Ghi chú:

DC contactor gồm ba phần chính: hệ thống tiếp điểm, hệ thống điện từ, và hệ thống dập hồ quang.

Các nội dung quan trọng:

• Cấu trúc buồng kín gốm được nạp hỗn hợp khí Hydro để ngăn oxy hóa tiếp điểm và tăng cường khả năng dập hồ quang.

• Thiết kế buồng kín gốm kết hợp dập hồ quang bằng từ trường giúp đạt trạng thái không hồ quang (zero arcing), đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy cao.

• Thiết kế không phân cực ở cả tải và cuộn coil.

• Sản phẩm HIITIO đạt các chứng nhận UL, CUL, CE, CB, 3C và S-mark.

• Sản phẩm của HIITIO tuân thủ tiêu chuẩn môi trường RoHS và REACH.

1. Hệ thống tiếp điểm (Contact System)

Đây là bộ phận cốt lõi quyết định khả năng dẫn dòng của contactor. Hệ thống bao gồm tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ, với:

• Tiếp điểm tĩnh (fixed/static contacts)

• Tiếp điểm động (movable/dynamic contacts)

• Trục dẫn động

Khi tiếp điểm tĩnh và động tách rời → mạch hở (ngắt).
Khi chúng chạm nhau → mạch đóng (kết nối).

2. Hệ thống điện từ (Electromagnetic System)

Bao gồm:

• Cuộn dây (coil)

• Lõi sắt động (movable iron core)

• Lõi từ hình chữ U (yoke iron)

• Tấm dẫn từ (magnetic conductive sheet)

Hệ thống điện từ tạo ra lực hút cần thiết để đóng tiếp điểm. Cuộn coil (hay còn gọi là nam châm điện) sinh ra từ trường để kéo phần ứng vào, giúp tiếp điểm đóng lại.

Vỏ bọc bên ngoài – thường làm từ vật liệu cách điện – bảo vệ cuộn dây và tiếp điểm, đồng thời chống tiếp xúc điện ngoài ý muốn.

3. Hệ thống dập hồ quang (Arc Extinguishing System)

Khi ngắt dòng điện dưới tải, hồ quang điện sẽ hình thành giữa hai tiếp điểm đang tách rời. Hồ quang chủ yếu sinh ra do:

• Phát xạ nhiệt điện tử

• Phát xạ điện trường

Hồ quang là một dạng plasma gồm các hạt mang điện, dẫn dòng giữa các tiếp điểm.

Khi nhiệt độ hồ quang tăng lên → mức độ ion hóa tăng → điện môi của khe hở giảm, khiến việc ngắt dòng trở nên khó khăn hơn.

Nếu hồ quang không được dập nhanh:

• Tiếp điểm sẽ bị ăn mòn

• Hiệu suất cách điện của contactor suy giảm

• Tuổi thọ điện bị rút ngắn, thậm chí gây hỏng thiết bị

Trong các ứng dụng DC dòng lớn, hồ quang rất khó dập. Vì vậy, contactor sử dụng:

Cuộn từ thổi hồ quang (blowout coils)

Chúng có chức năng:

• Kéo dài hồ quang

• Thay đổi hướng hồ quang

• Đưa hồ quang vào buồng dập

Nhờ đó, hồ quang được dập nhanh và hiệu quả hơn.

Thiết bị dập hồ quang bằng từ trường đóng vai trò quan trọng trong việc dập hồ quang nhanh chóng, đảm bảo vận hành an toàn và tin cậy.

Phương pháp dập hồ quang (Arc Interruption Methods)

a) Buồng kín khí hoặc buồng đúc nhựa (Sealed Gas or Resin Encapsulation)

Các contactor truyền thống thường sử dụng buồng hồ quang được đúc kín bằng nhựa epoxy hoặc được nạp khí Hydrogen.

