Kundenspezifisch Photovoltaik- und EV-Laden Neue-Energie-Relais Hersteller

Warum die Gleichstromlichtbogenunterbrechung die zentrale Designherausforderung bei neuen Energierelais ist

Die Ingenieure von Fanhar Electronics stellen Entwicklern von Wechselrichtern und Ladegeräten regelmäßig diese Frage: Warum kann ein Stundard-AC-Relais nicht einfach bei einer gleichwertigen DC-Spannungsnennleistung verwendet werden? Die Antwort liegt in der Lichtbogenphysik. In Wechselstromkreisen fließt der Strom zweimal pro Zyklus durch den Nullpunkt, wodurch der Lichtbogen zwischen den Kontakten beim Schalten auf natürliche Weise gelöscht wird. In Gleichstromkreisen gibt es keinen solchen Nulldurchgang. Sobald sich zwischen den sich öffnenden Kontakten ein Lichtbogen bildet, bleibt dieser bestehen, solange die Spannung an der Lücke die Löschschwelle des Lichtbogens überschreitet.

Neue Energierelais Für den Hochspannungs-Gleichstrombetrieb vorgesehene Geräte beheben dieses Problem durch eine Kombination von Konstruktionsmaßnahmen: vergrößerte Kontaktlücken um den Lichtbogen zu zwingen, sich auszudehnen und abzukühlen, magnetische Blasspulen, die den Lichtbogen in keramische Lichtbogenkammern umlenken, und Kontaktmaterialien, die für eine geringe Erosion bei anhaltender Lichtbogenbildung ausgewählt wurden. Ohne diese Funktionen kann es sein, dass ein Relais, das 600–1000 VDC schaltet, nicht innerhalb der erforderlichen Zeit unterbricht, was zu Kontaktverschweißungen oder interner Karbonisierung führt, die die Isolierung beeinträchtigen.

Auch die Polarität des Gleichstromanschlusses ist wichtig. Viele versiegelte Relaiskonstruktionen sind nur für das Gleichstromschalten in einer bestimmten Polaritätsausrichtung relativ zum Lichtbogenblasmagneten ausgelegt. Durch Umkehren der Polarität kann die effektive Lichtbogenlöschkraft um 30–50 % reduziert werden, was die Kontaktlebensdauer drastisch verkürzt. Überprüfen Sie stets die Polaritätsanforderungen im Datenblatt des Relais, bevor Sie die Leiterplatten- oder Klemmenblockanordnung festlegen.

Wärmemanagementstrategien für Relais in versiegelten Photovoltaik-Wechselrichtergehäusen

String-Wechselrichter und Mikro-Wechselrichter werden routinemäßig im Freien bei direkter Sonneneinstrahlung installiert, wo die Gehäuseinnentemperaturen 70–85 °C erreichen können, selbst wenn die Umgebungstemperatur nur 40 °C beträgt. Für Photovoltaik-Relais and Solarstromrelais Bei der Montage in diesen Gehäusen spielt das Wärmemanagement keine untergeordnete Rolle – es wirkt sich direkt auf die Kontaktkapazität und die Lebensdauer der Spule aus.

Der Spulenwiderstand steigt mit der Temperatur (ca 0,4 % pro °C für Kupferwicklungen ), was bedeutet, dass ein Relais, das dafür ausgelegt ist, bei Raumtemperatur bei 80 % der Nennspannung anzuziehen, bei erhöhten Temperaturen möglicherweise nicht zuverlässig aktiviert, wenn die Spulenspannung am unteren Ende des Versorgungsbereichs liegt. Ingenieure sollten den Anzugsspannungsspielraum über den gesamten Betriebstemperaturbereich validieren, nicht nur bei Umgebungstemperatur.

Auf der Kontaktseite gehen die in den Datenblättern der Relais veröffentlichten Dauerstrom-Derating-Kurven typischerweise von freier Luftkonvektion aus. In abgedichteten Gehäusen mit schlechter Luftzirkulation kann die tatsächliche Leistungsreduzierung 15–25 % aggressiver ausfallen als die veröffentlichte Kurve. Sofern der Platz auf der Platine dies zulässt, bietet die Auswahl eines Relais, das eine Stromklasse höher ist als der berechnete maximale Laststrom, einen sinnvollen thermischen Spielraum ohne nennenswerte Kostenauswirkungen.

