Relinių kontaktų medžiagų analizė: veikimo charakteristikos ir veiksniai, turintys įtakos įvairių sidabro lydinio kontaktų eksploatavimo trukmei

Relių, kaip svarbių pramoninio valdymo sistemų, elektros įrangos ir automatikos įrenginių perjungimo komponentų, patikimumas labai priklauso nuo jų kontaktinių sistemų veikimo. Kontaktai yra atsakingi už elektros grandinių sudarymą ir nutraukimą; ilgalaikio veikimo metu jie turi atlaikyti įvairius įtempius, įskaitant srovės viršįtampius, lanko eroziją, mechaninį susidėvėjimą ir aplinkos oksidaciją. Todėl tinkamai parinktos kontaktinės medžiagos ne tik prailgina relės tarnavimo laiką, bet ir sumažina priežiūros dažnumą bei padidina visos sistemos veikimo stabilumą.

 

Relės kontakto tarnavimo laikas paprastai apima du aspektus: mechaninį ir elektrinį. Mechaninis eksploatavimo laikas reiškia veikimo ciklų skaičių, kurį kontaktinis mechanizmas gali atlikti be apkrovos, o elektrinis tarnavimo laikas yra glaudžiai susijęs su faktinėmis apkrovos sąlygomis. Paprastai bendrosios paskirties-ir galios relių elektrinis tarnavimo laikas svyruoja nuo dešimčių tūkstančių iki daugiau nei šimto tūkstančių operacijų, o mechaninis jų veikimo laikas gali siekti milijoną ar daugiau.

 

Pagrindinė priežastis, dėl kurios elektrinis tarnavimo laikas yra trumpesnis nei mechaninis, yra elektros lankų susidarymas perjungiant apkrovą. Intensyvi šiluma, kurią išskiria lankas, priverčia kontaktinio paviršiaus medžiagą išsilydyti, išgaruoti ir migruoti. Laikui bėgant, šis kaupimasis sukelia paviršiaus degradaciją ir padidėjusį kontaktinį atsparumą, dėl kurio kontaktas gali prilipti arba suvirinti. Todėl praktikoje kontaktinės medžiagos turi būti parenkamos atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip apkrovos tipas, įtampos lygis, srovės dydis ir perjungimo dažnis.

 

Pavyzdžiui, kontaktų rinkinio, skirto stipriai srovei, faktinis tarnavimo laikas paprastai gerokai viršija vardinį eksploatavimo laiką, kai naudojamas esant mažai{0}}srovei. Ir atvirkščiai, kai kontaktai naudojami tais atvejais, kai naudojamos didelės įsijungimo srovės, labai indukcinės apkrovos arba dažnas perjungimas, jie patiria didesnį lanko poveikį; tokiais atvejais reikalingos medžiagos, turinčios didesnį atsparumą suvirinimui ir lankui.

 

 

 

Relės kontaktinės medžiagos paprastai susideda iš tauriųjų metalų, sidabro{0}}lydinių ir kompozicinių medžiagų. Šios medžiagos labai skiriasi elektros laidumu, atsparumu dilimui, atsparumu oksidacijai ir atsparumu lankui.

 

Įprastos kontaktinės medžiagos yra grynas sidabras, sidabro lydiniai, sidabro -nikelio lydiniai, sidabro-kadmio oksidas, sidabro-alavo oksidas, sidabro-indžio-alavo oksidas ir volframo{5}} lydiniai. Dėl puikaus elektros laidumo ir mažos kontaktinės varžos sidabro-pagrindo medžiagos plačiai naudojamos įvairiose žemos-įtampos ir vidutinės---didelės{11}}srovės perjungimo srityse.

 

Pavyzdžiui, gryno sidabro kontaktai pasižymi ypač maža varža ir puikiu elektros laidumu, todėl jie tinka naudoti, kai reikalingas didelis laidumas. Tačiau dėl mažo gryno sidabro kietumo ir jautrumo medžiagų migracijai, kurią sukelia lankas, jis paprastai netinka kaip atskira kontaktinė medžiaga didelio{1}}dažnio ar didelės{2} apkrovos aplinkoje.

