نظرة عامة على موصل الجهد العالي
موصلات الجهد العالي، والمعروفة أيضًا باسم موصلات الجهد العالي، هي نوع من موصلات السيارات. وهي تُشير عمومًا إلى موصلات بجهد تشغيل أعلى من 60 فولت، وهي مسؤولة بشكل رئيسي عن نقل التيارات الكبيرة.
تُستخدم موصلات الجهد العالي بشكل رئيسي في دوائر الجهد والتيار العالي في المركبات الكهربائية. تعمل هذه الموصلات مع الأسلاك لنقل طاقة حزمة البطارية عبر دوائر كهربائية مختلفة إلى مكونات مختلفة في نظام المركبة، مثل حزم البطاريات، ووحدات التحكم في المحركات، ومحولات التيار المستمر (DCDC). تُستخدم أيضًا مكونات الجهد العالي مثل المحولات والشواحن.
يوجد حاليًا ثلاثة أنظمة قياسية رئيسية لموصلات الجهد العالي، وهي موصلات الجهد المنخفض القياسية، وموصلات الجهد العالي القياسية (USCAR)، وموصلات الجهد العالي القياسية اليابانية. ومن بين هذه الموصلات الثلاثة، تتمتع موصلات الجهد المنخفض حاليًا بأكبر انتشار في السوق المحلية، وهي الأكثر شمولًا في معايير المعالجة.
مخطط عملية تجميع موصل الجهد العالي
الهيكل الأساسي للموصل عالي الجهد
تتكون موصلات الجهد العالي بشكل أساسي من أربعة هياكل أساسية وهي: الموصلات، والعوازل، والأغلفة البلاستيكية، والملحقات.
(1) جهات الاتصال: الأجزاء الأساسية التي تكمل التوصيلات الكهربائية، وهي المحطات الطرفية الذكرية والأنثوية، والقصب، وما إلى ذلك؛
(2) العازل: يدعم جهات الاتصال ويضمن العزل بين جهات الاتصال، أي الغلاف البلاستيكي الداخلي؛
(3) الغلاف البلاستيكي: يضمن غلاف الموصل محاذاة الموصل ويحمي الموصل بالكامل، أي الغلاف البلاستيكي الخارجي؛
(4) الملحقات: بما في ذلك الملحقات الهيكلية وملحقات التثبيت، وهي دبابيس التموضع، ودبابيس التوجيه، وحلقات التوصيل، وحلقات الختم، والرافعات الدوارة، وهياكل القفل، وما إلى ذلك.
منظر انفجار موصل الجهد العالي
تصنيف موصلات الجهد العالي
يمكن تمييز موصلات الجهد العالي بعدة طرق. ويمكن تحديد تصنيف الموصل بناءً على وظيفة الحماية، وعدد دبابيس الموصل، وما إلى ذلك.
1.سواء كان هناك حجب أم لا
يتم تقسيم موصلات الجهد العالي إلى موصلات غير محمية وموصلات محمية وفقًا لما إذا كانت تحتوي على وظائف الحماية أم لا.
تتميز الموصلات غير المحمية ببنية بسيطة نسبيًا، ولا تتطلب حماية، وتكلفة منخفضة نسبيًا. تُستخدم في الأماكن التي لا تتطلب حماية، مثل الأجهزة الكهربائية المغطاة بأغطية معدنية، مثل دوائر الشحن، وأجزاء البطاريات، وأجزاء التحكم.
أمثلة على الموصلات التي لا تحتوي على طبقة حماية ولا تحتوي على تصميم تشابك عالي الجهد
تتميز الموصلات المحمية بهياكل معقدة، ومتطلبات حماية، وتكاليف مرتفعة نسبيًا. وهي مناسبة للأماكن التي تتطلب حماية، مثل توصيل الأجهزة الكهربائية الخارجية بحزم أسلاك عالية الجهد.
موصل مع درع وتصميم HVIL مثال
2. عدد المقابس
تُصنف موصلات الجهد العالي حسب عدد منافذ التوصيل (PIN). حاليًا، أكثرها شيوعًا هي موصل 1P، وموصل 2P، وموصل 3P.
