Relekontaktimateriaalien ja käyttöiän järjestelmällinen analyysi

Releet ovat yleisimmin käytettyjä ohjauskomponentteja ei--standardeissa automaattisissa ohjausjärjestelmissä, tehonsäätöjärjestelmissä ja teollisuuslaitteissa. Releen suorituskyvyn ydin on sen kosketusjärjestelmässä. Kosketinmateriaalien valinta ja niitä vastaava sähköinen ja mekaaninen käyttöikä määrää suoraan releen luotettavuuden, huoltojakson ja koko järjestelmän vakauden. Kosketusmateriaalien ja rakennemuotojen oikea valinta auttaa vähentämään merkittävästi laitteiden vikaantumia ja ylläpitokustannuksia.

 

 

Releen käyttöikä jaetaan yleensä kahteen luokkaan: mekaaninen käyttöikä ja sähköinen käyttöikä.

 

Mekaaninen käyttöikä viittaa pelkän mekaanisen toiminnan aiheuttamien toistettavien toimintojen määrään kuormittamattomissa olosuhteissa, tyypillisesti miljoonia tai jopa miljardeja kertoja. Sähköinen käyttöikä puolestaan ​​viittaa siihen, kuinka monta kertaa koskettimet suorittavat kytkentätoiminnot ja ylläpitävät normaalia toimintaa nimelliskuormitusolosuhteissa, ja se on yleensä huomattavasti pienempi kuin mekaaninen käyttöikä.

 

Yleiskäyttöisten{0}}releiden ja tehoreleiden tyypillinen odotettu sähköinen käyttöikä on yleensä vähintään 100 000 jaksoa, mutta tämä arvo riippuu suuresti erityisistä käyttöolosuhteista. Kun koskettimet toimivat alle nimelliskuormituksen, niiden todellinen sähköinen käyttöikä voi usein pidentää useita kertoja. Esimerkiksi suuren -virran nimelliskoskettimissa on huomattavasti vähemmän kaarienergiaa ja hitaampaa materiaalin eroosionopeutta vaihdettaessa pienempiä resistiivisiä kuormia, mikä saavuttaa miljoonien jaksojen käyttöiän.

 

Sähköisen käyttöiän loppu johtuu tyypillisesti seuraavista vikatiloista: Materiaalin kulkeutuminen tapahtuu toistuvan valokaaren aikana, mikä johtaa hitsaukseen tai tarttumiseen; Vakava materiaalihävikki kosketuspinnan roiskeista tai ablaatiosta estää vakaan sähköisen kosketuksen; Kosketinvastus kasvaa jatkuvasti ylittäen järjestelmän sallitun alueen.

 

Käytännön suunnittelussa koskettimien käyttöikää voidaan pidentää tehokkaasti kosketusmateriaalien järkevällä suunnittelulla, kosketuspaineella ja vastaavilla valokaaren vaimennustoimenpiteillä.

 

 

Relekoskettimet voivat käyttää erilaisia ​​jalometalleja ja metalliseoksia. Eri materiaaleilla on merkittäviä eroja johtavuudessa, kaarenkestävyydessä, hitsattavuudessa ja kulutuskestävyydessä. Yleisiä muotoja ovat yksittäiset -metallikoskettimet, komposiittimateriaalikoskettimet ja bimetallirakenteet, kuten bimetalliset hopeakoskettimet, bimetalliset kosketinniitit ja bimetalliset hopeakoskettimet, joita käytetään laajalti teollisissa releissä ja tehoreleissä.

 

Keski---sovelluksissa, joissa virta on suuri, hopea-pohjaiset komposiittimateriaalit ovat yleisin valinta, ja niillä saavutetaan hyvä tasapaino johtavuuden ja kaaren eroosionkestävyyden välillä. Nämä materiaalit ovat tyypillisesti komposiittikoskettimia tai tarkkuussähkökoskettimia, jotka on valmistettu jauhemetallurgialla tai kylmäpäällystysprosesseilla.