 

Pramonėje inžinieriai dažnai naudoja sidabro{0}}lydinius, kad subalansuotų laidumą ir ilgaamžiškumą. Pavyzdžiui, sidabro lydinio kontaktuose yra įvairių metalų oksidų, kurie padidina mechaninį stiprumą, atsparumą oksidacijai ir atsparumą kontaktiniam suvirinimui.

 

 

 

Sidabro-kadmio oksidas (AgCdO) yra plačiai naudojama kontaktinė medžiaga tradicinėse maitinimo relėse. Medžiaga paprastai gaminama miltelių metalurgijos būdu, sumaišant ir sukepinant sidabro miltelius su kadmio oksido milteliais, todėl kadmio oksidas sidabro matricoje pasiskirsto tolygiai.

 

AgCdO medžiagos pasižymi geru elektros laidumu ir puikiu atsparumu lankinei erozijai ir kontaktiniam suvirinimui. Perjungiant didelę-srovę, kadmio oksidas padeda sumažinti paviršiaus tirpimą ir slopina lanko susidarymą, todėl šie kontaktai tinka vidutinės-ir-didelės srovės relėms, kontaktoriams ir pramoninei valdymo įrangai.

 

Tipiškose AgCdO kontaktinėse medžiagose kadmio oksido kiekis palaikomas tam tikrame diapazone. Padidinus kadmio oksido kiekį, padidėja atsparumas suvirinimui ir lankui, bet taip pat gali sumažėti elektros laidumas ir lankstumas, o kartu keičiasi apdirbamumas.

 

Sidabro lydinio kniedės yra bendra kontaktinė konfigūracija; apdorojant sidabro lydinio medžiagas į kniedės formą, pasiekiamas patikimas kontakto ir jo laikančiosios konstrukcijos ryšys. Jie plačiai naudojami relėse, elektromagnetiniuose jungikliuose ir apsauginiuose įrenginiuose.

 

 

Dėl aplinkosaugos taisyklių raidos ir griežtesnių regioninių kadmio, sidabro -alavo oksido (AgSnO₂) ir sidabro-indžio-alavo oksido (AgInSnO) naudojimo apribojimų, jie tampa vis svarbesnėmis AgCdO alternatyvomis.

 

Sidabriniai-alavo oksido kontaktai pasižymi puikiu atsparumu kontaktiniam suvirinimui ir puikų terminį stabilumą, ypač gerai veikiant didelės-srovės ir didelės{2}}įsiveržimo{3}}srovės atveju. Komponentai, tokie kaip automobilių relės, galios valdymo moduliai ir perjungimo elementai naujoje energijos įrangoje, dažnai susiduria su staigiais, dideliais{5}}srovių viršįtampiais, todėl medžiagos atsparumas lanko erozijai kelia didesnius reikalavimus.

 

Kietuose sidabro -alavo oksido kontaktuose naudojama struktūra, kuri sustiprina sidabro matricą alavo oksidu; tai padidina atsparumą lanko pažeidimams, išlaikant puikų elektros laidumą, todėl jie idealiai tinka didelio-patikimumo elektros sistemoms, kurias reikia dažnai perjungti.

 

Palyginti su sidabro-alavo oksidu, sidabro-indžio-alavo oksido medžiagos pasižymi puikiu atsparumu viršįtampiams, todėl jos ypač tinka apkrovoms, turinčioms didelę įjungimo srovę, pvz., apšvietimo sistemoms, variklių valdymo sistemoms ir automobilių elektronikai.

 

Dėl puikaus atsparumo kontaktiniam suvirinimui ir dėl to, kad jose nėra kadmio-, šios medžiagos vis dažniau naudojamos kuriant modernias, ekologiškas{1}}reles.

 

 

Be pačios medžiagos, kontaktinės konstrukcijos konstrukcija daro didelę įtaką relės patikimumui. Tokie veiksniai kaip kontakto matmenys, kontaktinis slėgis, paviršiaus apdorojimas ir montavimo konfigūracija turi įtakos galutiniam veikimui.

