Анализ на текущото състояние на развитие и ключови технологии на релейни контактни материали

В промишлената автоматизация, управлението на мощността, железопътния транспорт, новата енергия и електронното оборудване, релетата остават един от най-фундаменталните и критични компоненти за електрически контрол. Между тях контактът на релето, като основна структура, реализираща "включването" и "изключването" на веригата, директно определя надеждността, експлоатационния живот и приложимите работни условия на релето чрез избора на материал.

 

От гледна точка на инженерното приложение, контактът на релето е по същество контролиран превключващ интерфейс. По време на процеса на превключване между нормално отворено и нормално затворено състояние, контактът не само трябва да поддържа стабилна проводимост, но също така трябва да издържа на електрически дъги, високи температури и механични удари в момента на прекъсване. Следователно контактните материали винаги са били една от ключовите насоки на изследване в проектирането и производството на релета.

 

 

Релейните контакти обикновено се състоят от движещи се и неподвижни контакти, които се задвижват от електромагнитна система, за да завършат зацепването и разцепването. Работата на контакта се влияе от различни фактори, включително състав на материала, контактно налягане, ток на натоварване, ниво на напрежение, честота на превключване и работна среда. След като някой параметър надхвърли проектния диапазон, това може да причини проблеми като контактна ерозия, заваряване, повишено контактно съпротивление или дори повреда.

 

В момента на отваряне на контактите, ако товарният ток или напрежението между контактите надвиши критична стойност, въздухът се разпада, образувайки електрическа дъга. Високата температура, генерирана от дъгата, бързо разяжда контактната повърхност, ускорявайки износването на материала. Следователно, подходящият избор на контактни материали и стриктното контролиране на номиналното напрежение и ток на контактите са от решаващо значение за осигуряване на дългосрочна-стабилна работа на релето.

 

 

От структурна гледна точка формите на релейни контакти включват главно точков контакт, линеен контакт и повърхностен контакт. Сред тях точковият контакт е най-често срещаният в електромагнитните релета. Тази структура е благоприятна за постигане на по-високо контактно налягане в ограничено пространство, като по този начин се намалява контактното съпротивление.

 

При проектирането на контактни конструкции често се срещат и конструкции с листови пружини и еластични структури. Например, в някои приложения се въвеждат електрически контакти с листова пружина или контактни структури с възможности за еластична компенсация, за да се намали въздействието на отскачането на контакта върху стабилността на проводимостта. Този тип дизайн е особено важен при високо-честотно превключване или сценарии за управление на малък сигнал.

 

 

От гледна точка на материалната система релейните контакти понастоящем се разделят основно на три категории: чисти метални материали, материали от метални сплави и метало{0}}керамични композитни материали (материали от праховата металургия).

 

При ниски-разходи, общи условия на натоварване, чистата мед или-сребърната мед остават широко използвани. Въпреки това, тъй като сценариите на приложение изискват по-дълъг живот и надеждност, един-металните материали са недостатъчни, за да отговорят на нуждите при сложни работни условия, а легиращите и композитните материали постепенно се превръщат в основен подход.

 

 

Сред многобройните контактни материали, среброто и неговите системи от сплави заемат решаваща позиция. Среброто притежава изключително висока електропроводимост и добра топлопроводимост, което го прави идеален основен материал за производство на електрически сребърни контакти. В практическите приложения чистото сребро обикновено се легира, за да се подобри неговата устойчивост на заваряване и износване, като по този начин се образуват различни електрически контакти от сребърна сплав.

 

Сред тях системите от сребро-никел, сребро-мед и AgNi се използват широко в релета за средно-натоварване; тези материали често се наричат ​​колективно контакти от сребърна сплав. За по-високи натоварвания или приложения с чести превключвания се използват системи от сребърен оксид, като контакти от сребърен кадмиев оксид или електрически контакти от сребърен кадмиев оксид, за подобряване на устойчивостта на ерозия на дъгата. Техническите описания на сребърен кадмиев контакт или agcdo контакт също често се срещат в традиционната литература.

 

Освен това системата AgNi предлага предимства при балансирането на екологосъобразност и производителност и се нарича agni contact в някои стандарти. Използва се предимно в приложения, изискващи стабилна проводимост и умерено съпротивление на дъгата.

 

 

В приложения, изискващи висок ток, високо напрежение или висока механична якост, разчитането само на сплави на базата на сребро- има ограничения. В тези случаи се използват композити от волфрам и сребро-волфрам поради изключително високата им точка на топене и отлична устойчивост на аблация. Тези материали обикновено се срещат в силови релета, контактори и други устройства, но тяхното контактно съпротивление е сравнително високо, което като цяло ги прави неподходящи за вериги със слаб сигнал.

 

В структурно отношение тези материали често се комбинират със субстрата под формата на електрически контактни нитове, фиксирани към контактната опора чрез занитване или заваряване, за да се балансира механичната якост и проводимост.

 

 

За схеми за управление на малък сигнал, особено при приложения с ниско-напрежение и нисък{1}}ток, състоянието на контактната повърхност оказва значително влияние върху целостта на сигнала. В тези приложения златното покритие обикновено се прилага върху субстрати от мед или медна сплав, за да се намали контактното съпротивление и да се предотврати окисляването.

 

Тези конструкции често се комбинират с еластични структури, за да образуват режим на работа, подобен на пружинни електрически контакти или електрически пружинни контакти, като по този начин се гарантира дългосрочно стабилно предаване на сигнала.

 

В някои високо{0}}надеждни системи се въвеждат и пружинно-електрически контактни структури, за да се компенсира влошаването на производителността, причинено от износването на контакта чрез непрекъснат еластичен натиск.

 

 

С бързото развитие на новата енергия, електрическите превозни средства, интелигентните мрежи и индустриалната автоматизация, условията на работа на релетата са склонни към по-високи токове, по-високи честоти на превключване и по-строги екологични изисквания. Тази тенденция води до непрекъсната еволюция на контактните материали от традиционните единични метали към високо{1}}сплави и композити.

 

Едновременно с това по-строгите екологични разпоредби карат индустрията постепенно да намалява употребата на материали,-съдържащи кадмий, насърчавайки разработването на нови системи от сплави на базата на сребро-. На този фон различните типове електрически контакти ще продължат да показват диференцирани пътища на развитие въз основа на сценарии за приложение.

 

 

Въпреки че релейните контакти са малки по размер, те играят изключително важна роля в цялата система за електрическо управление. Изборът на контактни материали не само влияе върху проводимостта, но и пряко влияе върху продължителността на живота на релето, безопасността и надеждността на системата. В бъдеще, тъй като изискванията на приложенията продължават да се надграждат,релеен контактматериалите ще останат важна област на фокус и технологични иновации в областта на електротехниката.