Relės kontaktinės medžiagos ir eksploatavimo trukmės tyrimas: našumas, medžiagos pasirinkimas ir taikymo analizė

Automatikos valdymo ir elektros įrangos gamybos srityse relės yra vienas iš labiausiai paplitusių valdymo komponentų. Medžiagos pasirinkimas ir relių kontaktų eksploatavimo trukmė tiesiogiai lemia viso įrenginio patikimumą ir priežiūros ciklą. Kuriant ir perkant didelio našumo{2}} elektrinius komponentus, labai svarbu suprasti skirtingų kontaktų medžiagų savybes, veikimo mechanizmus ir ilgaamžiškumą.

 

 

 

Bendrosios paskirties{0}}ir galios relių elektrinė tarnavimo trukmė paprastai viršija 100 000 operacijų, o mechaninė gali siekti milijonus ar net milijardus operacijų. Priežastis, kodėl elektrinis tarnavimo laikas yra žymiai trumpesnis nei mechaninis, yra dėl kontaktinio paviršiaus pažeidimo lanku. Kai kontaktai dažnai veda ir nutraukia srovę, dėl lanko susidaro medžiagos lydymasis, migracija arba oksidacija, o tai pablogina kontakto veikimą.

 

Tiksliųjų elektrinių kontaktų tarnavimo laikas gali būti žymiai pailgintas naudojant tinkamas kontaktines medžiagas ir lanko slopinimo technologiją. Pavyzdžiui, jei kontaktas, skirtas 240A, 80V kintamajai įtampai, naudojamas mažai apkrovai (pvz., 5A) perjungti, jo tarnavimo laikas žymiai pailgės. Perjungiant dideles apkrovas (pvz., 120A, 120V kintamosios srovės), labai padidėja kontaktinio susidėvėjimo ir suvirinimo rizika.

 

Kontaktinis gyvenimas paprastai baigiasi tokiomis situacijomis:

 

Kontakto prilipimas arba suvirinimo gedimas;

Medžiagos perkėlimas sukelia prastą kontaktą.

 

Padidėjęs kontaktinis atsparumas dėl kontaktinio paviršiaus purslų arba susidėvėjimo.

 

 

Relės kontaktai gali būti pagaminti iš įvairių tauriųjų metalų ar lydinių, įskaitant sidabrą (Ag), paladį (Pd), volframą (W), nikelį (Ni), varį (Cu) ir jų kompozitus. Įprasti kontaktų tipai:

 

Fiksuotas sidabrinis kontaktas

Spyruokliniai elektros kontaktai

Stumdomi elektros kontaktai / slydimo žiediniai kontaktai

Sudėtiniai kontaktai

Šalti{0}}bimetaliniai kontaktai su galvute

 

1. Sidabras ir sidabro{1}}lydiniai

Grynas sidabras pasižymi puikiu elektros ir šilumos laidumu ir yra daugelio relių kontaktų pagrindinė medžiaga. Jis turi mažą atsparumą sąlyčiui ir gerą apdirbamumą, tačiau yra linkęs susitepti aplinkoje, kurioje yra sieros.

 

2. Sidabro kadmio oksidas (AgCdO)

Sidabro kadmio oksidas yra klasikinė galios relės kontaktinė medžiaga, pasižyminti puikiu atsparumu litavimui ir lanko{0}}gesinimui. Paprastai jis gaminamas miltelinės metalurgijos būdu iš sidabro miltelių ir kadmio oksido miltelių, derinant sidabro laidžiąsias savybes su dideliu CdO atsparumu korozijai. Kadmio oksido kiekis AgCdO yra nuo 10% iki 15%, o tai veiksmingai sumažina kontaktinį prilipimą.

 

3. Sidabro alavo oksidas (AgSnO) ir sidabro indžio alavo oksidas (AgInSnO)

Didėjant aplinkos apsaugos reikalavimams ir kadmio naudojimo apribojimams, sidabro alavo oksidas ir sidabro indžio alavo oksidas tampa idealiomis AgCdO alternatyvomis. Šie bimetaliniai sidabriniai kontaktai pasižymi didesniu kietumu, didesniu atsparumu litavimui ir puikiu stabilumu, todėl jie ypač tinka esant didelėms-įkrovoms, pvz., volframo kaitinamosios lempos ir automobilių grandinės.

