Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

обсуждение проблем неорганической химии, неорганического материаловедения, химии твердого тела и всего, что с этим связано
inorgancis, materials and solid state chemistry for professionals
chemigor
Сообщения: 519
Зарегистрирован: Вс июн 21, 2015 5:29 pm
Контактная информация:

Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение chemigor » Сб дек 15, 2018 3:38 pm

Добрый день,

надо скоммутировать 5-10кА и около 10В (только включать на горячую, выключать буду без тока). После коммутации там пройдет 100КДж, а может больше энергии. Сборка мосфетов горит регулярно. Тиристоры не подходят так как на них пару вольт упадет, и 20КДж коротким пульсом они не выдержат.

Надо обычный коммутатор делать, но что-то не находится.

Вроде два куска толстого материала может помочь. Медью попробовал - во время соединения двух пластин 5х5см внутреннее сопротивление было в одном эксперименте около 7мОм в другом - около 3кОм, и вся энергия в этом соединении рассеялось. Как я понимаю, окислы образуются.

Думаю соединять вольфрам, но еще не купил и не попробовал.

Пожалуйста, посоветуйте, правильно ли я мыслю, или вместо вольфрама правильнее взять что-то другое? Также не хотелось бы смотреть в сторону супердорогих металлов, так как там с кг надо.

Спасибо!

Alex K
Сообщения: 761
Зарегистрирован: Вт авг 09, 2011 7:29 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Alex K » Сб дек 15, 2018 4:01 pm

Из химических соображений - вольфрам легко окисляется. А чем традиционное для электротехники серебрение контактов не подходит?

Аватара пользователя
Авас Петяев
Сообщения: 135
Зарегистрирован: Вт апр 04, 2017 11:31 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Авас Петяев » Сб дек 15, 2018 4:35 pm

Вольфрам - это правильный выбор. Кроме хорошей электропроводности и рекордно высокой температуры плавления у вольфрама есть еще одно важное свойство, которое делает его одним из важнейших контактных материалов силовых сетей, - оксид вольфрама непрочный и испаряется при относительно низкой температуре (при прохождении высоких токов через вольфрамовый контакт одновременно происходит и окисление вольфрама, и самоочистка от оксида).
Еще лучше чем чистый вольфрам работают спеченные композиционные контактные материалы из вольфрама и меди.
http://www.tungsten-copper.com/russian/ ... tacts.html

Aequilibris
Сообщения: 169
Зарегистрирован: Вт окт 16, 2018 9:12 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Aequilibris » Сб дек 15, 2018 5:58 pm

chemigor писал(а):
Сб дек 15, 2018 3:38 pm
надо скоммутировать 5-10кА и около 10В (только включать на горячую, выключать буду без тока). После коммутации там пройдет 100КДж, а может больше энергии. Сборка мосфетов горит регулярно. Тиристоры не подходят так как на них пару вольт упадет, и 20КДж коротким пульсом они не выдержат.
А не лучше ли коммутировать ещё до преобразования в низкое напряжение ?

Насколько часты будут переключения ? Предполагаю, что нечасто. Тогда лучше попробовать подыскать подходящий герсикон (и даже геркон повышенной мощности справится - вопрос лишь сколько он выдержит переключений), ибо по духу это то, что Вы хотите сделать. При переключении механического контакта будет "шум" в любом случае - что так, что эдак.
chemigor писал(а):
Сб дек 15, 2018 3:38 pm
Думаю соединять вольфрам, но еще не купил и не попробовал.
Вольфрам - хорош. Прослужит долго. Краткосрочные нагревы ему нипочём, окисляться он будет медленно (только в сверх-краткие моменты достижения действительно высоких температур). Ещё важнее, что там не будет проблем с тем, что этот слой станет в конечном счёте изолирующим. Но контактное сопротивление будет высоким, а потери мощности ощутимыми (если только пластины не сделать крупными, с сильным механическим подпружиниванием). Кроме того, когда дело дойдёт до покупки, может выясниться, что подходящая заготивка (пластина) из вольфрама на практике будет весьма дорогой. Возможно проще (и даже, парадоксальным образом, дешевле) будет позолотить медные пластины. И это, в общем случае, может быть существенно лучше. Однако такой переключатель, с предполагаемым тонким слоем позолоты, будет работать долго и счастливо вероятно лишь если его механическая часть будет сделана аккуратно. Впрочем, даже в случае ускоренного истирания поверхностный слой меди в местах сильного нагрева будет вероятно обогащён золотом, что должно существенно улучшить свойство контакта.