• Buồng đúc nhựa epoxy:
  Có chi phí thấp và cung cấp khả năng cách điện phù hợp. Tuy nhiên, khi hoạt động trong thời gian dài ở nhiệt độ cao, nhựa có thể bị lão hóa và xuất hiện các vết nứt vi mô, làm giảm khả năng chịu điện áp (điện môi).

• Buồng gốm kín khí Hydrogen:
  Mang lại hiệu suất dập hồ quang vượt trội vì Hydrogen có độ dẫn nhiệt rất tốt và tốc độ chuyển động phân tử cao, giúp tản nhiệt hồ quang nhanh chóng.
  Trong các thiết kế double-break, khí Hydrogen giúp khả năng phục hồi điện môi (dielectric recovery) cao hơn khoảng 7,5 lần so với không khí.

b) Dập hồ quang bằng từ trường (Magnetic Blowout)

Phương pháp dập hồ quang bằng từ trường sử dụng tác động tương hỗ giữa dòng điện hồ quang và từ trường vuông góc để kéo dài và đẩy hồ quang vào buồng dập hoặc các tấm chia hồ quang.

• Khi hồ quang được kéo dài và khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh tăng lên, điện áp hồ quang tăng, giúp hồ quang tự tắt nhanh hơn.

• Ở các thiết kế không phân cực (non-polarized), hồ quang được đẩy tản ra ngoài bất kể chiều dòng điện.

• Ở các thiết kế có phân cực (polarized), từ trường sẽ hướng hồ quang theo một chiều ưu tiên, giúp điều khiển hồ quang tốt hơn và tăng hiệu quả dập hồ quang.

 

Nguyên lý hoạt động của DC Contactor (Working Principle of DC Contactors)

Quá trình kích từ (Contactor Excitation Process)

Khi điện áp điều khiển được cấp vào cuộn coil của DC contactor cao áp, dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra từ trường. Từ trường này khiến lõi sắt động (armature) dịch chuyển về phía cực từ cố định.

Khi armature chuyển động, nó đẩy cơ cấu truyền động hoặc bộ tiếp điểm, làm đóng mạch, cho phép dòng điện DC chạy qua mạch công suất.

Các bước chính:

1. Tạo ra từ trường: Cuộn coil sinh ra từ trường khi được cấp điện kích từ.

2. Chuyển động của armature: Lực hút điện từ kéo armature về phía cuộn coil.

3. Đóng tiếp điểm: Armature di chuyển kéo theo bộ tiếp điểm đóng lại, hình thành đường dẫn dòng điện trong mạch.

Khi quá trình này hoàn tất, contactor ở trạng thái ON, tiếp điểm đóng và dòng điện bắt đầu chạy qua hệ thống DC cao áp.

Quá trình mất kích từ (Contactor De-Excitation Process)

Khi điện áp điều khiển bị ngắt hoặc contactor mất nguồn, dòng điện trong coil dừng lại, khiến từ trường biến mất. Vì không còn lực hút điện từ giữ armature, lò xo hồi hoặc cơ chế trả về khác sẽ đẩy armature trở lại vị trí ban đầu.

Các bước chính:

1. Sự sụp đổ của từ trường: Khi coil không còn dòng điện, từ trường lập tức giảm và mất đi.

2. Armature trở về vị trí ban đầu: Lò xo hồi hoặc cơ cấu trả về đẩy armature về trạng thái nghỉ.

3. Mở tiếp điểm: Armature tách bộ tiếp điểm ra, ngắt dòng điện và đưa mạch về trạng thái an toàn.

Quá trình khử kích từ này đưa contactor về trạng thái OFF, ngắt dòng và cách ly hệ thống DC cao áp.

