Analiza trenutnog statusa razvoja i ključnih tehnologija materijala za kontakte releja

U industrijskoj automatizaciji, kontroli napajanja, željezničkom prijevozu, novoj energiji i elektroničkoj opremi, releji ostaju jedna od najosnovnijih i najkritičnijih komponenti električne kontrole. Među njima, kontakt releja, kao središnja struktura koja ostvaruje "uključivanje" i "isključivanje" strujnog kruga, izravno određuje pouzdanost, životni vijek i primjenjive uvjete rada releja kroz odabir materijala.

 

Iz perspektive inženjerske primjene, relejni kontakt je u biti kontrolirano sklopno sučelje. Tijekom procesa prebacivanja između normalno otvorenog i normalno zatvorenog stanja, kontakt ne samo da mora održavati stabilnu vodljivost, već također mora izdržati električni luk, visoke temperature i mehaničke udare u trenutku prekida veze. Stoga su kontaktni materijali uvijek bili jedan od ključnih smjerova istraživanja u dizajnu i proizvodnji releja.

 

 

Relejni kontakti obično se sastoje od pokretnih i stacionarnih kontakata, koje pokreće elektromagnetski sustav da dovrše uključivanje i isključivanje. Na performanse kontakta utječu različiti čimbenici, uključujući sastav materijala, kontaktni tlak, struju opterećenja, razinu napona, frekvenciju prebacivanja i radno okruženje. Nakon što bilo koji parametar prijeđe projektirani raspon, može uzrokovati probleme kao što su kontaktna erozija, zavarivanje, povećan kontaktni otpor ili čak kvar.

 

U trenutku otvaranja kontakata, ako struja opterećenja ili napon između kontakata prijeđe kritičnu vrijednost, zrak se raspada, stvarajući električni luk. Visoka temperatura koju stvara luk brzo nagriza kontaktnu površinu, ubrzavajući trošenje materijala. Stoga su odgovarajući odabir materijala za kontakte i striktno kontroliranje nazivnog napona i struje kontakata presudni za osiguranje dugoročno-stabilnog rada releja.

 

 

Iz strukturne perspektive, kontaktni oblici releja uglavnom uključuju točkasti kontakt, linijski kontakt i površinski kontakt. Među njima, točkasti kontakt je najčešći u elektromagnetskim relejima. Ova struktura je korisna za postizanje većeg kontaktnog pritiska unutar ograničenog prostora, čime se smanjuje kontaktni otpor.

 

U projektiranju kontaktnih konstrukcija česte su i strukture lisnatih opruga i elastične strukture. Na primjer, u nekim se primjenama uvode električni kontakti lisnatih opruga ili kontaktne strukture s elastičnim kompenzacijskim sposobnostima kako bi se smanjio utjecaj odbijanja kontakta na stabilnost vodljivosti. Ova vrsta dizajna posebno je važna u scenarijima visoko-komutacije ili upravljanja malim signalom.

 

 

Iz perspektive materijalnog sustava, kontakti releja trenutno se uglavnom dijele u tri kategorije: čisti metalni materijali, materijali od metalnih legura i metal-keramički kompozitni materijali (materijali metalurgije praha).

 

Pod niskom-cijenom, općim uvjetima opterećenja, čisti bakar ili posrebreni-bakar i dalje se često koristi. Međutim, budući da scenariji primjene zahtijevaju dulji životni vijek i pouzdanost, pojedinačni-metalni materijali nisu dovoljni da zadovolje potrebe složenih radnih uvjeta, a legirani i kompozitni materijali postupno postaju glavni pristup.

 

 

Među brojnim kontaktnim materijalima, srebro i njegovi sustavi legura zauzimaju ključno mjesto. Srebro posjeduje izuzetno visoku električnu vodljivost i dobru toplinsku vodljivost, što ga čini idealnim osnovnim materijalom za proizvodnju električnih srebrnih kontakata. U praktičnim primjenama, čisto srebro se obično legira kako bi se povećala njegova otpornost na zavarivanje i habanje, čime se tvore različiti električni kontakti od srebrne legure.