P.S. Серебро - явно посредственный вариант. Корродировать в воздухе будет несомненно, а в неблагоприятных условиях эксплуатации очень быстро. А вот информация Аваса Петяева про медь-вольфрамовый сплав - весьма интересна, и однозначно заслуживает внимания.

Alex K
Сообщения: 761
Зарегистрирован: Вт авг 09, 2011 7:29 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Alex K » Сб дек 15, 2018 8:03 pm

Авас Петяев писал(а):
Сб дек 15, 2018 4:35 pm
Вольфрам - это правильный выбор. Кроме хорошей электропроводности и рекордно высокой температуры плавления у вольфрама есть еще одно важное свойство, которое делает его одним из важнейших контактных материалов силовых сетей, - оксид вольфрама непрочный и испаряется при относительно низкой температуре (при прохождении высоких токов через вольфрамовый контакт одновременно происходит и окисление вольфрама, и самоочистка от оксида).
Еще лучше чем чистый вольфрам работают спеченные композиционные контактные материалы из вольфрама и меди.
http://www.tungsten-copper.com/russian/ ... tacts.html
у "непрочного" WO3 температура плавления 1470С, между прочим. :-) И окислятся вольфрам кислородом где-то при 500С, а "относительно низкая" температура испарения (и не сказать, чтоб быстрого, ведь) того оксида - под 1000С...
И испаряется он именно в виде (WO3)n, т.е. унося вольфрам. Через некоторое количество циклов на месте контакта будет яма...
И удельное сопротивление у него раза в 3 выше,чем у меди

Да, перевод по ссылке порадовал :-)

Аватара пользователя
bigM
Сообщения: 2542
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2017 2:05 am

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение bigM » Сб дек 15, 2018 8:45 pm

chemigor писал(а):
Сб дек 15, 2018 3:38 pm
Тиристоры не подходят так как на них пару вольт упадет, и 20КДж коротким пульсом они не выдержат.
где это у лавинных тиристоров наблюдается "просадка" напряжения, в какой момент?
Не красота спасёт мир, а транквилизаторы.

Аватара пользователя
bigM
Сообщения: 2542
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2017 2:05 am

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение bigM » Сб дек 15, 2018 9:06 pm

а готовые ламельные группы или контакторы использовать нельзя? или заказать, например, здесь? http://www.kontakt-saratov.ru/vakuumny/zapasn_chasti/
Не красота спасёт мир, а транквилизаторы.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 11843
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение avor » Сб дек 15, 2018 9:47 pm

Aequilibris писал(а):
Сб дек 15, 2018 5:58 pm
А не лучше ли коммутировать ещё до преобразования в низкое напряжение ?
О! Золотые слова! Знакомый инженер силовых установок так и сказал. Нормальные люди коммутируют в таком разе на высоких напряжениях и низких токах.

chemigor
Сообщения: 519
Зарегистрирован: Вс июн 21, 2015 5:29 pm
Контактная информация:

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение chemigor » Сб дек 15, 2018 11:14 pm

Огромное спасибо за советы! Несколько вариантов именно на электронике перепробовал. На данный момент - мосфеты - идеальный вариант, но требующий огромной сборки из 50-100 штук. Если иметь только 8 (как у меня было) горит из-за дисбаланса и внутреннего перегрева. Коммутировать на высокой части не представляется возможности, так как у меня есть источник такого напряжения и тока, а наш офис пока еще не подключен к толстой индустриальной линии с 100кВатт.