يتميز موصل 1P بهيكل بسيط نسبيًا وتكلفة منخفضة. يلبي متطلبات الحماية والعزل المائي لأنظمة الجهد العالي، إلا أن عملية التجميع معقدة بعض الشيء وقابلية إعادة التصنيع ضعيفة. يُستخدم عادةً في مجموعات البطاريات والمحركات.
تتميز موصلات 2P و3P بتركيبها المعقد وتكاليفها المرتفعة نسبيًا. وهي تلبي متطلبات الحماية والعزل المائي لأنظمة الجهد العالي، وتتميز بسهولة صيانتها. تُستخدم عادةً في مدخلات ومخرجات التيار المستمر، مثل بطاريات الجهد العالي، وأطراف التحكم، وأطراف إخراج التيار المستمر للشواحن، وغيرها.
مثال على موصل الجهد العالي 1P/2P/3P
المتطلبات العامة لموصلات الجهد العالي
يجب أن تتوافق موصلات الجهد العالي مع المتطلبات المحددة بواسطة SAE J1742 وأن تحتوي على المتطلبات الفنية التالية:
المتطلبات الفنية المحددة في SAE J1742
عناصر تصميم موصلات الجهد العالي
تتضمن متطلبات موصلات الجهد العالي في أنظمة الجهد العالي ما يلي على سبيل المثال لا الحصر: أداء الجهد العالي والتيار العالي؛ الحاجة إلى القدرة على تحقيق مستويات أعلى من الحماية في ظل ظروف عمل مختلفة (مثل درجات الحرارة العالية، والاهتزاز، وتأثير الاصطدام، ومقاومة الغبار والماء، وما إلى ذلك)؛ لديها إمكانية التثبيت؛ لديها أداء حماية كهرومغناطيسي جيد؛ يجب أن تكون التكلفة منخفضة قدر الإمكان ودائمة.
وفقًا للخصائص والمتطلبات المذكورة أعلاه التي يجب أن تتمتع بها موصلات الجهد العالي، في بداية تصميم موصلات الجهد العالي، يجب أخذ عناصر التصميم التالية في الاعتبار وإجراء التحقق المستهدف من التصميم والاختبار.
قائمة مقارنة لعناصر التصميم واختبارات الأداء والتحقق المقابلة للموصلات عالية الجهد
تحليل الأعطال والتدابير المقابلة للموصلات ذات الجهد العالي
من أجل تحسين موثوقية تصميم الموصل، يجب أولاً تحليل وضع فشله حتى يمكن إجراء أعمال التصميم الوقائي المقابلة.
عادةً ما يكون للموصلات ثلاثة أوضاع فشل رئيسية: ضعف الاتصال، وضعف العزل، والتثبيت الفضفاض.
(1) بالنسبة للاتصال الضعيف، يمكن استخدام مؤشرات مثل مقاومة الاتصال الساكنة، ومقاومة الاتصال الديناميكية، وقوة فصل الفتحة الواحدة، ونقاط الاتصال ومقاومة الاهتزاز للمكونات للحكم؛
(2) بالنسبة للعزل الضعيف، يمكن الكشف عن مقاومة العزل للعازل، ومعدل التدهور الزمني للعازل، ومؤشرات حجم العازل، والاتصالات والأجزاء الأخرى للحكم؛
(3) بالنسبة لموثوقية النوع الثابت والمنفصل، يمكن اختبار تحمل التجميع، ولحظة التحمل، وقوة الاحتفاظ بدبوس التوصيل، وقوة إدخال دبوس التوصيل، وقوة الاحتفاظ في ظل ظروف الإجهاد البيئي وغيرها من المؤشرات الخاصة بالطرف والموصل للحكم.
بعد تحليل أوضاع الفشل الرئيسية وأشكال فشل الموصل، يمكن اتخاذ التدابير التالية لتحسين موثوقية تصميم الموصل:
(1) حدد الموصل المناسب.
