפעלה, ומעגל קסמים כזה מוביל בסופו של דבר לכישלון החיבור והמגע. יש צורך לתכנן באופן רציונאלי את מגעי הזרם הגדולים במתח גבוה ובזרם זרם גדול של רכבי נוסעים חשמליים.

בעת תכנון אנשי קשר בעלי זרם גבוה הבחירה בטופס יצירת הקשר תקבע ישירות את איכות המחבר. באופן כללי, צורות המגע של המגעים כוללות בעיקר סוג עלה, סוג קפיץ עלה וסוג קפיץ תיל, כפי שמוצג באיור 2.

איור 2. מבנה שלושת סוגי המגעים

שקע מגע השבב הוא חבית גלילית מחוררת וסגורה, והשקע מעובד על ידי חוט בריליום בריליום (מוט). חומר הגלם יקר יותר ותהליך הסגירה שלאחר מכן קשה לשלוט בו ועקביות לאיכות עקביות המוצר, והעלות גבוהה.

השקע של מגע קפיצי העלה הוא חור קפיץ של כתר, ובתוך השקע מונחים סלילי קפיצים של 1 עד 2 עלים. כל סליל קפיץ עלים מורכב מעלי קפיץ מרובים, וכל עלי הקפיץ מקושתים פנימה ליצירת סליל קפיץ אלסטי; כאשר התאמת השקע והסיכה, כל עלה קפיץ נמצא במגע עם הסיכה ומייצר כוח לחיצה כדי להבטיח מגע יציב במספר נקודות; שקע האביב של העלה מורכב מחלקי מכונית פליז וחלקי הטבעה באביב כתר, עקביות טובה של מוצרים ועלות נמוכה. מבנה השקע RADSOK המוגן בפטנט של אמפנול (כפי שמוצג באיור 3) משתמש בטכנולוגיית קפיץ כתר היפרבולית כדי להגדיל את שטח המגע ב -65%, ומשטחו הוא שכבה מצופה כסף עם עמידות גבוהה בפני שחיקה.

איור 3. מבנה שקע RADSOK של אמפנול&# 39

השקע של מגע סוג קפיץ התיל הוא חור קפיץ תיל. מבנה השקע דומה לזה של שקע קפיץ העלים, אלא ששקע קפיץ התיל מורכב מחוט קפיץ. למרות ששקע קפיץ התיל הוא בעל ביצועים מצוינים, התהליך מורכב, אך גם העלות גבוהה יותר.

לאחר השוואה בין סוגי המגעים הנ"ל, מחבר המתח והזרם הגבוה של מכונית הנוסעים החשמלית מאמץ את מגע קפיץ העלים בעל הזרם הגבוה. יחד עם זאת, על מנת לשפר את אמינות המגע וכושר נשיאת הזרם, וכדי לעמוד בדרישות אינדקס אחרות של מגעים בעלי זרם גבוה, מגע קפיץ העלים הזרם גבוה משתמש בשקע קפיצי עלים דו-שלבי עם קנים כפולים. לבסוף, באמצעות חישוב התנגדות המגע של המגע הנוכחי הגבוה, תכנון המבנה ושינוי תכנון המדגם, תוכנן המגע הנוכחי הגבוה בהצלחה.

2.2 תכנון ביצועי עמידות בלחץ גבוה

על מנת לעמוד בדרישות התכנון של מחברים במתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים, יש לוודא שלכל חלק מחבר המתח הגבוה יש חוזק דיאלקטרי מספיק באמצעות תכנון מבני ובחירת חומרים כדי להבטיח את עמידותו במתח גבוה. תכנון ההתנגדות במתח גבוה של מחברים במתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים כולל בעיקר מרחק זחילה, פער אוויר ממשק וחומרי בידוד.

מרחק זחילה פירושו שכאשר מתח העבודה גדול מדי, המתח המיידי יגרום לזרם לשחרר קשת לאורך הפער בין הבידוד, מה שיפגע במכשיר ואפילו במפעיל. פער בידוד זה הוא מרחק הצליחה. מתח העבודה הרציף של הקשת קובע את מרחק הזחילה החשמלי. בתכנון מבנה המחברים במתח גבוה, יש להגדיל ככל האפשר את מרחק הזחילה. בהתחשב בכך שמתח העמידה הדיאלקטרי של המחבר הוא מעל 400 וולט, לאחר חישוב ואימות מדוקדקים, מרחק הזחילה של המחבר מתוכנן להיות יותר מ- 24 מ"מ, אשר יכול לענות באופן מלא על דרישות השימוש הגבוהות של מחבר 600 וולט.

על מנת לשפר את עמידות הלחץ הגבוה של המחבר, כאשר המחבר מוכנס, חלק הממשק צריך להיות מתאים ללא מרווח אוויר. ממשק המחבר כולל בעיקר את ממשק ההתאמה של מחבר התקע ומחבר השקע, קשר המחבר וחלק החיבור של החוט. חלקים אלה צריכים להיות מלאים במדיום ללא אוויר בכדי להבטיח באופן אמין שהמחבר לא מתקלקל. על מנת למנוע את קיומם של פערי אוויר בממשק, ננקטו הצעדים הבאים בתכנון מחברי מתח גבוה:

א. נעשה שימוש בחומר בידוד רך בממשק ההזדווגות כדי להבטיח שמילוי פער האוויר בזמן ההזדווגות במקום.

ב. הבידוד מחוץ לפיסת המגע של השקע מעוצב כדי למלא את הפער מחוץ לפיסת המגע.

ג. משטח ההזדווגות של התקע והשקע מאמץ מבנה מחודד.

ד. חלק מבידוד הכבלים משתרע לתוך בית המחבר לאחר חיבור המגע לכבל.

על מנת לשפר את התנגדות המתח הגבוה של המחבר, מחבר המתח הגבוה לרכבי נוסעים חשמליים משתמש ב- PPA עם ביצועי בידוד טובים, מתח פירוק גבוה, חוזק בידוד גבוה, יציבות טובה בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, עמידות בקשת, דליפה עמידות וספיגת לחות נמוכה. פלסטיק (פוליפטלמיד).

2.3 תכנון מבנה כולל

מבנה מחבר המתח הגבוה המתוכנן לרכבי נוסעים חשמליים מוצג באיור 4. מבנה מחבר המתח הגבוה הוא מוליך פנימי, שכבת בידוד, שכבת סיכוך ומעטפת מבפנים כלפי חוץ. .

איור 4. מבנה מחבר המתח הגבוה של מכונית נוסעים חשמלית

3. העיצוב הכללי של רתמת חיווט במתח גבוה

3.1 תכנון ביצועי מיגון

על מנת להפוך את רתמת החיווט המתוכננת במתח גבוה לא רק לעמוד בדרישות החיבור החשמליות הבסיסיות והאמינות, אלא גם לביצועי מיגון אלקטרומגנטיים מצוינים, פותח עיצוב ביצועי הסיכוך של רתמת החיווט במתח גבוה. תכנון ביצועי הסיכוך של רתמת החיווט במתח גבוה כולל בעיקר את תפקוד ביצועי הסיכוך של כבל המתח הגבוה עצמו, תכנון ביצועי הסיכוך של כבל המתח הגבוה ומחבר המתח הגבוה, תכנון ביצועי הסיכוך של הגובה הגבוה. מחבר המתח עצמו, ועיצוב ביצועי המיגון של ממשק ההזדווגות של מחבר מתח גבוה. על מנת לשפר את ביצועי המיגון של כבל המתח הגבוה עצמו, כבל המתח הגבוה מאמץ מבנה מיגון. אם הכבל הוא שילוב של קו אות וקו חשמל, כדאי לשים לב לכך יותר. על מנת לשפר את ביצועי המיגון של כבל המתח הגבוה ומחבר המתח הגבוה, יש צורך להבטיח את אמינות המגע בין השניים, במיוחד כדי להבטיח שהחיבור לא יהיה רופף בתנאי תנועה חזקה . לאחר החיבור, צמת הכבלים נמצאת במגע עם שכבת המגן, וצמת מתכת מוגנת נפרדת מתווספת למפרק בין צמת הכבלים למחבר כדי להעצים את אפקט המיגון. על מנת לשפר את ביצועי המיגון של מחבר המתח הגבוה עצמו, המחבר מאמץ עיצוב מעטפת מתכת. על מנת לשפר את ביצועי המיגון בממשק ההתאמה של המחבר, אומץ מבנה קפיץ מגן בתכנון כדי להבטיח מגע אמין בין התקע למעטפת השקע; המוליך הפנימי של ראש המחבר נמוך מממשק הקליפה כדי למנוע מהמוליך הפנימי ליצור קשר עם אצבעות או מתכת אחרת ממלא תפקיד מגן מסוים ומגביר את הבטיחות; לאחר ההזדווגות, שכבת ההגנה של מחבר השקע ומחבר התקע נמצאים במגע אמין, כך שמשטח ההזדווגות מוגן מבחוץ.

3.2 הגנה מכנית ועמיד בפני אבק ועמיד למים

בשל הקוטר הגדול של כבלים במתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות, נדרש ניתוב מיוחד, כלומר רתמות החיווט במתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות מונחות מחוץ לרכב. לכן, רתמות החיווט במתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות חייבות להיות מוגנות מכנית ומתוכננות לעמידות בפני אבק ומים. על מנת לשפר את ההגנה המכנית ואת הביצועים העמידים בפני אבק ועמיד למים של רתמת החיווט במתח גבוה, ננקטים אמצעי הגנה כגון טבעות איטום בין המחברים המחוברים למיקום מחבר הכבלים המחבר למניעת כניסת אדי מים ואבק, ובכך הבטחת סביבת האיטום של המחברים. הימנע מסיכון לקצר חשמלי בין המגעים, הימנע מכניסת לחות והימנע מבעיות בטיחות כגון ניצוצות.

3.3 תכנון חיי שירות

מכוניות נוסעים חשמליות הנוסעות בכביש המהיר ייצרו רעידות גבוהות עקב גורמים כמו משטח מהירות ומהיר לא אחיד, שיגרמו לחיכוך ובלאי בין רתמת החיווט במתח גבוה לבין חלקי מגע ורתמי חיווט אחרים, כמו גם עייפות ובלאי את רתמת החיווט במתח גבוה. על מנת לשפר את חיי השירות ואיכות רתמת החיווט במתח גבוה, יש לחזק את החיבור בין כבל המתח הגבוה למחבר המתח הגבוה, לנעול את החיבור בין מחבר המתח הגבוה ואת החיווט. התוכנית צריכה להיות מותאמת. יש לבחור בחומר רתמת החיווט במתח גבוה מחומרים עמידים ללבוש וחוטים השתמשו בחוטי נחושת נטועים לעייפות. בנוסף, חיבור החיבור בין מחברי המתח הגבוה הוא נקודת התורפה של רתמת החיווט במתח גבוה עצמה. על מנת לשפר את חיי השירות של רתמת החיווט במתח גבוה ולעמוד בדרישות מערכת החשמל במתח גבוה, יש להבטיח את מספר ההכנסות וההסרה של מחבר המתח הגבוה ואיכות החיבור.

3.4 תכנון מבנה כולל

מבנה רתמת החיווט הסופית המתוכננת במתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים מוצג באיור 5.

איור 5. מבנה רתמת החיווט במתח גבוה למכוניות נוסעים חשמליות

4. מבחן ביצועים של רתמת חיווט במתח גבוה

על מנת לוודא האם הרציונליות המבנית, שטח המגע, עמידות המגע, התנגדות הרטט וכו 'של רתמת החיווט במתח גבוה שתוכננה בטכנולוגיית מגע גבוהה במתח ובזרם גבוה, עומדת בדרישות האמינות הגבוהה, אורך חיים גבוה הביצועים הנוכחיים, דגימות הרתמה במתח גבוה לרכבי נוסעים חשמליים לאחר סיום הפיתוח, מבוצעות בדיקות ביצועים רלוונטיות בהתאם לדרישות התכנון המתאימות, ותוצאות הבדיקה מוצגות בטבלה 1. ניתן לראות כי ביצועים שונים של רתמת החיווט במתח גבוה של רכב הנוסעים החשמלי עומדים בדרישות התקן, ועיצוב מבנה המגע, מבנה המחברים וכל רתמת החיווט במתח גבוה סביר.

(מקור:" Inverter World")