 

Didesnis kontaktinis slėgis sumažina kontaktinį pasipriešinimą ir pagerina srovės perdavimo stabilumą; tačiau per didelis slėgis pagreitina mechaninį susidėvėjimą. Todėl projektuojant reikia subalansuoti elektros laidumą, mechaninę tarnavimo laiką ir veikimo patikimumą.

 

Tvirtos sidabrinės kontaktinės kniedės turi monolitinę sidabro{0}}konstrukciją, kuri užtikrina stabilų srovės perdavimo kelią ir sumažina našumo svyravimus dėl medžiagų sąsajos skirtumų.

 

Didelio{0}}patikimumo programose inžinieriai parenka kontaktinius taškus pagal apkrovos charakteristikas; Pavyzdžiui, mažos-srovės signalų relės teikia pirmenybę kontaktų stabilumui, o maitinimo relės daugiau dėmesio skiria lanko atsparumui ir atsparumui suvirinimui.

 

 

Relės kontakto gedimas pirmiausia atsiranda dėl medžiagų praradimo ir paviršiaus sąlygų pasikeitimų. Pakartotinės perjungimo operacijos sukuria lankus, kurie sukuria vietinę aukštą temperatūrą, dėl kurios kontaktinė medžiaga išsilydo, purslai ir iš naujo sukietėja.

 

Ilgai eksploatuojant kontaktiniame paviršiuje gali susidaryti duobės, išsikišimai ir medžiaga migruoti, dėl to sumažėja kontaktinis plotas ir padidėja atsparumas sąlyčiui. Didelė medžiagų migracija gali trukdyti tinkamai atsiskirti kontaktams, todėl suvirinimas gali sugesti.

 

Automobilių elektronikoje, naujoje energetinėje įrangoje ir pramoninės automatikos sistemose indukcinių apkrovų sukuriama užpakalinė elektrovaros jėga (atgal{0}}EMF) gali dar labiau sustiprinti lanką. Todėl norint padidinti bendrą relės patikimumą, reikia derinti lanko- slopinimo konstrukciją, apsauginę grandinę ir atitinkamą kontaktinių medžiagų pasirinkimą. Sidabriniai elektriniai kontaktai paprastai naudojami tais atvejais, kai reikalingas didelis elektros laidumas ir stabilus kontaktų veikimas; optimizuojant sidabro -medžiagų sudėtį, jos gali patenkinti įvairių dabartinių įvertinimų ir aplinkos sąlygų reikalavimus.

 

 

 

Naujų energetinių transporto priemonių, energijos kaupimo sistemų, pramonės automatikos ir išmaniosios elektros įrangos augimas kelia didesnius reikalavimus relių kontaktinėms medžiagoms. Ateityje plėtojant šią sritį daugiausia dėmesio bus skiriama dideliam patikimumui, ilgaamžiškumui ir aplinkai nekenksmingų medžiagų naudojimui.

 

Viena vertus, naujos sidabro lydinio medžiagos yra nuolat optimizuojamos; Oksidų santykio ir mikrostruktūrinių charakteristikų reguliavimas padidina lanko atsparumą ir pailgina tarnavimo laiką. Kita vertus, gamybos procesai vystosi, -įtraukiant tikslaus formavimo, sudėtinių medžiagų technologijas ir automatizuotą apdorojimą-, siekiant pagerinti kontaktų nuoseklumą.

 

Pavyzdžiui, kietieji sidabro-cinko oksido kontaktai panaudoja cinko oksidą, kad pagerintų sidabro- medžiagų savybes, o tai suteikia daug galimybių taikyti griežtus aplinkosaugos standartus.

 

Kartu tobulėjant aukštos -tampos sistemoms naujose energetinėse transporto priemonėse, išmaniuosiuose tinkluose ir pramoninėje valdymo įrangoje, elektros kontaktams keliami reikalavimai pasikeitė nuo pagrindinio laidumo prie galimybės užtikrinti ilgalaikį- stabilų veikimą.

 

Žvelgiant į ateitį, didelis{0}}našumassidabro lydinio kontaktai, kompozicinės kontaktinės medžiagos ir tikslios gamybos technologijos padidins relių patikimumą ir ilgesnį tarnavimo laiką, suteikdamos stabilesnį elektros valdymo sistemų pagrindą.