Personalizzato Relè per Nuove Energie Fotovoltaiche e Ricarica EV Produttori

Perché l'interruzione dell'arco CC è la sfida principale della progettazione dei relè di nuova energia

Gli ingegneri di Fanhar Electronics pongono regolarmente questa domea ai progettisti di inverter e caricabatterie: perché un relè CA standard non può essere semplicemente utilizzato con una tensione CC equivalente? La risposta sta nella fisica dell’arco. Nei circuiti CA, la corrente passa attraverso lo zero due volte per ciclo, estinguendo naturalmente l'arco tra i contatti durante la commutazione. I circuiti CC non hanno tale passaggio per lo zero: una volta che si forma un arco tra i contatti di apertura, si sostiene finché la tensione attraverso l'intervallo supera la soglia di estinzione dell'arco.

Nuovi relè di energia destinati al servizio CC ad alta tensione affrontano questo problema attraverso una combinazione di misure di progettazione: spazi di contatto ampliati per forzare l'arco ad allungarsi e raffreddarsi, bobine di spegnimento magnetiche che deviano l'arco in scivoli d'arco in ceramica e materiali di contatto selezionati per una bassa erosione in caso di arco sostenuto. Senza queste funzionalità, un relè con commutazione da 600 a 1.000 V CC può non interrompersi entro il tempo richiesto, provocando saldature dei contatti o carbonizzazione interna che compromettono l'isolamento.

Anche la polarità della connessione CC è importante. Molti progetti di relè sigillati sono progettati per la commutazione CC solo con un orientamento di polarità specifico rispetto al magnete di spegnimento dell'arco. L'inversione della polarità può ridurre la forza effettiva di estinzione dell'arco del 30–50%, accorciando drasticamente la durata del contatto. Confermare sempre i requisiti di polarità nella scheda tecnica del relè prima di finalizzare il layout della PCB o della morsettiera.

Strategie di gestione termica per relè in involucri sigillati di inverter fotovoltaici

Gli inverter di stringa e i microinverter vengono normalmente installati all'aperto, alla luce diretta del sole, dove la temperatura interna dell'involucro può raggiungere i 70°C–85°C anche quando la temperatura ambiente è di soli 40°C. Per Relè fotovoltaici and Relè di energia solare montati all'interno di questi involucri, la gestione termica non è una considerazione secondaria: influisce direttamente sia sulla capacità dei contatti che sulla longevità della bobina.

La resistenza della bobina aumenta con la temperatura (circa 0,4% per °C per avvolgimenti in rame ), il che significa che un relè progettato per essere attivato all'80% della tensione nominale a temperatura ambiente potrebbe non riuscire ad attivarsi in modo affidabile a temperature elevate se la tensione della bobina è al limite inferiore dell'intervallo di alimentazione. Gli ingegneri dovrebbero convalidare il margine di tensione di pull-in nell'intero intervallo di temperature operative, non solo a temperatura ambiente.

Sul lato contatti, le curve di declassamento della corrente continua pubblicate nelle schede tecniche dei relè presuppongono generalmente la convezione in aria libera. Negli involucri sigillati con scarso flusso d'aria, il declassamento effettivo può essere del 15–25% più aggressivo rispetto alla curva pubblicata. Laddove lo spazio sulla scheda lo consente, la scelta di un relè di una classe di corrente superiore rispetto alla corrente di carico massima calcolata fornisce un margine termico significativo senza un impatto significativo sui costi.

Requisiti di resistenza meccanica per l'infrastruttura di ricarica dei veicoli elettrici

Le stazioni di ricarica per veicoli elettrici commerciali sperimentano cicli di commutazione di gran lunga superiori a quelli della maggior parte delle applicazioni di controllo industriale. Una stazione di ricarica rapida CC occupata potrebbe essere completata 40–80 sessioni di ricarica al giorno , ciascuno dei quali richiede più operazioni di connessione e disconnessione del relè per il rilevamento del veicolo, la sequenza di precarica e il controllo del contattore principale. Nel corso di una durata di servizio di dieci anni, questo può accumularsi fino a 150.000-300.000 operazioni meccaniche solo sui relè di commutazione primari.

Relè di ricarica per veicoli elettrici destinati a questo servizio devono soddisfare sia gli obiettivi di resistenza meccanica (funzionamento senza carico) che di resistenza elettrica (funzionamento con corrente e tensione di carico nominali). Le due cifre non sono equivalenti: la resistenza elettrica a pieno carico CC è in genere un decimo o meno della resistenza meccanica. Specificare solo la resistenza meccanica quando si confrontano le opzioni dei relè è un errore comune nell'approvvigionamento che porta a guasti prematuri sul campo.

Meritano particolare attenzione i circuiti dei relè di precarica, utilizzati per limitare la corrente di spunto nei condensatori del bus prima della chiusura del contattore principale. Questi relè commutano frequentemente in condizioni di carico parziale che accelerano una specifica modalità di guasto: irruvidimento della superficie di contatto dovuto a ripetuti archi a bassa energia. L'utilizzo di un tipo di relè con contatti sigillati e rivestimento dei contatti in metallo nobile nella posizione di precarica prolunga sostanzialmente gli intervalli di manutenzione rispetto ai modelli a telaio aperto.

Scelta tra relè e contattori CC ad alta tensione per sistemi di energia rinnovabile

Il confine tra Relè CC ad alta tensione e i contattori CC sono spesso fraintesi nella progettazione di nuovi sistemi energetici. Relè e contattori condividono lo stesso principio di funzionamento fondamentale (una bobina elettromagnetica aziona una serie di contatti), ma differiscono per capacità di corrente, fattore di forma e potenza del circuito di controllo di cui hanno bisogno. Per Relè di energia rinnovabile nella gamma 10 A-100 A, i pacchetti relè sigillati offrono notevoli vantaggi in termini di spazio su scheda e peso rispetto ai contattori equivalenti, con un consumo energetico della bobina spesso inferiore a 1 W nelle configurazioni a ritenuta.

I criteri pratici di selezione si riducono a tre parametri:

• Corrente di commutazione nominale: I relè sono generalmente preferiti fino a 100 A; al di sopra di ciò, i contattori sono più convenienti per ampere di capacità.
• Voltaggio operativo: I relè sigillati con soffiaggio magnetico sono ora disponibili fino a 1500 V CC, coprendo la maggior parte delle tensioni delle stringhe FV residenziali e commerciali. Le applicazioni su scala industriale superiori a 1500 V CC richiedono in genere dispositivi di classe contattore.
• Integrazione del circuito di controllo: Le bobine dei relè possono essere pilotate direttamente dalle uscite del microcontrollore o del gate driver; la maggior parte dei contattori richiede un binario di alimentazione bobina dedicato da 24 V CC o CA, aggiungendo complessità alla distinta base.

Forniamo soluzioni relè convalidate per inverter di accumulo residenziale, quadri fotovoltaici commerciali e sistemi di gestione delle batterie accoppiate in CC, supportando i team di progettazione nell'associare il giusto dispositivo di commutazione a ciascun nodo della catena di conversione di potenza.