Analiza stării actuale de dezvoltare și a tehnologiilor cheie ale materialelor de contact releu

În automatizarea industrială, controlul puterii, transportul feroviar, energie nouă și echipamente electronice, releele rămân una dintre cele mai fundamentale și critice componente de control electric. Printre acestea, contactul releului, ca structură de bază care realizează „pornirea” și „oprirea” unui circuit, determină în mod direct fiabilitatea, durata de viață și condițiile de funcționare aplicabile ale releului prin selecția materialului său.

 

Din perspectiva aplicației de inginerie, contactul releului este în esență o interfață de comutare controlată. În timpul procesului de comutare între stările normal deschis și normal închis, contactul nu numai că trebuie să mențină o conducție stabilă, ci și să reziste la arcuri electrice, temperaturi ridicate și șocuri mecanice în momentul deconectării. Prin urmare, materialele de contact au fost întotdeauna una dintre direcțiile cheie de cercetare în proiectarea și fabricarea releelor.

 

 

Contactele releului constau de obicei din contacte mobile și staționare, care sunt antrenate de un sistem electromagnetic pentru a finaliza cuplarea și decuplarea. Performanța contactului este afectată de diverși factori, inclusiv compoziția materialului, presiunea de contact, curentul de sarcină, nivelul tensiunii, frecvența de comutare și mediul de operare. Odată ce orice parametru depășește intervalul de proiectare, poate cauza probleme precum eroziunea contactului, sudarea, creșterea rezistenței la contact sau chiar defecțiunea.

 

În momentul în care contactele se deschid, dacă curentul de sarcină sau tensiunea dintre contacte depășește o valoare critică, aerul se defectează, formând un arc electric. Temperatura ridicată generată de arc erodează rapid suprafața de contact, accelerând uzura materialului. Prin urmare, selectarea adecvată a materialelor de contact și controlul strict al tensiunii și curentului nominal al contactelor sunt cruciale pentru a asigura funcționarea stabilă-pe termen lung a releului.

 

 

Dintr-o perspectivă structurală, formele de contact releu includ în principal contact punctual, contact linie și contact cu suprafața. Dintre acestea, contactul punctual este cel mai comun în releele electromagnetice. Această structură este avantajoasă pentru a obține o presiune de contact mai mare într-un spațiu limitat, reducând astfel rezistența de contact.

 

În proiectarea structurii de contact, structurile arcurilor lamelare și structurile elastice sunt, de asemenea, comune. De exemplu, în unele aplicații, sunt introduse contacte electrice cu arc lamelar sau structuri de contact cu capacități de compensare elastică pentru a reduce impactul săriturii contactului asupra stabilității conducției. Acest tip de design este deosebit de important în-scenariile de comutare de înaltă frecvență sau de control al semnalului mic.

 

 

Din perspectiva sistemului de materiale, contactele releului sunt în prezent împărțite în principal în trei categorii: materiale metalice pure, materiale din aliaje metalice și materiale compozite metal-ceramice (materiale din metalurgia pulberilor).

 

În condiții generale de încărcare, cu costuri reduse, cuprul pur sau placat cu argint-rămâne utilizat pe scară largă. Cu toate acestea, deoarece scenariile de aplicare necesită o durată de viață și o fiabilitate mai mari, materialele metalice unice-sunt insuficiente pentru a satisface nevoile condițiilor complexe de operare, iar aliajele și materialele compozite devin treptat abordarea principală.

 

 

Printre numeroasele materiale de contact, argintul și sistemele sale de aliaje ocupă o poziție crucială. Argintul posedă o conductivitate electrică extrem de ridicată și o conductivitate termică bună, făcându-l un material de bază ideal pentru fabricarea contactelor electrice de argint. În aplicațiile practice, argintul pur este de obicei aliat pentru a-și spori rezistența la sudare și uzură, formând astfel diverse contacte electrice din aliaj de argint.

 

Printre acestea, argint-nichel, argint-cupru și sisteme AgNi sunt utilizate pe scară largă în releele de-încărcare medie; aceste materiale sunt adesea denumite colectiv contacte din aliaj de argint. Pentru sarcini mai mari sau aplicații de comutare frecventă, sistemele de oxid de argint, cum ar fi contactele de oxid de argint cadmiu sau contactele electrice de oxid de argint, sunt utilizate pentru a spori rezistența la eroziunea arcului. Descrierile tehnice ale contactului cu argint cadmiu sau contactul agcdo se găsesc de asemenea în literatura tradițională.

 

În plus, sistemul AgNi oferă avantaje în echilibrarea ecologică și performanța și este denumit contact agni în unele standarde. Este utilizat în principal în aplicații care necesită o conducție stabilă și rezistență moderată la arc.

 

 

În aplicațiile care necesită curent ridicat, tensiune înaltă sau rezistență mecanică ridicată, bazarea exclusiv pe aliaje pe bază de argint-are limitări. În aceste cazuri, compozitele de wolfram și argint-tungsten sunt utilizate datorită punctului lor de topire extrem de ridicat și rezistenței excelente la ablație. Aceste materiale se găsesc în mod obișnuit în relee de putere, contactoare și alte dispozitive, dar rezistența lor de contact este relativ mare, făcându-le, în general, nepotrivite pentru circuitele cu semnal slab.

 

Din punct de vedere structural, aceste materiale sunt adesea combinate cu substratul sub formă de nituri de contact electric, fixate pe suportul de contact prin nituire sau sudare, pentru a echilibra rezistența mecanică și conductibilitatea.

 

 

Pentru circuitele mici de control al semnalului, în special în aplicațiile de joasă-tensiune, cu curent scăzut-, starea suprafeței de contact are un impact semnificativ asupra integrității semnalului. În aceste aplicații, placarea cu aur este de obicei aplicată pe substraturi de cupru sau aliaje de cupru pentru a reduce rezistența la contact și a preveni oxidarea.

 

Aceste modele sunt adesea combinate cu structuri elastice pentru a forma un mod de lucru similar cu contactele electrice cu arc sau contactele electrice cu arc, asigurând astfel o transmisie stabilă a semnalului-pe termen lung.

 

În unele sisteme de -fiabilitate ridicată, structurile de contact electrice cu arc-încărcate sunt, de asemenea, introduse pentru a compensa degradarea performanței cauzată de uzura contactului prin presiune elastică continuă.

 

 

Odată cu dezvoltarea rapidă a energiei noi, a vehiculelor electrice, a rețelelor inteligente și a automatizării industriale, condițiile de funcționare a releelor ​​au tendința spre curenți mai mari, frecvențe de comutare mai mari și cerințe de mediu mai stricte. Această tendință conduce la evoluția continuă a materialelor de contact de la metalele unice tradiționale la aliaje și compozite de înaltă performanță-.

 

Simultan, reglementările de mediu mai stricte determină industria să reducă treptat utilizarea materialelor care conțin-cadmiu, promovând dezvoltarea de noi sisteme de aliaje pe bază de-argint. În acest context, diferite tipuri de contacte electrice vor continua să prezinte căi de dezvoltare diferențiate pe baza scenariilor de aplicare.

 

 

Deși contactele releului sunt de dimensiuni mici, ele joacă un rol extrem de critic în întregul sistem de control electric. Alegerea materialelor de contact nu afectează numai conductivitatea, dar are și un impact direct asupra duratei de viață a releului, siguranței și fiabilității sistemului. În viitor, pe măsură ce cererile aplicațiilor continuă să se actualizeze,contact releumaterialele vor rămâne un domeniu important de focalizare și inovare tehnologică în domeniul ingineriei electrice.