 

4. Sidabras-nikelis (AgNi) ir sidabras-paladis (AgPd)

Sidabro-nikelio lydinys pasižymi dideliu laidumu ir puikiu lanko atsparumu ir yra įprasta bimetalinių kniedinių kontaktų ir jungiklių sidabrinių kontaktų medžiaga. Kita vertus, sidabro-paladžio kontaktai yra žinomi dėl didelio kietumo ir mažo susidėvėjimo greičio ir dažnai naudojami aukščiausios klasės relėse ir signalo valdymo komponentuose.

 

5. Bimetaliniai kniedės kontaktai

Bimetaliniai kontaktai formuojami šaltai{0}}kalant arba kniedijant tauriojo metalo sluoksnį (pvz., sidabrą arba sidabro oksidą) ant pagrindinės medžiagos (pvz., vario ar žalvario), todėl yra didelis laidumas ir sąnaudos. Įprastos struktūros apima:

 

Bimetaliniai sidabriniai kontaktai:Paviršiaus sidabrinis sluoksnis ir pagrindas vario arba žalvario, naudojami vidutinės{0}}ir{1}}didelės apkrovos jungikliams.

Bimetalinė kniedė relėms:Naudojamas galios relėse, automobilių relėse ir fiksavimo relėse.

Bimetalinės kniedės kontaktai:Išlaikykite mažą atsparumą sąlyčiui ir puikų suvirinimo patikimumą{0}}aukšto dažnio veikimo scenarijuose.

 

Ši konstrukcija ne tik sumažina tauriųjų metalų naudojimą, bet ir pagerina atsparumą kontaktų nuovargiui bei šilumos išsklaidymą, todėl tai yra pagrindinis sprendimas šiuolaikinėje relių gamyboje.

 

 

 

Didėjant įrenginių integravimo tankiui ir veikimo dažniui, vis labiau populiarėja kompozitinės ir slankiojančios elektros kontaktų technologijos. Pavyzdžiui, slydimo žiedo kontaktai naudojami signalams ir srovei perduoti besisukančioje įrangoje. Jų medžiagos turi pasižymėti puikiu elektros laidumu ir mechaniniu atsparumu dilimui bei korozijai.

 

Tuo tarpu spyruokliniai elektriniai kontaktai plačiai naudojami jungikliuose, elektromagnetinėse relėse ir elektroniniuose moduliuose. Jų konstrukcijai reikalinga pusiausvyra tarp spyruoklės jėgos ir kontaktinio slėgio, kad būtų užtikrintas ilgalaikis stabilus kontaktas.

 

 

 

 

Kontakto forma, tvirtinimo būdas ir lydinio sluoksnio storis taip pat turi įtakos eksploatavimo trukmei. Įprastos struktūros apima:

 

Šalti{0}}bimetaliniai kontaktai su galvute:Šalti{0}}bimetaliniai kontaktai su galvute užtikrina tankų metalo sukibimą per šaltą kryptį.

Sudėtinės bimetalinės kniedės:Mechaniškai kniedytas, kad padidintų sukibimo stiprumą ir atsparumą vibracijai.

Tikslūs elektros kontaktai:Kontaktai su mikronų{0}}lygio nuokrypiais naudojami didelio-tikslumo relėse.

 

Racionalus projektavimas ir proceso parinkimas gali išvengti priešlaikinio kontakto pablogėjimo ir suvirinimo rizikos, taip užtikrinant relių elektrinį stabilumą{0}}ilgai veikiant.

 

 

Elektros valdymo sistemoms tobulėjant link aukšto dažnio, didelės galios ir išmanaus veikimo, bimetalinių sidabrinių kontaktų, bimetalinių kniedžių relėms ir kompozitinių kontaktų taikymo sritis ir toliau plėsis. Naujos aplinkai nekenksmingos kontaktinės medžiagos (pvz., sidabro lydiniai be kadmio{1}) ir tikslūs gamybos procesai (pvz., šaltasis galvutė ir mikro{2}}kniedijimas) dar labiau padidins elektrinių kontaktų tarnavimo laiką ir nuoseklumą.

 

Atrinkdami mokslines medžiagas ir optimizuodami procesus, relių gamintojai ir inžineriniai projektuotojai gali pasiekti optimalią našumo, sąnaudų ir patikimumo pusiausvyrą, taip skatindami tvarų pažangios elektros pramonės plėtrą.