Mechanische Anforderungen an die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge

Kommerzielle Ladestationen für Elektrofahrzeuge weisen Schaltzyklen auf, die weit über die der meisten industriellen Steuerungsanwendungen hinausgehen. Eine stark ausgelastete DC-Schnellladestation könnte den Betrieb aufnehmen 40–80 Ladesitzungen pro Tag , die jeweils mehrere Relais-Verbindungs- und -Trennvorgänge zur Fahrzeugerkennung, Vorladesequenzierung und Hauptschützsteuerung erfordern. Über eine Lebensdauer von zehn Jahren können sich allein an primären Schaltrelais 150.000 bis 300.000 mechanische Betätigungen summieren.

Laderelais für Elektrofahrzeuge Für diese Aufgabe vorgesehene Geräte müssen sowohl die Anforderungen an die mechanische Lebensdauer (Betrieb ohne Last) als auch die elektrische Lebensdauer (Betrieb bei Nennlaststrom und -spannung) erfüllen. Die beiden Zahlen sind nicht gleichwertig – die elektrische Lebensdauer bei voller Gleichstromlast beträgt typischerweise ein Zehntel oder weniger der mechanischen Lebensdauer. Beim Vergleich von Relaisoptionen nur die mechanische Lebensdauer anzugeben, ist ein häufiger Beschaffungsfehler, der zu vorzeitigen Ausfällen im Feld führt.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen Vorlade-Relaisschaltungen, die zur Begrenzung des Einschaltstroms in Buskondensatoren vor dem Schließen des Hauptschützes dienen. Diese Relais schalten häufig unter Teillastbedingungen, die einen bestimmten Fehlermodus beschleunigen: Aufrauen der Kontaktoberfläche durch wiederholte Lichtbögen mit niedriger Energie. Durch die Verwendung eines Relaistyps mit versiegelten Kontakten und Edelmetallkontaktauflage in der Vorladeposition verlängern sich die Wartungsintervalle im Vergleich zu Open-Frame-Designs erheblich.

Auswahl zwischen Hochspannungs-Gleichstromrelais und -schützen für erneuerbare Energiesysteme

Die Grenze zwischen Hochspannungs-DC-Relais und DC-Schützen wird bei der Gestaltung neuer Energiesysteme häufig missverstanden. Relais und Schütze haben das gleiche grundlegende Funktionsprinzip – eine elektromagnetische Spule betätigt eine Reihe von Kontakten –, unterscheiden sich jedoch in der Stromkapazität, dem Formfaktor und der benötigten Steuerstromkreisleistung. Für Relais für erneuerbare Energien Im Bereich von 10 A bis 100 A bieten abgedichtete Relaispakete erhebliche Platz- und Gewichtsvorteile auf der Platine gegenüber gleichwertigen Schützen, wobei der Spulenstromverbrauch in Verriegelungskonfigurationen häufig unter 1 W liegt.

Die praktischen Auswahlkriterien beschränken sich auf drei Parameter:

• Bemessungsschaltstrom: Im Allgemeinen werden Relais bis 100 A bevorzugt; Darüber hinaus sind Schütze pro Ampere Kapazität kostengünstiger.
• Betriebsspannung: Abgedichtete Relais mit magnetischer Ausblasfunktion sind jetzt für bis zu 1500 VDC erhältlich und decken die meisten PV-Strangspannungen für private und gewerbliche Zwecke ab. Anwendungen im Versorgungsmaßstab über 1500 VDC erfordern typischerweise Geräte der Schützklasse.
• Integration des Steuerkreises: Relaisspulen können direkt von Mikrocontroller- oder Gate-Treiberausgängen angesteuert werden; Die meisten Schütze erfordern eine dedizierte 24-V-Gleichstrom- oder Wechselstrom-Spulenversorgungsschiene, was die Stücklistenkomplexität erhöht.

Wir liefern Relaislösungen, die für private Speicherwechselrichter, kommerzielle PV-Anschlusskästen und DC-gekoppelte Batteriemanagementsysteme validiert sind, und unterstützen Designteams dabei, das richtige Schaltgerät an jeden Knoten in der Stromumwandlungskette anzupassen.