Систематичен анализ на контактните материали на релето и продължителността на живота

Релетата са сред най-често използваните управляващи компоненти в не-стандартни автоматизирани системи за управление, системи за контрол на мощността и индустриално оборудване. Ядрото на работата на релето се крие в неговата контактна система. Изборът на контактни материали и съответният им електрически и механичен живот директно определя надеждността на релето, цикъла на поддръжка и стабилността на цялата система. Подходящият избор на контактни материали и структурни форми спомага за значително намаляване на честотата на повреда на оборудването и разходите за поддръжка.

 

 

Животът на релето обикновено се разделя на две категории: механичен живот и електрически живот.

 

Продължителността на механичния живот се отнася до броя повторяеми операции, причинени само от механично действие при-условия на празен ход, като обикновено достига милиони или дори милиарди пъти. Продължителността на електрическия живот, от друга страна, се отнася до броя пъти, когато контактите извършват превключващи действия и поддържат нормална функция при номинални условия на натоварване, и обикновено е значително по-нисък от продължителността на механичния живот.

 

Типичният очакван електрически живот на-релетата с общо предназначение и силови релета обикновено е не по-малко от 100 000 цикъла, но тази стойност силно зависи от конкретните работни условия. Когато контактите работят при условия под номиналния товар, техният действителен електрически живот често може да бъде удължен няколко пъти. Например контактите с висок-номинален ток показват значително намалена енергия на дъгата и по-бавни скорости на ерозия на материала при превключване на по-малки съпротивителни товари, като по този начин се постига продължителност на живота в милиони цикли.

 

Краят на електрическия живот обикновено произтича от следните режими на повреда: Миграцията на материала възниква при повтаряща се дъга, което води до заваряване или залепване; Сериозна загуба на материал от пръскане или аблация на контактната повърхност предотвратява стабилния електрически контакт; Контактното съпротивление непрекъснато се увеличава, надхвърляйки допустимия диапазон на системата.

 

В практическото инженерство контактният живот може да бъде ефективно удължен чрез рационален дизайн на контактните материали, контактното налягане и съответните мерки за потискане на дъгата.

 

 

Релейните контакти могат да използват различни благородни метали и сплави. Различните материали показват значителни разлики в проводимостта, устойчивостта на дъга, заваряемостта и устойчивостта на износване. Често срещаните форми включват единични-метални контакти, контакти от композитни материали и биметални структури, като биметални сребърни контакти, биметални контактни нитове и биметални сребърни контакти, широко използвани в индустриални релета и силови релета.

 

В приложения със среден{0}}до-висок ток композитните материали на базата на сребро- са основният избор, постигайки добър баланс между проводимост и устойчивост на ерозия на дъгата. Тези материали обикновено съществуват под формата на композитни контакти или прецизни електрически контакти, произведени чрез процеси на прахова металургия или студено зареждане.

 

 

1. Сребърен кадмиев оксид (AgCdO)

Сребърният кадмиев оксид отдавна е типичен материал за релейни контакти със среден{0}}до-висок ток. Този материал използва прахова металургия за равномерно разпределение на сребро и кадмиев оксид, съчетавайки почти -чиста сребърна проводимост с отлична устойчивост на заваряване. Неговите предимства включват:

 

Под действието на дъга кадмиевият оксид ефективно възпрепятства миграцията на материала;

Има добра дъгогасителна-способност, което значително намалява риска от контактна адхезия;

При подходящ контактен натиск контактното съпротивление остава стабилно.

 

Обикновено съдържанието на кадмиев оксид в AgCdO е между 10% и 15%. С увеличаването на съдържанието устойчивостта на заваряване се подобрява, но пластичността и свойствата за студена обработка намаляват съответно. Поради това този материал често се използва в структури като биметални нитове за релета, за да се балансира възможността за обработка и електрическите характеристики.

 

2. Сребърен калаен оксид и сребърен индиев калаен оксид (AgSnO, AgInSnO)

С все по-строгите екологични разпоредби за кадмиевите материали, сребърно-калаен оксид и сребърно-индиев калаен оксид постепенно се превърнаха във важни алтернативи на AgCdO. Тези материали имат по-висока твърдост и добра спойка, което ги прави особено подходящи за приложения със значителен ударен ток и нисък стационарен ток, като натоварвания с нишка или индуктивни натоварвания.

 

В сравнение с AgCdO, тези материали имат малко по-високо обемно съпротивление, но показват добра надеждност в автомобилни релета и системи за постоянен ток, особено подходящи за високо-надеждни контактни структури, като сребърни контакти на превключватели и фиксирани сребърни контакти.

 

 

Чистото сребро има най-високата електрическа и топлопроводимост от всички метали, изключително ниско контактно съпротивление и относително контролируема цена; по този начин той се използва широко в сребърни електрически контакти. Недостатъците му обаче включват чувствителност към сулфидиране, затъмняване на повърхността и дългосрочна -стабилност, ограничена от околната среда.

 

Сребърните-медни сплави, чрез въвеждане на мед, подобряват устойчивостта на износване и намаляват заваряемостта, което ги прави подходящи за приложения със среден-ток.

 

Сребърните-волфрамови материали притежават изключително високи точки на топене и устойчивост на дъга, но изискват високо контактно налягане и имат относително висока контактна устойчивост, което ги прави предимно използвани в приложения с високо-ударно натоварване, като плъзгащи се електрически контакти или контакти с плъзгащи пръстени.

 

Сребърно-никеловите материали значително подобряват устойчивостта на дъгова ерозия, като същевременно поддържат почти-чиста сребърна проводимост.

 

Сребърно-паладиеви материали имат висока твърдост и ниско износване, но са по-скъпи и обикновено се използват в прецизни релета с изключително високи изисквания за продължителност на живота.

 

Системите от сребърна-мед показват добра устойчивост на корозия във вериги с-нисък ток, което ги прави подходящи за приложения с леко-натоварване, като пружинни електрически контакти.

 

 

Съвременните релейни контакти често използват биметални или композитни конструкции, като например биметални контакти Ag/Cu, биметални контакти със студена глава и биметални контакти с нитове. Тези структури постигат оптимален баланс между цена, проводимост и продължителност на живота чрез разделяне на материала между проводимия субстрат и работния контактен слой.

 

В практическите приложения изборът на контактни материали зависи не само от номиналния ток, но и от внимателното разглеждане на типа товар (резистивен, индуктивен, капацитивен), работното напрежение, условията на околната среда и очаквания живот. За системи с висока-надеждност, в допълнение към избора на материал, често е необходимо да се обмисли подходяща форма на контакта, дизайн на контактното налягане и-стратегии за гасене на дъгата.
 

 

Релейни контактиса критични компоненти в електрическите системи, които са най-податливи на повреда, и тяхната материална система директно определя електрическия живот на релето и надеждността на системата. Чрез научен подбор на контактни материали, рационално съчетаване на характеристиките на натоварване и приемане на зрели биметални или композитни контактни структури, продължителността на живота на релетата може да бъде значително удължена. С развитието на новата енергетика, автомобилната електроника и промишлената автоматизация, търсенето на високо-производителни електрически контакти и контакти от благородни метали ще продължи да нараства, а технологията на контактните материали ще продължи да се развива към по-висока надеждност и екологичност.