O analiză sistematică a materialelor de contact ale releului și a duratei de viață

Releele sunt printre cele mai utilizate componente de control în sistemele de control automate non--standard, sistemele de control al puterii și echipamentele industriale. Miezul performanței releului constă în sistemul său de contact. Selectarea materialelor de contact și durata lor de viață electrică și mecanică corespunzătoare determină în mod direct fiabilitatea releului, ciclul de întreținere și stabilitatea întregului sistem. Selecția adecvată a materialelor de contact și a formelor structurale ajută la reducerea semnificativă a ratelor de defecțiuni ale echipamentelor și a costurilor de întreținere.

 

 

Durata de viață a releului este, în general, împărțită în două categorii: durata de viață mecanică și durata de viață electrică.

 

Durata de viață mecanică se referă la numărul de operațiuni repetabile cauzate numai de acțiunea mecanică în condiții de lipsă-încărcare, ajungând de obicei de milioane sau chiar miliarde de ori. Durata de viață electrică, pe de altă parte, se referă la numărul de ori când contactele completează acțiunile de comutare și mențin funcționarea normală în condiții de sarcină nominală și este de obicei semnificativ mai mică decât durata de viață mecanică.

 

Durata de viață electrică tipică estimată a releelor-generale și a releelor ​​de putere este în general nu mai mică de 100.000 de cicluri, dar această valoare depinde foarte mult de condițiile de operare specifice. Când contactele funcționează în condiții sub sarcina nominală, durata lor de viață electrică reală poate fi adesea prelungită de câteva ori. De exemplu, contactele cu curent nominal ridicat- prezintă o energie de arc semnificativ redusă și rate mai lente de eroziune a materialului la comutarea sarcinilor rezistive mai mici, obținând astfel o durată de viață în milioane de cicluri.

 

Sfârșitul duratei de viață electrică decurge de obicei din următoarele moduri de defecțiune: Migrarea materialului are loc sub arcul repetat, ducând la sudare sau aderență; Pierderea severă de material din stropirea suprafeței de contact sau ablația împiedică contactul electric stabil; Rezistența de contact crește continuu, depășind domeniul admisibil al sistemului.

 

În inginerie practică, durata de viață a contactului poate fi extinsă în mod eficient prin proiectarea rațională a materialelor de contact, presiunea de contact și măsurile corespunzătoare de suprimare a arcului.

 

 

Contactele releului pot utiliza diferite metale și aliaje prețioase. Diferitele materiale prezintă diferențe semnificative de conductivitate, rezistență la arc, sudabilitate și rezistență la uzură. Formele obișnuite includ contacte simple-metalice, contacte din material compozit și structuri bimetalice, cum ar fi contacte bimetalice din argint, nituri bimetalice de contact și contacte bimetalice din argint, utilizate pe scară largă în releele industriale și releele de putere.

 

În aplicațiile cu curent mediu-și-înalt, materialele compozite pe bază de-argint sunt alegerea principală, realizând un echilibru bun între conductivitate și rezistența la eroziunea arcului electric. Aceste materiale există în mod obișnuit sub formă de contacte compozite sau contacte electrice de precizie, fabricate prin metalurgia pulberilor sau prin procese de întărire la rece.

 

 

1. Oxid de argint cadmiu (AgCdO)

Oxidul de argint de cadmiu a fost mult timp un material tipic pentru contactele releului de curent mediu- până la-înalt. Acest material folosește metalurgia pulberilor pentru a distribui uniform argintul și oxidul de cadmiu, combinând conductivitatea aproape de-argint pur cu o rezistență excelentă la sudare. Avantajele sale includ:

 

Sub arc, oxidul de cadmiu inhibă eficient migrarea materialului;

Are o bună capacitate de stingere a arcului-, reducând semnificativ riscul de aderență la contact;

Sub presiunea de contact adecvată, rezistența de contact rămâne stabilă.

 

De obicei, conținutul de oxid de cadmiu în AgCdO este între 10% și 15%. Pe măsură ce conținutul crește, rezistența la sudare se îmbunătățește, dar ductilitatea și proprietățile de lucru la rece scad în consecință. Prin urmare, acest material este adesea folosit în structuri precum nitul bimetal pentru relee pentru a echilibra procesabilitatea și performanța electrică.

