Sisteminė relės kontaktų medžiagų ir naudojimo trukmės analizė

Relės yra vieni iš dažniausiai naudojamų valdymo komponentų ne-standartinėse automatizuotose valdymo sistemose, galios valdymo sistemose ir pramoninėje įrangoje. Relės veikimo esmė slypi jos kontaktų sistemoje. Kontaktinių medžiagų parinkimas ir atitinkamas elektrinis bei mechaninis tarnavimo laikas tiesiogiai lemia relės patikimumą, priežiūros ciklą ir visos sistemos stabilumą. Tinkamas kontaktinių medžiagų ir konstrukcinių formų parinkimas padeda žymiai sumažinti įrangos gedimų skaičių ir priežiūros išlaidas.

 

 

Relės eksploatavimo trukmė paprastai skirstoma į dvi kategorijas: mechaninę ir elektrinę.

 

Mechaninė eksploatavimo trukmė reiškia pakartojamų operacijų, kurias sukelia vien mechaninis veiksmas be apkrovos, skaičius, paprastai pasiekiantis milijonus ar net milijardus kartų. Kita vertus, elektros eksploatavimo trukmė reiškia, kiek kartų kontaktai atlieka perjungimo veiksmus ir palaiko normalią funkciją esant vardinės apkrovos sąlygoms, ir paprastai yra žymiai mažesnė nei mechaninė.

 

Įprasta numatoma bendrosios paskirties{0}}relių ir galios relių elektros eksploatavimo trukmė paprastai yra ne mažesnė kaip 100 000 ciklų, tačiau ši vertė labai priklauso nuo konkrečių veikimo sąlygų. Kai kontaktai veikia žemesnėmis nei vardinė apkrova sąlygomis, faktinė jų elektros eksploatavimo trukmė dažnai gali pailgėti kelis kartus. Pavyzdžiui, didelės-srovės vardiniai kontaktai turi žymiai sumažintą lanko energiją ir lėtesnį medžiagos erozijos greitį perjungiant mažesnes varžines apkrovas, todėl jų eksploatavimo trukmė yra milijonai ciklų.

 

Elektros eksploatavimo laikas paprastai baigiasi dėl šių gedimo režimų: Medžiagos migracija vyksta esant pasikartojančiam lankui, dėl kurio susidaro suvirinimas arba sukibimas; Didelis medžiagos praradimas dėl kontaktinio paviršiaus purslų ar abliacijos neleidžia stabiliam elektros kontaktui; Kontaktinis pasipriešinimas nuolat didėja, viršijant sistemos leistiną diapazoną.

 

Praktinėje inžinerijoje kontaktų tarnavimo laikas gali būti veiksmingai pratęstas racionaliai suprojektavus kontaktines medžiagas, kontaktinį slėgį ir atitinkamas lanko slopinimo priemones.

 

 

Relės kontaktuose gali būti naudojami įvairūs taurieji metalai ir lydiniai. Skirtingų medžiagų laidumas, atsparumas lankui, suvirinamumas ir atsparumas dilimui labai skiriasi. Įprastos formos yra pavieniai -metaliniai kontaktai, kompozitinių medžiagų kontaktai ir bimetalinės konstrukcijos, pvz., bimetaliniai sidabriniai kontaktai, bimetalinės kontaktinės kniedės ir bimetaliniai sidabriniai kontaktai, plačiai naudojami pramoninėse relėse ir maitinimo relėse.

 

Naudojant vidutinę-ir-didelę srovę, sidabro- pagrindu pagamintos kompozicinės medžiagos yra pagrindinis pasirinkimas, užtikrinantis gerą laidumo ir atsparumo lanko erozijai pusiausvyrą. Šios medžiagos paprastai yra sudėtinių kontaktų arba tiksliųjų elektrinių kontaktų pavidalu, gaminamų miltelinės metalurgijos arba šaltojo apdirbimo būdu.

 

 

1. Sidabro kadmio oksidas (AgCdO)

Sidabro kadmio oksidas jau seniai buvo tipiška vidutinės{0}}ir-didelės srovės relės kontaktų medžiaga. Šioje medžiagoje naudojama miltelinė metalurgija, kad sidabras ir kadmio oksidas tolygiai paskirstytų, o beveik -grynas sidabro laidumas derinamas su puikiu suvirinimo atsparumu. Jo pranašumai apima:

 

Esant lankui, kadmio oksidas veiksmingai slopina medžiagų migraciją;

Jis turi gerą lanko{0}}gesinimo gebą, todėl žymiai sumažėja kontakto sukibimo rizika;

Esant tinkamam kontaktiniam slėgiui, kontaktinė varža išlieka stabili.