 

Među njima, sustavi srebro-nikal, srebro-bakar i AgNi naširoko se koriste u relejima srednjeg{2}}opterećenja; ovi se materijali često zajednički nazivaju kontakti od legura srebra. Za veća opterećenja ili česte primjene preklapanja, sustavi srebrnog oksida, kao što su srebrni kadmij oksidni kontakti ili srebrno kadmij oksidni električni kontakti, koriste se za povećanje otpornosti na eroziju električnog luka. Tehnički opisi srebrnog kadmijevog kontakta ili agcdo kontakta također se često nalaze u tradicionalnoj literaturi.

 

Nadalje, AgNi sustav nudi prednosti u balansiranju ekološke prihvatljivosti i performansi, te se u nekim standardima naziva agni kontaktom. Prvenstveno se koristi u aplikacijama koje zahtijevaju stabilnu vodljivost i umjerenu otpornost na luk.

 

 

U primjenama koje zahtijevaju veliku struju, visoki napon ili visoku mehaničku čvrstoću, oslanjanje samo na legure na bazi srebra-ima ograničenja. U tim se slučajevima koriste kompoziti volframa i srebra-volframa zbog njihove iznimno visoke točke taljenja i izvrsne otpornosti na ablaciju. Ovi materijali se obično nalaze u energetskim relejima, kontaktorima i drugim uređajima, ali njihov kontaktni otpor je relativno visok, što ih općenito čini neprikladnima za slabe signalne krugove.

 

Strukturno, ti se materijali često kombiniraju sa supstratom u obliku električnih kontaktnih zakovica, pričvršćenih na kontaktni nosač zakivanjem ili zavarivanjem, kako bi se uravnotežila mehanička čvrstoća i vodljivost.

 

 

Za male signalne upravljačke krugove, posebno u aplikacijama niskog-napona, niske-struje, stanje kontaktne površine ima značajan utjecaj na integritet signala. U tim se primjenama pozlaćivanje obično primjenjuje na podloge od bakra ili bakrenih legura kako bi se smanjio kontaktni otpor i spriječila oksidacija.

 

Ti se dizajni često kombiniraju s elastičnim strukturama kako bi se formirao način rada sličan opružnim električnim kontaktima ili električnim opružnim kontaktima, čime se osigurava dugoročan-stabilan prijenos signala.

 

U nekim-pouzdanim sustavima, opružne-električne kontaktne strukture također se uvode kako bi se nadoknadila degradacija performansi uzrokovana trošenjem kontakta kontinuiranim elastičnim pritiskom.

 

 

S brzim razvojem nove energije, električnih vozila, pametnih mreža i industrijske automatizacije, uvjeti rada releja teže prema većim strujama, višim frekvencijama prebacivanja i strožim zahtjevima za zaštitu okoliša. Ovaj trend pokreće stalnu evoluciju kontaktnih materijala od tradicionalnih pojedinačnih metala prema-legurama i kompozitima visokih performansi.

 

Istovremeno, stroži propisi o zaštiti okoliša potiču industriju da postupno smanjuje upotrebu materijala koji-sadrže kadmij, promičući razvoj novih sustava legura na bazi-srebra. U tom kontekstu, različite vrste električnih kontakata nastavit će pokazivati ​​različite razvojne putove na temelju scenarija primjene.

 

 

Iako su relejni kontakti male veličine, oni igraju izuzetno važnu ulogu u cijelom električnom upravljačkom sustavu. Izbor kontaktnih materijala ne samo da utječe na vodljivost, već također izravno utječe na životni vijek releja, sigurnost i pouzdanost sustava. U budućnosti, kako se zahtjevi aplikacija nastavljaju nadograđivati,kontakt relejamaterijali će ostati važno područje fokusa i tehnoloških inovacija u području elektrotehnike.