Пока тендирую к 4х4см вольфрамового контактора в аргоне (медь-вольфрам быстро не нашел, но идея классная, спасибо, Авас Петяев!!!), на днях, надеюсь собрать и промерить в динамике реально достигаемое сопротивление.

Alex K
Сообщения: 761
Зарегистрирован: Вт авг 09, 2011 7:29 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Alex K » Сб дек 15, 2018 11:50 pm

chemigor писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:14 pm
Огромное спасибо за советы! Несколько вариантов именно на электронике перепробовал. На данный момент - мосфеты - идеальный вариант, но требующий огромной сборки из 50-100 штук. Если иметь только 8 (как у меня было) горит из-за дисбаланса и внутреннего перегрева. Коммутировать на высокой части не представляется возможности, так как у меня есть источник такого напряжения и тока, а наш офис пока еще не подключен к толстой индустриальной линии с 100кВатт.

Пока тендирую к 4х4см вольфрамового контактора в аргоне (медь-вольфрам быстро не нашел, но идея классная, спасибо, Авас Петяев!!!), на днях, надеюсь собрать и промерить в динамике реально достигаемое сопротивление.
а если в аргоне,то м.б. и медь подойдет? Медь-вольфрам скорее всего окисляться будет почти как медь в медной части - он же двухфазный...
и почему, кстати, оптимальны полевики, а не БТИЗы ?

chemigor
Сообщения: 519
Зарегистрирован: Вс июн 21, 2015 5:29 pm
Контактная информация:

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение chemigor » Вс дек 16, 2018 1:43 am

Спасибо большое всем за советы и участие!
Alex K писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:50 pm
а если в аргоне,то м.б. и медь подойдет?
я тоже об этом задумывался, но свой первый эксперимент (что в головном посте описал) на воздухе сделал.

ИМХО, цена технического вольфрама (150 евро за кг) и меди (почти 100 евро за кг) почти одинакова, вольфрам плох тем, что его толком не обработаешь, но медь у меня реально оплавилась, так как на ней почти вся энергия выделилась. Я не планировал делать супер-пупер идеальную аргоновую атмосферу, только перед переключением в корпус аргона наподдуть, и, то есть окислы меди не исчезнут, и продолжат портить соединение.
Alex K писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:50 pm
Медь-вольфрам скорее всего окисляться будет почти как медь в медной части - он же двухфазный...
этот вопрос тоже не понятен, как раз именно из-за двухфазности. Кроме рекламных материалов как это клево, я пока в интернете ничего не нашел, и, также не нашел где можно купить болванку из оной за вменяемые деньги и со вменяемым временем доставки, поэтому, сказав спасибо, оставил этот материал "на потом подумаю".
Alex K писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:50 pm
и почему, кстати, оптимальны полевики, а не БТИЗы ?
в общем-то при прочих равных их сопротивление в открытом состоянии схоже, и иногда IGBT я пользую, вместо мосфетов, но у них очень медленное время переключения, и, из-за этого при прочих равных на них может рассеяться больше. Когда подбирал номиналы и корпуса для мосфетной сборки не ограничивал себя именно мосфетами и рассматривал в том числе подходящие IGBT. Выбирал по мойсеру и фарнелу. Получилось, что на мосфетах сделать было при одинаковом сопротивлении и приемлемой для меня скорости фронта дешевле.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 11843
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение avor » Вс дек 16, 2018 4:51 am

chemigor писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:14 pm
Коммутировать на высокой части не представляется возможности, так как у меня есть источник такого напряжения и тока, а наш офис пока еще не подключен к толстой индустриальной линии с 100кВ
Дело конечно ваше. Но 100кВт это 50-70 бытовых электрочайников или 100 утюгов или 70-150 микроволновок или 20-25 бытовых электроплит 4-х конфорочных (а еще есть стиральные машины и холодильники) т.е. это меньше(При чем существенно(как минимум в несколько раз)) чем средний современный многоквартирный дом. А даже у меня в пригородном поселке до ближайшей подстанции с 10кВ ЛЭП меньше километра, а сама ЛЭП в прямой видимости от дачного участка.

