Análise técnica de contatores CC de alta-tensão: plataformas de alta-tensão em veículos de energia nova geram atualizações na tecnologia de vedação cerâmica

 

Com o rápido desenvolvimento de novos veículos de energia (NEVs), sistemas de armazenamento de energia de bateria e infraestrutura de carregamento-de alta potência, os sistemas elétricos estão evoluindo em direção a tensões e correntes mais altas e maior confiabilidade. Como componentes de comutação críticos nos sistemas elétricos de alta-tensão dos NEVs, os contatores CC de alta-tensão facilitam a conexão e desconexão segura entre o sistema de bateria e a carga, além de fornecer proteção contra falhas; são componentes fundamentais para garantir a segurança elétrica geral do veículo.

 

Ao contrário dos relés tradicionais de baixa-tensão, os contatores CC de alta-tensão devem comutar circuitos de maneira confiável em níveis de tensão de várias centenas de volts ou mais, ao mesmo tempo em que suportam picos de corrente transitórios significativos. Conseqüentemente, seu projeto abrange não apenas estruturas mecânicas e atuação eletromagnética, mas também materiais de isolamento, tecnologias de-extinção de arco e confiabilidade de vedação.

 

Em trens de força NEV, contatores CC de alta{0}tensão normalmente são instalados no conjunto de baterias de tração, no inversor, no sistema de controle do motor e nos circuitos de carregamento. Na partida do veículo, o contator fecha, permitindo que a bateria de tração forneça energia ao sistema de acionamento; inversamente, quando o veículo para ou uma anomalia é detectada, o contator abre rapidamente para isolar o circuito de alta-tensão e evitar a escalada de falhas elétricas.

 

À medida que as plataformas de tensão em NEVs avançam,-na transição de sistemas de 400 V para arquiteturas de 800 V ou até mesmo mais altas, os contatores CC de alta-tensão enfrentam requisitos cada vez mais rigorosos em relação à capacidade de resistência à tensão, velocidade de resposta e padrões de segurança.

 

 

 

Os contatores CC de alta-tensão consistem principalmente em um sistema de contato, um mecanismo de atuação eletromagnética, um invólucro isolante, uma estrutura-de extinção de arco e componentes de vedação. Os contatos controlam a transmissão e interrupção de corrente, o mecanismo de atuação controla o movimento do contato e as estruturas de isolamento e-extinção de arco determinam a confiabilidade do produto em ambientes-de alta tensão.

 

Com base no ambiente-de extinção de arco e nos materiais do invólucro, os contatores CC de alta-tensão são geralmente classificados em tipos como cerâmica a vácuo, cerâmica hermeticamente selada e encapsulada em resina epóxi.

 

Entre eles, a estrutura cerâmica a vácuo é amplamente utilizada em NEVs, sistemas de armazenamento de energia de alta-tensão e fontes de alimentação industriais devido à sua alta rigidez dielétrica, excelente desempenho de vedação e capacidade estável de-extinção de arco.

 

Os materiais cerâmicos oferecem alta resistência mecânica, baixa perda dielétrica e resistência ao calor superior, garantindo efetivamente a estabilidade do isolamento durante a operação-de longo prazo do contator. Em aplicações de alta-tensão, os invólucros de cerâmica atenuam o impacto da umidade, contaminantes e fatores ambientais nos componentes internos.

 

Por exemplo, caixas de relés EV de cerâmica de alta{0}confiabilidade protegem os sistemas de contato internos por meio de estruturas de isolamento cerâmico, permitindo que o contator atenda às demandas de operação-de longo prazo sob as condições complexas típicas dos novos veículos de energia.

 

 

 

O ambiente operacional interno de contatores CC de alta-tensão é altamente complexo; ocorre arco voltaico intenso, especialmente durante interrupções-de alta corrente.

 

A falha em controlar o arco de forma rápida e eficaz pode levar à erosão de contato, degradação do isolamento ou até mesmo falha total do equipamento.

 

Embora os métodos tradicionais de extinção por-arco-a ar enfrentem limitações sob condições de alta-tensão e alta-corrente, a tecnologia de extinção por arco a vácuo-utiliza um ambiente de vácuo para minimizar a influência do meio gasoso. Isto facilita a extinção do arco, aumentando assim a capacidade de interrupção e prolongando a vida útil.

 

Como material fundamental para câmaras de vácuo, a cerâmica deve atender a vários requisitos simultaneamente:

Alta rigidez dielétrica;
Excelente vedação hermética;
Resistência ao choque térmico;
Estabilidade-de longo prazo;
Colagem confiável com componentes metálicos.

 

Consequentemente, a metalização cerâmica tornou-se um processo crítico na fabricação de contatores de alta-tensão.

 

O processo de metalização da cerâmica cria uma camada de ligação de metal confiável na superfície da cerâmica, permitindo conexões de alta-resistência entre o componente cerâmico e metais como cobre ou molibdênio, garantindo uma ligação estável de cerâmica-com{2}}metal.

 

Esse método de conexão não apenas garante resistência mecânica, mas também atende aos requisitos de operação confiável e-de longo prazo em ambientes de alta-tensão e hermeticamente selados.

 

 

A metalização cerâmica é uma tecnologia vital na fabricação de cerâmicas eletrônicas avançadas; envolve a formação de uma camada metalizada na superfície da cerâmica de alumina e posteriormente a união da cerâmica ao metal por meio de processos como a brasagem.

 

No campo de contatores CC de alta-tensão, essa tecnologia é usada principalmente para fabricar caixas de câmaras de extinção de-arco a vácuo, estruturas de suporte isolantes e conjuntos herméticos de alta-tensão.

 

Devido à sua alta resistência mecânica e excelentes propriedades de isolamento elétrico, a alumina (Al₂O₃) é atualmente o material cerâmico isolante mais utilizado.

 

Por exemplo, empregar umcarcaça de cerâmica de aluminaA estrutura para contatores CC de alta-tensão aumenta efetivamente a confiabilidade do isolamento em ambientes de-alta tensão e minimiza a degradação do desempenho durante operação-de longo prazo. Em comparação com plásticos tradicionais ou materiais epóxi, a cerâmica de alumina pode suportar temperaturas mais altas e campos elétricos mais fortes, oferecendo vantagens distintas em aplicações de plataformas de alta-tensão para veículos de novas energias.