Analiza materialov kontaktov relejev: razvoj zmogljivosti in tehnološki izzivi

Kot osrednja komponenta avtomatizacije, ki nadzoruje preklapljanje tokokrogov, je zanesljivost relejev skoraj v celoti odvisna od kontaktnega materiala. Stiki, "srce" releja, prenašajo težke pogoje, kot so visoko-temperaturni obloki, mehanski udarci in selitev materiala med takojšnjim priklopom in odklopom toka. Izbira materiala neposredno vpliva na električno življenjsko dobo, nosilnost in stabilnost uporabe releja.

 

 

 

Relejski kontakti med delovanjem delujejo kot stikala. Takojšnji obloki lahko povzročijo pojave, kot so elektro-erozija, migracija materiala in oprijem površine:

 

Elektro{0}}erozija:Visoko-temperaturni obloki povzročajo lokalno taljenje ali izhlapevanje materiala, nastajajo jamice in izbokline, kar vodi v postopno obrabo kontaktnih točk.

 

Spremembe kontaktne odpornosti:Površinska oksidacija ali kontaminacija tvori izolacijski film, ki povzroča povečan kontaktni upor, ustvarja toploto in celo predstavlja nevarnost izgorelosti releja.

 

Migracija materiala:Pod enosmernimi obremenitvami usmerjena narava obloka povzroči selitev materiala iz enega kontakta v drugega, kar pospešuje lokalizirano obrabo.

 

oprijem:Visoki tokovi ali ohlajanje stopljenih kontaktov lahko povzročijo sprijemanje, kar povzroči neuspeh pri odklopu.

 

Idealni kontaktni materiali morajo imeti ravnovesje med visoko električno prevodnostjo, visoko toplotno prevodnostjo, odpornostjo proti obločni eroziji, nizkim in stabilnim kontaktnim uporom, visoko trdoto in odpornostjo na varjenje ter dobro obdelovalnostjo. Ker ena sama kovina redko izpolnjuje vse te zahteve hkrati, se v praktičnih aplikacijah pogosto uporabljajo zlitine ali kompozitni materiali, kot so električni srebrni kontakti, bimetalni srebrni kontakti in električne kontaktne kovice iz srebrne zlitine.

 

 

 

Izbira kontaktnega materiala se močno razlikuje glede na vrsto obremenitve in okolje uporabe.

 

Scenariji nizkega toka in nizkega signala: ti kontakti morajo vzdrževati stabilno kontaktno odpornost, pogosto pa se uporabljajo plemenite kovine ali zlitine.

 

Zlato in njegove zlitine:Odlična odpornost proti oksidaciji, nizek kontaktni upor, primeren za-preklapljanje signala nizke ravni; vendar je čisto zlato mehko in ima slabo odpornost proti električnemu obloku, zato je pogosto prevlečeno na druge podlage.

 

Srebro in njegove zlitine:Izjemno visoka električna in toplotna prevodnost, dobra obdelovalnost. Čisto srebro je nagnjeno k sulfidaciji, zato se za izboljšanje odpornosti proti obrabi in obloka pogosto uporablja kontaktna obdelava AgSnO2 ali obdelava z zlitino srebra, kot je srebro-nikelj ali srebro-kositrov oksid.

 

Aplikacije s srednjim do visokim tokom (industrijski nadzor, gospodinjski aparati, avtomobilizem) zahtevajo materiale z dobro odpornostjo proti oblokom, odpornostjo proti obrabi in odpornostjo na varjenje.

 

AgNi (srebrni nikelj):Združuje prevodnost in obločno odpornost, ki se pogosto uporablja pri AC obremenitvah.

 

AgSnO₂ (srebrov kositrov oksid):Okolju prijazna alternativa kadmijevemu srebrovemu oksidu z močno odpornostjo na varjenje, primerna za pogosto preklapljanje in enosmerne obremenitve.

 

AgZnO (srebrov cinkov oksid):Podobna zmogljivost kot AgSnO₂, vendar zahteva bolj zapleteno obdelavo.

 

Posebne aplikacije:Volfram, molibden: Ognjevzdržne kovine z visoko trdoto in močnim oblokom; lahko kombiniramo z bakrom ali srebrom, da tvorimo sestavljene električne kontaktne točke za visoko{0}}tokovne stikalne naprave.

 

Kovine platinske skupine:Visoka odpornost proti oksidaciji in koroziji, draga, primerna za vesoljske ali vojaške visoko{0}}zanesljive aplikacije.

 

Poleg tega so se srebrni kontakti v odklopnikih in srebrni kadmijevi kontakti nekoč pogosto uporabljali v visoko-obremenjenih okoljih, vendar jih zaradi toksičnosti kadmija nadomeščajo okolju prijazni materiali.

 

 

 

Materiali za kontakte relejev se razvijajo proti visoki zmogljivosti, okolju prijaznosti in inteligenci:

 

Okolju prijaznost:Postopno opuščanje strupenih materialov, kot so materiali,-ki vsebujejo kadmij, in razvoj visoko{1}}zmogljivih, ne-strupenih materialov, kot so AgSnO₂, AgZnO, ali novih kompozitnih materialov.

 

Nano{0}}dimenzioniranje in kompozitne tehnologije:Optimiziranje porazdelitve oksidnih delcev z nanotehnologijo za izboljšanje splošne učinkovitosti materiala in raziskovanje večplastnih kompozitov in -z vlakni ojačanih struktur.

 

Površinska obdelava in premaz:Oblikovanje visoko{0}}zmogljivih kontaktnih tankih plasti na bakrenih substratih z uporabo galvanizacije, naprševanja ali laserske obloge za zmanjšanje stroškov in izboljšanje učinkovitosti.

 

Zasnova simulacije:Računalniška simulacija temperaturnih polj, polj tekočin in migracije materiala pod električnimi loki nudi teoretične smernice za načrtovanje novih materialov in pospešuje proces raziskav in razvoja.

 

 

Zgodovina materialov za relejne kontakte je proces nenehnega povezovanja med znanostjo o materialih in tehnologijo elektrotehnike. Od zgodnjega čistega zlata in čistega srebra do srebrovega kadmijevega oksida in nato do okolju prijaznih nanokompozitnih materialov je vsaka inovacija vodila releje k višji zanesljivosti, daljši življenjski dobi in inteligenci. teSrebrni električni kontaktiutelešajo temeljno vrednost relejnega sistema in so ključni temelj za zagotavljanje stabilnega delovanja električnih sistemov.