Iskander
Сообщения: 3152
Зарегистрирован: Чт июн 30, 2005 6:45 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Iskander » Вс дек 16, 2018 7:59 am

Идеальный проводник - жидкий. Ртуть и калий не предлагаю, но легкоплавкие сплавы (особенно бессвинцовые) - вполне. Были какие-то наработки на униполярных генераторах особой мощности. Второй вариант - ионные жидкости. Что-то типа литий-алюминий хлорида, или хотя бы расплава хлорида цинка.

Ну или гори оно огнём. :twisted: Формируем контактную пару по типу свечи Яблочкова и роняем её для замыкания на массивную медную пластину. Ну, подгорит немного - не жалко. Можно уронить в стакан с жидким цинком.

Aequilibris
Сообщения: 169
Зарегистрирован: Вт окт 16, 2018 9:12 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Aequilibris » Вс дек 16, 2018 12:48 pm

chemigor писал(а):
Сб дек 15, 2018 3:38 pm
После коммутации там пройдет 100КДж, а может больше энергии. Сборка мосфетов горит регулярно. Тиристоры не подходят так как на них пару вольт упадет, и 20КДж коротким пульсом они не выдержат.
chemigor писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:14 pm
Коммутировать на высокой части не представляется возможности, так как у меня есть источник такого напряжения и тока, а наш офис пока еще не подключен к толстой индустриальной линии с 100кВатт.
Я было подумал, что у Вас такие токи импульсные - сбило с толку, что были даны джоули, а не ватты. Если напряжение питающее, в постоянном режиме, то моё предложение с герсиконами явно отпадает; может, конечно, и производят монстры на много тысяч ампер, но обычно - порядка сотни. Параллелить их при низких напряжениях можно было бы запросто, но дорого всё это очень, если только "дядя на герсиконовой фабрике не работает" :).

Но мне, честно говоря, даже затруднительно представить, что же это у Вас за источник и какие же там у Вас подводящие кабели по толщине. Они, может, столько стоят, что за эти деньги и запитаться от высоковольтного источника можно :). Всё-таки стоит искать способ получить напряжение хотя-бы на порядок выше. Если бы у Вас речь шла о мощностях на порядок-два больших, то там стандартный вариант полной развязки с парой электродвигатель/генератор. Но тут такое выделки, конечно, не стоит. Как и не стоит пытаться что-то воротить с катушкой Румкорфа и с компактным высокочастотным преобразователем.

Aequilibris
Сообщения: 169
Зарегистрирован: Вт окт 16, 2018 9:12 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Aequilibris » Вс дек 16, 2018 12:57 pm

chemigor писал(а):
Вс дек 16, 2018 1:43 am
... вольфрам плох тем, что его толком не обработаешь, но медь у меня реально оплавилась, так как на ней почти вся энергия выделилась. Я не планировал делать супер-пупер идеальную аргоновую атмосферу, только перед переключением в корпус аргона наподдуть, и, то есть окислы меди не исчезнут, и продолжат портить соединение.
Alex K писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:50 pm
Медь-вольфрам скорее всего окисляться будет почти как медь в медной части - он же двухфазный...
этот вопрос тоже не понятен, как раз именно из-за двухфазности. Кроме рекламных материалов как это клево, я пока в интернете ничего не нашел, и, также не нашел где можно купить болванку из оной за вменяемые деньги и со вменяемым временем доставки, поэтому, сказав спасибо, оставил этот материал "на потом подумаю".
Для меня информация про медно-вольфрамовые сплавы от Аваса Петяева была новостью, но ведь это как раз таки достаточно логично - и Вы сами выше отчасти отвечаете на вопрос почему.

