Releja kontaktu materiālu pašreizējā attīstības statusa un galveno tehnoloģiju analīze

Rūpnieciskajā automatizācijā, jaudas kontrolē, dzelzceļa transportā, jaunā enerģētikā un elektroniskajās iekārtās releji joprojām ir viens no svarīgākajiem un svarīgākajiem elektriskās vadības komponentiem. Starp tiem releja kontakts kā galvenā struktūra, kas realizē ķēdes "ieslēgšanu" un "izslēgšanu", tieši nosaka releja uzticamību, kalpošanas laiku un piemērojamos darbības nosacījumus, izvēloties materiālu.

 

No inženiertehniskā lietojuma viedokļa releja kontakts būtībā ir kontrolēts komutācijas interfeiss. Pārslēgšanās procesā starp normāli atvērtu un normāli slēgtu stāvokli kontaktam ne tikai jāuztur stabila vadītspēja, bet arī jāiztur elektriskie loki, augsta temperatūra un mehāniski triecieni atvienošanas brīdī. Tāpēc kontaktmateriāli vienmēr ir bijuši viens no galvenajiem pētniecības virzieniem releju projektēšanā un ražošanā.

 

 

Releja kontakti parasti sastāv no kustīgiem un stacionāriem kontaktiem, kurus darbina elektromagnētiskā sistēma, lai pabeigtu ieslēgšanu un atvienošanu. Kontaktu veiktspēju ietekmē dažādi faktori, tostarp materiāla sastāvs, kontakta spiediens, slodzes strāva, sprieguma līmenis, pārslēgšanas frekvence un darbības vide. Ja kāds parametrs pārsniedz projektēto diapazonu, tas var izraisīt tādas problēmas kā kontakta erozija, metināšana, palielināta kontaktu pretestība vai pat atteice.

 

Kontaktu atvēršanas brīdī, ja slodzes strāva vai spriegums starp kontaktiem pārsniedz kritisko vērtību, gaiss sadalās, veidojot elektrisko loku. Loka radītā augstā temperatūra strauji grauj saskares virsmu, paātrinot materiāla nodilumu. Tāpēc, lai nodrošinātu releja ilgtermiņa stabilu darbību, ir ļoti svarīgi pareizi izvēlēties kontaktu materiālus un stingri kontrolēt kontaktu nominālo spriegumu un strāvu.

 

 

No strukturālā viedokļa releju kontaktu formas galvenokārt ietver punktveida kontaktu, līnijas kontaktu un virsmas kontaktu. Starp tiem punktveida kontakts ir visizplatītākais elektromagnētiskajos relejos. Šī struktūra ir izdevīga, lai ierobežotā telpā sasniegtu lielāku kontaktspiedienu, tādējādi samazinot kontakta pretestību.

 

Kontaktu konstrukciju projektēšanā izplatītas ir arī lokšņu atsperu konstrukcijas un elastīgās konstrukcijas. Piemēram, dažos lietojumos tiek ieviesti lokšņu atsperu elektriskie kontakti vai kontaktu struktūras ar elastīgas kompensācijas iespējām, lai samazinātu kontakta atsitiena ietekmi uz vadītspējas stabilitāti. Šis dizaina veids ir īpaši svarīgs augstas-frekvences pārslēgšanas vai maza signāla vadības scenārijos.

 

 

No materiālu sistēmas viedokļa releju kontakti pašlaik galvenokārt tiek iedalīti trīs kategorijās: tīri metāla materiāli, metālu sakausējumu materiāli un metālu{0}}keramikas kompozītmateriāli (pulvermetalurģijas materiāli).

 

Zemām-izmaksām un vispārējiem slodzes apstākļiem joprojām plaši tiek izmantots tīrs varš vai sudrabots{1}}varš. Tomēr, tā kā pielietojuma scenārijos ir nepieciešams ilgāks kalpošanas laiks un uzticamība, ar atsevišķiem -metāla materiāliem nepietiek, lai apmierinātu sarežģītu darbības apstākļu vajadzības, un sakausējumi un kompozītmateriāli pakāpeniski kļūst par galveno pieeju.

 

 

Starp daudziem saskares materiāliem sudrabam un tā sakausējumu sistēmām ir izšķiroša vieta. Sudrabam ir ārkārtīgi augsta elektrovadītspēja un laba siltumvadītspēja, padarot to par ideālu pamatmateriālu elektrisko sudraba kontaktu izgatavošanai. Praktiskā lietošanā tīru sudrabu parasti sakausē, lai uzlabotu tā izturību pret metināšanu un nodilumu, tādējādi veidojot dažādus sudraba sakausējuma elektriskos kontaktus.

