Relės kontaktų medžiagų analizė: veikimo raida ir technologiniai iššūkiai

Kaip pagrindinis automatikos komponentas, valdantis grandinių perjungimą, relių patikimumas beveik visiškai priklauso nuo kontaktinės medžiagos. Kontaktai, relės „širdis“, ištveria atšiaurias sąlygas, tokias kaip aukštos-temperatūros lankai, mechaniniai smūgiai ir medžiagų migracija momentinio prijungimo ir atjungimo metu. Medžiagos pasirinkimas tiesiogiai veikia relės elektrinį tarnavimo laiką, apkrovą ir naudojimo stabilumą.

 

 

 

Relės kontaktai veikia kaip jungikliai. Momentiniai lankai gali sukelti tokius reiškinius kaip elektro-erozija, medžiagų migracija ir paviršiaus sukibimas:

 

Elektro{0}}erozija:Aukštos{0}}temperatūros lankai sukelia vietinį medžiagos tirpimą arba išgaravimą, susidaro duobės ir išsikišimai, todėl kontaktiniai taškai palaipsniui nusidėvi.

 

Kontaktinio pasipriešinimo pokyčiai:Paviršiaus oksidacija arba užteršimas sudaro izoliacinę plėvelę, dėl kurios padidėja kontaktinis atsparumas, susidaro šiluma ir netgi kyla pavojus, kad relė perdegs.

 

Medžiagų migracija:Esant nuolatinei apkrovai, dėl kryptingo lanko pobūdžio medžiaga migruoja iš vieno kontakto į kitą, o tai pagreitina vietinį susidėvėjimą.

 

Sukibimas:Didelės srovės arba išsilydžiusių kontaktų aušinimas gali sukelti sukibimą, dėl kurio nepavyks atsijungti.

 

Idealios kontaktinės medžiagos turi subalansuoti aukštą elektros laidumą, aukštą šilumos laidumą, atsparumą lanko erozijai, mažą ir stabilų kontaktinį atsparumą, didelį kietumą ir atsparumą suvirinimui bei gerą apdirbamumą. Kadangi vienas metalas retai atitinka visus šiuos reikalavimus vienu metu, praktikoje dažnai naudojami lydiniai arba kompozicinės medžiagos, tokios kaip elektriniai sidabriniai kontaktai, bimetaliniai sidabriniai kontaktai ir sidabro lydinio elektrinės kontaktinės kniedės.

 

 

 

Kontaktinės medžiagos pasirinkimas labai skiriasi priklausomai nuo apkrovos tipo ir naudojimo aplinkos.

 

Mažos srovės, žemo signalo scenarijai: Šie kontaktai turi išlaikyti stabilų kontaktinį atsparumą, o dažnai naudojami taurieji metalai arba lydiniai.

 

Auksas ir jo lydiniai:Puikus atsparumas oksidacijai, mažas kontaktinis atsparumas, tinka žemo -lygio signalo perjungimui; tačiau grynas auksas yra minkštas ir turi silpną atsparumą lankui, todėl dažnai padengiamas kitais pagrindais.

 

Sidabras ir jo lydiniai:Itin didelis elektros ir šilumos laidumas, geras apdirbamumas. Grynas sidabras linkęs sulfiduotis, o AgSnO2 kontaktinis arba sidabro lydinio apdorojimas, pvz., sidabro -nikelis arba sidabro-alavo oksidas, dažnai naudojamas siekiant pagerinti atsparumą dilimui ir lankui.

 

Vidutinės ir didelės srovės reikmėms (pramonės valdymui, buitinei technikai, automobiliams) reikalingos medžiagos, turinčios gerą atsparumą lankui, atsparumą dilimui ir atsparumą suvirinimui.

 

AgNi (sidabro nikelis):Sujungia laidumą ir lanko varžą, plačiai naudojamas kintamos srovės apkrovose.

 

AgSnO₂ (sidabro alavo oksidas):Ekologiška alternatyva kadmio sidabro oksidui, pasižyminti dideliu atsparumu suvirinimui, tinkama dažnam perjungimui ir nuolatinės srovės apkrovoms.

 

AgZnO (sidabro cinko oksidas):Panašus veikimas kaip AgSnO₂, bet reikalauja sudėtingesnio apdorojimo.

 

Specialios programos:Volframas, molibdenas: ugniai atsparūs metalai, pasižymintys dideliu kietumu ir stipriu atsparumu lankui; gali būti derinamas su variu arba sidabru, kad būtų sudaryti sudėtiniai elektros kontaktiniai taškai, skirti didelės-srovės perjungimo įrenginiams.

 

Platinos grupės metalai:Didelis atsparumas oksidacijai ir korozijai, brangus, tinka aviacijos ir karinės paskirties didelio{0}}patikimumo programoms.

 

Be to, sidabriniai laužtuvų kontaktai ir sidabriniai kadmio kontaktai kažkada buvo plačiai naudojami didelės{0}}apkrovos aplinkoje, tačiau dėl kadmio toksiškumo jie pakeičiami aplinkai nekenksmingomis medžiagomis.

 

 

 

Relės kontaktinės medžiagos tobulėja siekiant aukšto našumo, ekologiškumo ir intelektualumo:

 

Ekologiškumas:Laipsniškas toksiškų medžiagų, pvz., kadmio -turinčių medžiagų, atsisakymas ir didelio-našumo, netoksiškų medžiagų, pvz., AgSnO₂, AgZnO, ar naujų kompozicinių medžiagų kūrimas.

 

Nano{0}}dydžių ir sudėtinės technologijos:Oksido dalelių pasiskirstymo optimizavimas naudojant nanotechnologijas, siekiant pagerinti bendrą medžiagos našumą ir ištirti sluoksniuotąsias kompozitines ir{0}}pluoštas sustiprintas struktūras.

 

Paviršiaus apdorojimas ir dengimas:Didelio našumo{0}}kontaktinių plonų sluoksnių formavimas ant vario pagrindo naudojant galvanizavimą, purškimą arba lazerinį apvalkalą, siekiant sumažinti išlaidas ir pagerinti našumą.

 

Modeliavimo dizainas:Kompiuterinis temperatūros laukų, skysčių laukų ir medžiagų migracijos pagal elektros lankus modeliavimas suteikia teorinių gairių, kaip kurti naujas medžiagas, ir pagreitina MTEP procesą.

 

 

Relinių kontaktinių medžiagų istorija yra nuolatinės medžiagų mokslo ir elektros inžinerijos technologijų integracijos procesas. Nuo ankstyvo gryno aukso ir gryno sidabro iki sidabro kadmio oksido, o vėliau iki aplinkai nekenksmingų nanokompozitinių medžiagų – kiekviena naujovė pastūmėjo reles į didesnį patikimumą, ilgesnę tarnavimo laiką ir intelektualumą. ŠiosSidabriniai elektros kontaktaiįkūnija pagrindinę relių sistemos vertę ir yra esminis kertinis akmuo užtikrinant stabilų elektros sistemų veikimą.