Медь-вольфрам будет пластичен, что хорошо не только для обработки, но и как материал для контактных пластин, обеспечивая возможности для более хорошего прилегания. Да, медь будет окисляться и при сотне-двух градусов, но это не проблема, если процесс не пойдёт вглубь - ведь вольфрам в этих условиях окисляться не будет. Кроме того, медь ещё и существенно более электро- и теплопроводна, что даёт возможности эксплуатации при более мягких условиях. Ну а если условия такие, что всё плавится и брызгает, то вольфрам конечно лучше - но это уже далеко от приемлемых условий эксплуатации (может быть кроме импульсных). Поэтому-то наверное этот и подобные двухфазные сплавы таки выглядят весьма популярными.

Aequilibris
Сообщения: 169
Зарегистрирован: Вт окт 16, 2018 9:12 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Aequilibris » Вс дек 16, 2018 1:06 pm

chemigor писал(а):
Вс дек 16, 2018 1:43 am
Alex K писал(а):
Сб дек 15, 2018 11:50 pm
и почему, кстати, оптимальны полевики, а не БТИЗы ?
в общем-то при прочих равных их сопротивление в открытом состоянии схоже, и иногда IGBT я пользую, вместо мосфетов, но у них очень медленное время переключения, и, из-за этого при прочих равных на них может рассеяться больше. Когда подбирал номиналы и корпуса для мосфетной сборки не ограничивал себя именно мосфетами и рассматривал в том числе подходящие IGBT. Выбирал по мойсеру и фарнелу. Получилось, что на мосфетах сделать было при одинаковом сопротивлении и приемлемой для меня скорости фронта дешевле.
Если грубо, то MOSFET эквивалентен одному диоду и сопротивлению , а IGBT -- по сути аналог биполярного транзистора - двум диодам. На первом, грубо падает ~1 B + R*I, а на втором - ~2B + C*(logI), причём второе слагаемое маленькое и им можно пренебречь. И то и то для Ваших целей плохо, я бы сказал неприемлемо - Вы теряете 10-20% энергии даже в идеальном случае. Но если у Вас много денег, то конечно MOSFET гораздо лучше. У лучших низковольтных MOSFET-ов то самое R в формуле выше может быть менее 10 мОм, а в последних доходить до 1 мОм. Т.е. в последнем случае характеристики приблизительно сравняются при токе в 1000 A. Если у Вас 10 кA и 100 таких MOSFET-ов, то падение напряжения будет всего лишь около 1.1 В, что гораздо лучше чем у IGBT. Кроме того то, что MOSFET ведёт себя как сопротивление улучшает возможности для распараллеливания (если IGBT будут существенно отличаться, то вероятность того, что они будут гореть друг за другом - выше).

UPD. Подправил написание единиц измерения, а то была у меня мешанина кириллицы и латиницы уж совсем плохо распознаваемая.
Последний раз редактировалось Aequilibris Вт дек 18, 2018 1:52 pm, всего редактировалось 1 раз.

Aequilibris
Сообщения: 169
Зарегистрирован: Вт окт 16, 2018 9:12 pm

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение Aequilibris » Вс дек 16, 2018 1:11 pm

Iskander писал(а):
Вс дек 16, 2018 7:59 am
Идеальный проводник - жидкий. Ртуть и калий не предлагаю, но легкоплавкие сплавы (особенно бессвинцовые) - вполне. Были какие-то наработки на униполярных генераторах особой мощности. Второй вариант - ионные жидкости. Что-то типа литий-алюминий хлорида, или хотя бы расплава хлорида цинка.
Классику предлагаете, типа прерывателей Фуко - в исходном варианте спирт на ртути, которая гасит дугу ? :). Боюсь, что именно ртуть, и только она, будет действительно хороша. А это, я думаю, неприемлемо. Можно, конечно, баловаться с галлием, но это только под аргоном, пусть даже и плохим. Но всё это будет выглядеть, особенно по-началу, как эксперименты школьника вырвавшегося на волю :).