يجب ألا يقتصر اختيار الموصلات على مراعاة نوع وعدد الدوائر المتصلة فحسب، بل يجب أيضًا تسهيل تركيب المعدات. على سبيل المثال، تتأثر الموصلات الدائرية بشكل أقل بالعوامل المناخية والميكانيكية من الموصلات المستطيلة، كما أنها أقل عرضة للتآكل الميكانيكي، وتتصل بنهايات الأسلاك بشكل موثوق، لذا يُنصح باختيار الموصلات الدائرية قدر الإمكان.
(2) كلما زاد عدد نقاط التلامس في الموصل، انخفضت موثوقية النظام. لذلك، إذا سمحت المساحة والوزن، فحاول اختيار موصل ذي عدد نقاط تلامس أقل.
(3) عند اختيار الموصل، يجب مراعاة ظروف عمل المعدات.
يرجع ذلك إلى أن تيار الحمل الكلي وتيار التشغيل الأقصى للموصل يُحدَّدان عادةً بناءً على الحرارة المسموح بها عند التشغيل في أعلى درجات حرارة البيئة المحيطة. ولخفض درجة حرارة تشغيل الموصل، يجب مراعاة ظروف تبديد الحرارة بدقة. على سبيل المثال، يمكن استخدام نقاط اتصال أبعد عن مركز الموصل لتوصيل مصدر الطاقة، مما يُحسّن تبديد الحرارة.
(4) مقاوم للماء ومضاد للتآكل.
عند استخدام الموصل في بيئة تحتوي على غازات وسوائل أكالة، ولمنع التآكل، يُنصح بتركيبه أفقيًا من الجانب أثناء التركيب. أما إذا تطلبت الظروف تركيبًا رأسيًا، فيجب منع تدفق السوائل إلى الموصل عبر الأسلاك. يُنصح عمومًا باستخدام موصلات مقاومة للماء.
نقاط رئيسية في تصميم جهات اتصال الموصلات ذات الجهد العالي
تدرس تقنية توصيل التلامس بشكل أساسي منطقة التلامس وقوة التلامس، بما في ذلك توصيل التلامس بين المحطات والأسلاك، وتوصيل التلامس بين المحطات.
تُعد موثوقية جهات الاتصال عاملاً مهمًا في تحديد موثوقية النظام كما أنها جزء مهم من مجموعة أسلاك الجهد العالي بأكملهابسبب بيئة العمل القاسية لبعض المحطات والأسلاك والموصلات، فإن الاتصال بين المحطات والأسلاك، والاتصال بين المحطات والمحطات، يكون عرضة لأعطال مختلفة، مثل التآكل والشيخوخة والتفكك بسبب الاهتزاز.
نظرًا لأن أعطال حزمة الأسلاك الكهربائية الناجمة عن التلف أو الارتخاء أو السقوط أو فشل جهات الاتصال تمثل أكثر من 50٪ من حالات الفشل في النظام الكهربائي بأكمله، فيجب إيلاء الاهتمام الكامل لتصميم موثوقية جهات الاتصال في تصميم موثوقية النظام الكهربائي عالي الجهد للمركبة.
1. اتصال التلامس بين الطرف والسلك
يُقصد بالتوصيل بين الأطراف والأسلاك عملية الضغط أو اللحام بالموجات فوق الصوتية. تُستخدم عمليتا الضغط واللحام بالموجات فوق الصوتية حاليًا على نطاق واسع في حزم أسلاك الجهد العالي، ولكل منهما مزاياه وعيوبه.
(1) عملية الضغط
مبدأ عملية الضغط هو استخدام قوة خارجية لضغط سلك الموصل ببساطة في الجزء المضغوط من الطرف. يُعد الارتفاع والعرض وحالة المقطع العرضي وقوة السحب في ضغط الطرف، العناصر الأساسية لجودة ضغط الطرف، والتي تُحدد جودة الضغط.
مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن البنية الدقيقة لأي سطح صلب مُعالَج بدقة تكون دائمًا خشنة وغير مستوية. بعد تجعيد الأطراف والأسلاك، لا يتعلق الأمر بتلامس سطح التلامس بأكمله، بل بتلامس بعض النقاط المتناثرة عليه. لذا، يجب أن يكون سطح التلامس الفعلي أصغر من سطح التلامس النظري، وهذا أيضًا سبب ارتفاع مقاومة التلامس في عملية التجعيد.
يتأثر الضغط الميكانيكي بشكل كبير بعملية الضغط، مثل الضغط وارتفاع الضغط، وما إلى ذلك. يجب التحكم في الإنتاج من خلال وسائل مثل ارتفاع الضغط وتحليل المقطع/التحليل المعدني. لذلك، يكون اتساق الضغط في عملية الضغط متوسطًا، ويكون تآكل الأداة كبيرًا، والموثوقية متوسطة.
عملية الضغط الميكانيكية متطورة ولها تطبيقات عملية واسعة. إنها عملية تقليدية. يستخدم معظم الموردين الكبار هذه العملية في منتجاتهم من حزم الأسلاك.
ملفات تعريف الاتصال الطرفية والأسلاك باستخدام عملية الضغط
(2) عملية اللحام بالموجات فوق الصوتية
يستخدم اللحام بالموجات فوق الصوتية موجات اهتزازية عالية التردد لنقلها إلى سطحي الجسمين المراد لحامهما. تحت الضغط، تحتك أسطح الجسمين ببعضها البعض لتكوين اندماج بين الطبقات الجزيئية.
يستخدم اللحام بالموجات فوق الصوتية مولدًا فوق صوتي لتحويل تيار ٥٠/٦٠ هرتز إلى طاقة كهربائية بتردد ١٥، ٢٠، ٣٠، أو ٤٠ كيلوهرتز. تُحوّل الطاقة الكهربائية عالية التردد المُحوّلة مرة أخرى إلى حركة ميكانيكية بنفس التردد عبر محول الطاقة، ثم تُنقل هذه الحركة الميكانيكية إلى رأس اللحام عبر مجموعة من أجهزة القرن لتغيير السعة. ينقل رأس اللحام طاقة الاهتزاز المُستقبلة إلى مفصل قطعة العمل المراد لحامها. في هذه المنطقة، تُحوّل طاقة الاهتزاز إلى طاقة حرارية من خلال الاحتكاك، مما يُذيب المعدن.
من حيث الأداء، تتميز عملية اللحام بالموجات فوق الصوتية بمقاومة اتصال صغيرة وتسخين تيار زائد منخفض لفترة طويلة؛ من حيث السلامة، فهي موثوقة وليس من السهل فكها وسقوطها تحت الاهتزاز طويل الأمد؛ يمكن استخدامها في اللحام بين مواد مختلفة؛ تتأثر بأكسدة السطح أو الطلاء بعد ذلك؛ يمكن الحكم على جودة اللحام من خلال مراقبة الأشكال الموجية ذات الصلة لعملية الضغط.
على الرغم من أن تكلفة معدات عملية اللحام بالموجات فوق الصوتية مرتفعة نسبيًا، ولا يمكن أن تكون الأجزاء المعدنية المراد لحامها سميكة جدًا (عادةً ≤ 5 مم)، فإن اللحام بالموجات فوق الصوتية هو عملية ميكانيكية ولا يتدفق التيار أثناء عملية اللحام بأكملها، لذلك لا توجد مشاكل التوصيل الحراري والمقاومة هي الاتجاهات المستقبلية في لحام تسخير الأسلاك عالية الجهد.
المحطات والموصلات ذات اللحام بالموجات فوق الصوتية ومقاطع تلامسها
بغض النظر عن عملية العقص أو اللحام بالموجات فوق الصوتية، بعد توصيل الطرف بالسلك، يجب أن تتوافق قوة سحبه مع المتطلبات القياسية. بعد توصيل السلك بالموصل، يجب ألا تقل قوة السحب عن الحد الأدنى لقوة السحب.
وقت النشر: 6 ديسمبر 2023