 

2. Oxid de argint și oxid de argint și indiu (AgSnO, AgInSnO)

Cu reglementările de mediu din ce în ce mai stricte privind materialele cadmiu, oxidul de argint și oxidul de argint și indiu au devenit alternative importante la AgCdO. Aceste materiale au o duritate mai mare și o lipibilitate bună, făcându-le deosebit de potrivite pentru aplicații cu curent de supratensiune semnificativ și curent permanent-scăzut, cum ar fi sarcinile filamentului sau sarcinile inductive.

 

În comparație cu AgCdO, aceste materiale au o rezistivitate de volum puțin mai mare, dar prezintă o fiabilitate bună în releele auto și sistemele de curent continuu, potrivite în special pentru structurile de contact de înaltă{0}}fiabilitate, cum ar fi contactele de argint comutatoare și contactele fixe de argint.

 

 

Argintul pur are cea mai mare conductivitate electrică și termică dintre toate metalele, rezistență de contact extrem de scăzută și cost relativ controlabil; astfel, este utilizat pe scară largă în contactele electrice de argint. Cu toate acestea, dezavantajele sale includ susceptibilitatea la sulfurare, atenuarea suprafeței și stabilitatea pe termen lung-limitată de mediu.

 

Aliajele de argint-cupru, prin introducerea cuprului, îmbunătățesc rezistența la uzură și reduc sudabilitatea, făcându-le potrivite pentru aplicații cu curent mediu-.

 

Materialele de argint-tungsten posedă puncte de topire extrem de ridicate și rezistență la arc, dar necesită o presiune mare de contact și au o rezistență de contact relativ ridicată, ceea ce le face în principal utilizate în aplicații cu sarcini mari de-impact, cum ar fi contactele electrice glisante sau contactele cu inele colectoare.

 

Materialele de argint-nichel îmbunătățesc semnificativ rezistența la eroziunea arcului, menținând în același timp o conductivitate aproape de-argint pur.

 

Materialele argint-paladiu au duritate mare și uzură redusă, dar sunt mai scumpe, fiind utilizate de obicei în relee de precizie cu cerințe de durată de viață extrem de ridicate.

 

Sistemele de argint-cupru prezintă o rezistență bună la coroziune în circuitele cu curent scăzut-, făcându-le potrivite pentru aplicații de-încărcare ușoară, cum ar fi contactele electrice cu arc.

 

 

Contactele relee moderne folosesc adesea structuri bimetalice sau compozite, cum ar fi contacte bimetalice Ag/Cu, contacte bimetalice cu cap rece și contacte bimetalice cu nituri. Aceste structuri realizează un echilibru optim între cost, conductivitate și durata de viață prin împărțirea materialului între substratul conductor și stratul de contact de lucru.

 

În aplicațiile practice, selecția materialelor de contact depinde nu numai de curentul nominal, ci și de o analiză atentă a tipului de sarcină (rezistiv, inductiv, capacitiv), a tensiunii de funcționare, a condițiilor de mediu și a duratei de viață așteptate. Pentru sistemele de-înaltă fiabilitate, pe lângă selecția materialului, este adesea necesar să se ia în considerare forma de contact adecvată, designul presiunii de contact și strategiile de stingere-arcului.
 

 

Contacte releusunt componente critice în sistemele electrice cele mai predispuse la defecțiuni, iar sistemul lor material determină în mod direct durata de viață electrică a releului și fiabilitatea sistemului. Prin selectarea științifică a materialelor de contact, potrivirea rațională a caracteristicilor de sarcină și adoptarea structurilor de contact bimetalice sau compozite mature, durata de viață a releelor ​​poate fi prelungită semnificativ. Odată cu dezvoltarea energiei noi, a electronicii auto și a automatizării industriale, cererea de contacte electrice-de înaltă performanță și contacte din metale nobile va continua să crească, iar tehnologia materialelor de contact va continua să evolueze către o fiabilitate mai mare și un mediu prietenos.