Khám phá thêm các bài viết liên quan:

• Sự khác nhau giữa Contactor và Relay

• Các tham số cốt lõi của DC Contactor cao áp

• Xu hướng thị trường DC Contactor cao áp

 

Ưu điểm của quá trình kích từ và mất kích từ (Excitation/De-Excitation Process)

 

Quá trình kích từ – mất kích từ này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý các mạch DC cao áp, đảm bảo khả năng đóng cắt ổn định và tin cậy trong các ngành như năng lượng tái tạo, xe điện và tự động hóa công nghiệp.

Ứng dụng của DC Contactor (Applications of DC Contactors)

DC contactor được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau, bao gồm:

Tiếp điểm không đóng dù dòng coil bình thường (Contacts fail to close while coil current is normal)

Triệu chứng lỗi:

Dòng điện coil nằm trong phạm vi bình thường, nhưng bộ tiếp điểm không đóng; tải không được cấp nguồn.

Phân tích lỗi:

Hiện tượng dính nhẹ một phía (single-sided adhesion) do lần vận hành trước, hoặc kẹt cơ khí trong cụm chuyển động khiến cơ cấu tiếp điểm không thể di chuyển hết hành trình, làm contactor không thể đóng hoàn toàn.

Nguyên nhân thường gặp:

• Dính một phía / hàn một phần (single-side adhesion / partial weld):
  Lớp hàn còn sót lại ở một phía làm tăng ma sát hoặc giữ một tiếp điểm không di chuyển được, khiến cơ cấu không hoàn tất hành trình hoặc không thể nhả hoàn toàn.

• Nhiễm bẩn cơ học:
  Bụi, sợi vải, mạt plating hoặc cặn bẩn trong quá trình sản xuất bám trên bề mặt tiếp điểm hoặc đường dẫn hướng gây cản trở dẫn điện hoặc chuyển động.

• Sai dung sai lắp ráp hoặc biến dạng:
  Lắp quá chặt, lệch tâm, thanh dẫn động bị cong hoặc khe hở không đủ trong cụm chuyển động, dẫn đến kẹt, ma sát lớn hoặc va chạm trong quá trình vận hành.

Vỡ nổ nghiêm trọng trong quá trình hoạt động (Catastrophic rupture/explosion during operation)

Triệu chứng lỗi:

Contactor bị hỏng nghiêm trọng trong khi đóng cắt, có dấu hiệu vỡ vỏ, cháy xém nặng hoặc nổ bên trong.

Phân tích lỗi:

Hành vi hồ quang bất thường do đấu sai cực hoặc hiện tượng dính một phía từ trước, khiến năng lượng hồ quang tập trung ở một khe hở nhỏ hơn mức thiết kế. Điều này vượt quá khả năng cắt của contactor và dẫn đến phá hủy hoàn toàn.

Nguyên nhân thường gặp:

• Đấu sai cực tính trên đường DC chính:
  Khi ngắt mạch trong điều kiện đảo cực, từ trường có thể kéo hồ quang vào bên trong, làm giảm độ dài hồ quang và khiến việc dập hồ quang trở nên khó khăn; hồ quang kéo dài dẫn đến hỏng nặng.

• Dính một phía trước khi mở:
  Một cực tiếp điểm bị kẹt, biến cơ chế double-break thành single-break với khe hở ngắn hơn nhiều. Khi cắt tải, năng lượng hồ quang tập trung vào khe hở còn lại và nhanh chóng phá hủy thiết bị.

• Dòng sự cố vượt khả năng cắt và bảo vệ thượng nguồn không đầy đủ:
  Dòng ngắn mạch quá lớn, trong khi bảo vệ phía trước (cầu chì hoặc CB) tác động chậm hoặc không có → hồ quang duy trì lâu tại tiếp điểm, gây cháy nổ hoặc nứt vỡ.

Các đổi mới công nghệ của HIITIO trong DC Contactor cao áp

HIITIO đã phát triển một danh mục đầy đủ các dòng DC contactor cao áp nhằm đáp ứng nhu cầu mới nổi của thị trường. Dưới đây là những khác biệt công nghệ cốt lõi của họ: