TE Connectivity(泰科電子)高壓汽車接觸器和繼電器常見問題解答

TE Connectivity(泰科電子)高壓汽車接觸器和繼電器常見問題解答

一、一般問題

問：繼電器(Relay)與接觸器(Contactor)有何不同？

答：一般說來，這兩個術語表示按照相同的物理原理（利用線圈產生磁力，從而以機械方式操作導電接觸件）工作的機電開關裝置。術語「繼電器」在各行各業中廣泛地用於指稱低功率和中等功率元件，而術語「接觸器」則在高功率領域更為常用。不同於繼電器常用的鉸鍊式電樞設計，磁性「馬達」通常透過接觸器線圈體中心位置的柱塞來實現。

 TE Connectivity繼電器產品

問：新一代接觸器在工作時無需充氣。非充氣式接觸器有何優點？充氣式接觸器有可能發生破裂嗎？

答：為了保護開關接點和快速消彌開關電弧，許多接觸器都填充了加壓惰性氣體，通常使用氮氣或氫氣，也有使用 SF6（六氟化硫）的，但這主要用於工業應用。另一方面，要填充加壓氣體，需要在設計和製造過程中增加很多的工作，才能確保在接觸器的整個生命週期中可靠地保留氣體。這種接觸器本質上必須進行全密封，因此，當極強的電弧（如發生極高的過電流或短路情況時）在接觸室內產生過大的氣體壓力時，它可能會發生破裂。TE最新的接觸器設計可在沒有惰性氣體參與的情況下運作，同時也消除了對氣密密封的需求。此類設計具有環保特性、不產生污染、允許氣體交換並可保持內外壓力均衡，這實際上消除了在極端電弧情況下發生破裂的風險。請聯絡 TE Connectivity (TE) 進一步了解非充氣式接觸器的優點。（EVC 250 主接觸器介紹影片連結）

 

問：高壓 (HV) 繼電器和接觸器有哪些應用？

答：在混合動力及純電動車中，高壓繼電器和接觸器通常用於以下應用：

 

1. 主接觸器：用於動力電池的正負線路。主接觸器可用於動力電池和車輛的整個電力動力傳動系統的連接與斷連。

2. 預充電繼電器：為保護主接觸器免受過度突波電流衝擊，結合使用預充電繼電器和預充電電阻器，通常將電源逆變器的濾波電容器充電至電池電壓的 90-98%。

3. 充電接觸器：用於在車輛連接到充電站時建立電池充電器和動力電池之間的連接。

4. 輔助接觸器：控制車輛中由高電壓電池帶動的其他電氣負載。 典型範例為全電動汽車乘客座艙的電暖氣，這種情況下內燃氣機沒有餘熱來給車廂供暖。

 

此外，汽車高電壓接觸器有時也用於固定系統，例如直流充電站、固定電池儲存系統、不間斷電源系統等等。

 

 

二、電氣性能

 

問：接觸器可用於哪些應用範圍？

答：TE 的接觸器產品組合包括滿足功能最強大的電池電動車（峰值功率高達 500kW）需求的重載產品，以及適用於低功率串列負載和預充電應用的小型化產品。

 

問：接觸器能夠處理的持續電流是多少？

答：一般而言，載流量受限於內部熱損耗和熱管理。損耗功率導致接觸器內部零件溫度升高並傳輸到外部。外部溫度上升決定了接觸器應用的電流限制。TE 建議接觸端子最終溫度不應連續超過 150°C。冷卻機制的有效性取決於外部連接導體的橫截面或熱阻，以及環境溫度。熱量透過電氣連接傳導到環境中。在恆定電流條件下，系統大約在 3 到 5 分鐘後達到靜止狀態。

範例：連接 50mm² 匯流條後，EVC 250 接觸器可在 85°C 環境溫度下承載 250A 電流。如連接 125mm² 匯流條，電流限制將升至 375A。

 

問：接觸器能夠處理的過載電流是多少？

答：在短短幾秒鐘的峰值負荷下，熱傳遞過程過於緩慢，導致端子溫度無法顯著變化。接觸器內部的溫度上升長時間持續會導致不可逆的損害。舉例來說，EVC 250 接觸器可承載 1,500A 電流長達 20 秒，2,000A 電流長達 5 秒。如需更多資訊和支援，請聯絡 TE Connectivity。

 

問：接觸器在短路時會發生什麼狀況？

答：發生短路時，上升的電流會產生脈衝力，這可能會超過觸點的固定力。如果保險絲無法良好適應接觸器的斷流和載流能力，觸點可能會焊接或過度電弧可能會熱破壞接觸器。EVC 175 接觸器的載流限制為 5,000A。EVC 250 接觸器的載流限制為 6,000A。在中等過流的短路情況下，由於保險絲動作時間太長，無法保護系統免於嚴重損害，所以接觸器必須分斷過流。單一接觸器在 400V 下可在幾毫秒內分斷高達 2,000A 的電流。由於電路中通常有兩個接觸器，我們建議同時打開，這會將 400V 下的分斷限制提高到 6,000A。

 

問：線圈效率的決定因素是什麼？ 對線圈驅動器有什麼要求？

答：分離高壓大接點間隙十分必要。在打開位置，保持彈簧固定電樞以提供適當的抗衝擊性能。為克服這些大觸點間隙和力，必須產生較高的磁通量。為獲得必要的力，線圈採用了相對較低的電阻。因此，驅動器應能提供最高 6A 的電流。 此類大電流只能用於閉合觸點，之後必須降低電流以避免線圈過熱。觸點閉合且電樞處於固定位置後，保持電樞固定到位的必要磁通量將降低一個量級。可使用外部節能器或內部助力器/保持線圈結構來降低線圈功率。

 

問：操作帶有外部節能器的接觸器時，最重要的是什麼？

答：至少應在線圈通電 100ms 後開始操作外部節能器。對於脈衝寬度調變 (PWM)，TE 建議最小頻率為 20kHz。所產生的最小振盪線圈電壓應始終高於指定保持電壓。對於切斷操作，機械系統的反應時間取決於線圈的外部端接。因此 PWM 驅動器的端接方式不應減緩觸點開啟速度。請參考《數據手冊》中的「電路建議」（EVC 250 主接觸器資料手冊連結）。線圈電阻隨線圈溫度變化。磁力僅由線圈電流決定。如果將 PWM 設定為特定線圈電壓等級，則必須考慮這些熱量變化。為盡可能減小系統的熱負荷，最好控制線圈電流以消除溫度影響。

 

問：操作有助力器線圈的接觸器時，最重要的是什麼？

答：助力器電子元件在有限時間內將全線圈電壓施加於單獨的助力器線圈。此脈衝在施加電壓後立即開始。如果在助力器電子元件選通時間內未達到必要的吸合電壓，接觸器將不會閉合。因此，必須在 50ms 內達到最小吸合電壓。保持線圈的端接使用 80V 齊納二極體完成。可以並聯安裝一個額外的端接二極體。端接電壓應為 Vz > 33V 以保持較短釋放電壓時間。

 

問：負載極性為何對接觸器如此重要？

答：高壓斷流能力是透過使用與接觸端子垂直放置的磁鐵來實現的。兩個端子從內部連接到觸橋。當觸橋從靜止接點移開後，會產生兩個電弧。在正向電流方向，磁鐵將電弧偏轉到外側，使電弧快速消彌。在反向電流方向，電弧在中心融合，導致斷流能力降低。

 

問：如果需要雙向斷流能力，該怎麼做？

答：如果電路中使用了兩個接觸器，可以將其中一個放在正向方向，另一個放在反向方向。同時開啟兩個接觸器，兩者結合的斷流能力要顯著優於正向方向的單一接觸器。

 

三、應用建議

 

問：使用並非全密封的繼電器或接觸器時，需要考慮矽材料的哪些方面？

答：使用含矽材料或其衍生物會影響電氣端子的正常運作。由於開關觸點電弧中的能量，不穩定的矽分子將轉化為矽化合物，堆積在觸點表面並形成絕緣層。因此，TE Connectivity 強烈建議徹底測試將要使用的矽材料與觸點的兼容性。如需更多資訊和支援，請聯絡 TE Connectivity。

 

問：TE 是否提供 500VDC 以上應用的解決方案？

答：我們根據絕緣協調要求提供最高 900VDC 的解決方案。此外，TE 目前正在開發適用於高達 1000VDC 的電壓等級並且符合 IEC 60664 標準的解決方案。有關詳細資訊，請聯繫 TE Connectivity。

 

問：如何保護線圈驅動器免受接觸器線圈切斷瞬變的影響？

答：最好的方法是使用與線圈驅動器並聯的齊納二極體。另請參閱我們的產品目錄中「查看所有文件」下連結到各料號的「資料手冊」以了解更多資訊。更多資訊請參閱「汽車應用說明」和「繼電器定義」。

 

問：將匯流條安裝到接觸器上有什麼需要注意的地方？

答：請考慮最大允許扭力並避免在匯流條和接觸器端子之間出現任何偏離，以確保介面壓力統一。TE建議使用錐形彈簧墊圈。安裝電纜接線片時，請確保電纜未受到約束和擠壓。

 

引用原文：TEConnectivity - 高压汽车接触器和继电器常见问题解答

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