 

Paprastai kadmio oksido kiekis AgCdO yra nuo 10 % iki 15 %. Didėjant kiekiui, suvirinimo atsparumas gerėja, tačiau atitinkamai mažėja plastiškumas ir šalto apdirbimo savybės. Todėl ši medžiaga dažnai naudojama tokiose konstrukcijose kaip Bimetal Rivet For Relays, siekiant subalansuoti apdirbamumą ir elektrinį našumą.

 

2. Sidabro alavo oksidas ir sidabro indžio alavo oksidas (AgSnO, AgInSnO)

Vis griežtėjant aplinkosaugos reikalavimams kadmio medžiagoms, sidabro alavo oksidas ir sidabro indžio alavo oksidas palaipsniui tapo svarbiomis AgCdO alternatyvomis. Šios medžiagos yra kietesnės ir gerai lituojamos, todėl jos ypač tinkamos naudoti su didele viršįtampio srove ir maža pastovios būsenos srove, pvz., gijų apkrova arba indukcinė apkrova.

 

Palyginti su AgCdO, šių medžiagų savitoji varža yra šiek tiek didesnė, tačiau jos pasižymi dideliu patikimumu automobilių relėse ir nuolatinės srovės sistemose, ypač tinkamos didelio{0}}patikimumo kontaktų struktūroms, pvz., sidabriniams jungikliams ir fiksuotiems sidabriniams kontaktams.

 

 

Grynas sidabras turi didžiausią elektros ir šilumos laidumą iš visų metalų, itin mažą kontaktinę varžą ir santykinai kontroliuojamą kainą; taigi jis plačiai naudojamas sidabriniuose elektros kontaktuose. Tačiau jo trūkumai yra jautrumas sulfidacijai, paviršiaus blukimas ir ilgalaikis stabilumas, kurį riboja aplinka.

 

Sidabriniai{0}}vario lydiniai, įtraukdami vario, pagerina atsparumą dilimui ir sumažina suvirinamumą, todėl tinkami vidutinės srovės{1}}srovei.

 

Sidabro-volframo medžiagų lydymosi temperatūra ir atsparumas lankui yra labai aukštas, tačiau jiems reikalingas didelis kontaktinis slėgis ir santykinai didelė kontaktinė varža, todėl jos daugiausia naudojamos didelės-smūginės apkrovos srityse, pvz., slankiojantys elektriniai kontaktai arba slydimo žiedo kontaktai.

 

Sidabro-nikelio medžiagos žymiai pagerina atsparumą lanko erozijai, išlaikant beveik- gryno sidabro laidumą.

 

Sidabrinės-paladžio medžiagos yra labai kietos ir mažai nusidėvėjusios, tačiau yra brangesnės, paprastai naudojamos tiksliosiose relėse, kurioms keliami itin aukšti eksploatavimo trukmės reikalavimai.

 

Sidabrinės-varinės sistemos pasižymi dideliu atsparumu korozijai mažos-srovės grandinėse, todėl jos tinka mažos-apkrovos darbams, pvz., spyruokliniams elektros kontaktams.

 

 

Šiuolaikiniuose relių kontaktuose dažnai naudojamos bimetalinės arba sudėtinės konstrukcijos, tokios kaip bimetaliniai kontaktai Ag/Cu, šalto galvutės bimetaliniai kontaktai ir bimetaliniai kniedės kontaktai. Šios konstrukcijos pasiekia optimalią pusiausvyrą tarp sąnaudų, laidumo ir eksploatavimo trukmės, padalijus medžiagą tarp laidžiojo pagrindo ir darbinio kontaktinio sluoksnio.

 

Praktikoje kontaktinių medžiagų pasirinkimas priklauso ne tik nuo vardinės srovės, bet ir nuo kruopštaus apkrovos tipo (varžinė, indukcinė, talpinė), darbinės įtampos, aplinkos sąlygų ir numatomos eksploatavimo trukmės. Didelio-patikimumo sistemoms, be medžiagų pasirinkimo, dažnai reikia atsižvelgti į tinkamą kontakto formą, kontaktinio slėgio dizainą ir lanko -gesinimo strategijas.
 

 

Relės kontaktaiyra svarbiausios elektros sistemų sudedamosios dalys, kurios dažniausiai gedusios, o jų medžiagų sistema tiesiogiai lemia relės elektrinį tarnavimo laiką ir sistemos patikimumą. Moksliškai parenkant kontaktines medžiagas, racionaliai suderinus apkrovos charakteristikas ir pritaikant brandžias bimetalines arba kompozitines kontaktines konstrukcijas, galima žymiai pailginti relių tarnavimo laiką. Tobulėjant naujai energetikai, automobilių elektronikai ir pramoninei automatizacijai, didelio našumo-elektrinių kontaktų ir tauriųjų metalų kontaktų paklausa ir toliau augs, o kontaktinių medžiagų technologijos toliau tobulės siekiant didesnio patikimumo ir ekologiškumo.