 

Tostarp vidējas-niķeļa, sudraba-vara un AgNi sistēmas tiek plaši izmantotas vidējas-slodzes relejos; šos materiālus bieži kopā sauc par sudraba sakausējuma kontaktiem. Lielākai slodzei vai biežai pārslēgšanai tiek izmantotas sudraba oksīda sistēmas, piemēram, sudraba kadmija oksīda kontakti vai sudraba kadmija oksīda elektriskie kontakti, lai uzlabotu izturību pret loka eroziju. Tradicionālajā literatūrā parasti atrodami arī sudraba kadmija kontakta vai agcdo kontakta tehniskie apraksti.

 

Turklāt AgNi sistēma piedāvā priekšrocības, līdzsvarojot videi draudzīgumu un veiktspēju, un dažos standartos to dēvē par agni kontaktu. To galvenokārt izmanto lietojumos, kuriem nepieciešama stabila vadītspēja un mērena loka pretestība.

 

 

Lietojumos, kuros nepieciešama liela strāva, augsts spriegums vai augsta mehāniskā izturība, paļaušanās tikai uz sudraba{0}}sakausējumiem ir ierobežojumi. Šādos gadījumos tiek izmantoti volframa un sudraba -volframa kompozītmateriāli, jo tiem ir ārkārtīgi augsta kušanas temperatūra un lieliska ablācijas pretestība. Šie materiāli parasti ir atrodami jaudas relejos, kontaktoros un citās ierīcēs, taču to kontaktu pretestība ir salīdzinoši augsta, tāpēc tie parasti nav piemēroti vāju signālu ķēdēm.

 

Strukturāli šie materiāli bieži tiek apvienoti ar substrātu elektrisko kontaktkniežu veidā, kas piestiprinātas pie kontakta balsta ar kniedēšanu vai metināšanu, lai līdzsvarotu mehānisko izturību un vadītspēju.

 

 

Mazām signāla vadības shēmām, īpaši zema-sprieguma un zemas{1}}strāvas lietojumos, kontakta virsmas stāvoklis būtiski ietekmē signāla integritāti. Šajos lietojumos zelta pārklājums parasti tiek uzklāts uz vara vai vara sakausējuma substrātiem, lai samazinātu saskares pretestību un novērstu oksidēšanos.

 

Šīs konstrukcijas bieži tiek apvienotas ar elastīgām konstrukcijām, lai izveidotu darba režīmu, kas līdzīgs atsperu elektriskajiem kontaktiem vai elektriskajiem atsperu kontaktiem, tādējādi nodrošinot ilgtermiņa stabilu signāla pārraidi.

 

Dažās augstas -uzticamības sistēmās tiek ieviestas arī atsperi-noslogotas elektrisko kontaktu struktūras, lai kompensētu veiktspējas pasliktināšanos, ko izraisa kontaktu nodilums nepārtraukta elastīga spiediena ietekmē.

 

 

Strauji attīstoties jaunajai enerģijai, elektriskajiem transportlīdzekļiem, viedajiem tīkliem un rūpnieciskajai automatizācijai, releju darbības apstākļi ir tendence uz lielāku strāvu, augstāku pārslēgšanās frekvenci un stingrākām vides prasībām. Šī tendence veicina nepārtrauktu kontaktu materiālu attīstību no tradicionāliem atsevišķiem metāliem uz augstas veiktspējas sakausējumiem un kompozītmateriāliem.

 

Vienlaikus stingrāki vides noteikumi mudina nozari pakāpeniski samazināt kadmiju{0}}saturošu materiālu izmantošanu, veicinot jaunu sudraba- sakausējumu sistēmu izstrādi. Uz šī fona dažādiem elektrisko kontaktu veidiem joprojām būs atšķirīgi attīstības ceļi, pamatojoties uz lietojumprogrammu scenārijiem.

 

 

Lai gan releju kontakti ir maza izmēra, tiem ir ārkārtīgi svarīga loma visā elektriskās vadības sistēmā. Kontaktu materiālu izvēle ne tikai ietekmē vadītspēju, bet arī tieši ietekmē releja kalpošanas laiku, drošību un sistēmas uzticamību. Nākotnē, tā kā lietojumprogrammu prasības turpinās jaunināt,releja kontaktsmateriāli joprojām būs svarīga fokusa un tehnoloģisko inovāciju joma elektrotehnikas jomā.