chemigor
Сообщения: 519
Зарегистрирован: Вс июн 21, 2015 5:29 pm
Контактная информация:

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение chemigor » Вс дек 16, 2018 3:05 pm

Aequilibris писал(а):
Вс дек 16, 2018 1:06 pm
Если грубо, то MOSFET эквивалентен одному диоду и сопротивлению , а IGBT -- по сути аналог биполярного транзистора - двум диодам.
Это верно, если есть возможность, я тоже IGBT пользую, в данном случае было сложно. Мосфеты, что я пользовал, были IPT007N06N, у них 0.75мОм. Уже было развел еще одну плату на другой корпус, чтоб 0.45мОм на мосфет иметь.

На сборке из восьми мосфетов IPT007N06N у меня должно было быть 6мОм, но в реальности получалось где-то 10мОм. Токи были в том эксперименте около 3кА, и все равно они ласты склеяли, но так как надо больше, и, в идеале, около сотни мосфетов, я стал думать в другом направлении.

Про джоули, а не ватты - это из-за того, что у меня нагрузка - это катушка, которая намагничивает магниты по Хальбаху. И эта катушка до того, как нагреется до 500С может поглатить около 100кДж, а из-за сильного скин эффекта самого магнита пульс намагничивания приходится делать очень долгим - порядка секунды.

chemigor
Сообщения: 519
Зарегистрирован: Вс июн 21, 2015 5:29 pm
Контактная информация:

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение chemigor » Вс дек 16, 2018 3:09 pm

avor писал(а):
Вс дек 16, 2018 4:51 am
Дело конечно ваше. Но 100кВт это 50-70 бытовых электрочайников или 100 утюгов или 70-150 микроволновок или 20-25 бытовых электроплит 4-х конфорочных (а еще есть стиральные машины и холодильники) т.е. это меньше(При чем существенно(как минимум в несколько раз)) чем средний современный многоквартирный дом. А даже у меня в пригородном поселке до ближайшей подстанции с 10кВ ЛЭП меньше километра, а сама ЛЭП в прямой видимости от дачного участка.
Я в курсе, мне самому кажется диким, что имея в полутора метрах от дома ВВ линию мне до сих пор не дали разрешения туда подключится, но, это специфика местности, или даже страны, в которой я живу, там да, именно так. Будет нормальное производство, открою пинком дверь в кабинете местного мэра и поставлю вопрос ребром, или подключайте, или налоги будут в другой местности платиться, а если его решение будет негативным, еще и в местную газету напишу, тот журналюги часто лучше полицаев работают.
Последний раз редактировалось chemigor Вс дек 16, 2018 3:20 pm, всего редактировалось 2 раза.

chemigor
Сообщения: 519
Зарегистрирован: Вс июн 21, 2015 5:29 pm
Контактная информация:

Re: Поверхность какого проводника мало деградирует на больших токах?

Сообщение chemigor » Вс дек 16, 2018 3:15 pm

Iskander писал(а):
Вс дек 16, 2018 7:59 am
Ну или гори оно огнём. :twisted: Формируем контактную пару по типу свечи Яблочкова и роняем её для замыкания на массивную медную пластину. Ну, подгорит немного - не жалко. Можно уронить в стакан с жидким цинком.
кстати, когда я медью коммутировал, то примерно так и было - две медные пластинки см толщиной соприкасались друг с другом площадью 5х5см а это соприкосновение, чтоб быстрее получилось, подгонялось кувалдометром. Все равно оно все поплавилось.

Вольфрам купил, два кубика по килограмму, посмотрим что из этого выйдет :)

Ответить

Вернуться в «неорганическая химия и химия твердого тела / inorganic chemistry»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 5 гостей