 

 

1. Hopeakadmiumoksidi (AgCdO)

Hopeakadmiumoksidi on pitkään ollut tyypillinen materiaali keskisuuriin{0}}--korkeisiin relekontakteihin. Tämä materiaali käyttää jauhemetallurgiaa hopean ja kadmiumoksidin tasaiseen jakautumiseen yhdistäen lähes-puhtaan hopean johtavuuden erinomaiseen hitsauskestävyyteen. Sen etuja ovat:

 

Valokaarissa kadmiumoksidi estää tehokkaasti materiaalin kulkeutumista;

Sillä on hyvä valokaaren{0}}sammutuskyky, mikä vähentää merkittävästi kosketuskiinnittymisen riskiä.

Sopivassa kosketuspaineessa kosketusresistanssi pysyy vakaana.

 

Tyypillisesti kadmiumoksidipitoisuus AgCdO:ssa on 10-15 %. Pitoisuuden kasvaessa hitsin kestävyys paranee, mutta sitkeys ja kylmämuokkausominaisuudet heikkenevät vastaavasti. Siksi tätä materiaalia käytetään usein rakenteissa, kuten Bimetal Rivet For Relays, prosessoitavuuden ja sähköisen suorituskyvyn tasapainottamiseksi.

 

2. Hopeatinaoksidi ja hopea-indiumtinaoksidi (AgSnO, AgInSnO)

Kadmiummateriaaleja koskevien ympäristömääräysten tiukentuessa hopeatinaoksidista ja hopea-indiumtinaoksidista on vähitellen tullut tärkeitä vaihtoehtoja AgCdO:lle. Näillä materiaaleilla on korkeampi kovuus ja hyvä juotettavuus, minkä vuoksi ne sopivat erityisen hyvin sovelluksiin, joissa on merkittävä aaltovirta ja alhainen{1}}vakiovirta, kuten filamenttikuormat tai induktiiviset kuormat.

 

AgCdO:han verrattuna näillä materiaaleilla on hieman korkeampi tilavuusvastus, mutta niillä on hyvä luotettavuus autojen releissä ja tasavirtajärjestelmissä, mikä sopii erityisen hyvin{0}}luotettaviin kosketinrakenteisiin, kuten kytkinten hopeakoskettimiin ja kiinteisiin hopeakoskettimiin.

 

 

Puhtaalla hopealla on kaikista metalleista korkein sähkö- ja lämmönjohtavuus, erittäin alhainen kosketusvastus ja suhteellisen hallittavissa oleva hinta; siksi sitä käytetään laajalti hopeisissa sähkökontakteissa. Sen haittoja ovat kuitenkin herkkyys sulfidoitumiselle, pinnan himmeneminen ja ympäristön rajoittama{1}}pitkäaikainen stabiilisuus.

 

Kuparia lisäävät hopea-kupariseokset parantavat kulutuskestävyyttä ja vähentävät hitsattavuutta, mikä tekee niistä sopivia keskivirta{1}}sovelluksiin.

 

Hopea-volframimateriaalilla on erittäin korkeat sulamispisteet ja valokaarikestävyys, mutta ne vaativat korkean kosketuspaineen ja suhteellisen korkean kosketusresistanssin, minkä vuoksi niitä käytetään ensisijaisesti suuren -iskukuormituksen sovelluksissa, kuten liukuvissa sähkökoskettimissa tai liukurengaskoskettimissa.

 

Hopea-nikkelimateriaalit parantavat merkittävästi valokaaren eroosion kestävyyttä säilyttäen samalla lähes-puhtaan hopean johtavuuden.

 

Hopea{0}}palladiummateriaalit ovat kovia ja kuluvat vähän, mutta ne ovat kalliimpia, ja niitä käytetään tyypillisesti tarkkuusreleissä, joilla on erittäin korkeat käyttöiän vaatimukset.

 

Hopea-kuparijärjestelmillä on hyvä korroosionkestävyys pieni-virtapiireissä, joten ne sopivat kevyeen-kuormitukseen, kuten jousisähkökontakteihin.

 

 

Nykyaikaiset relekoskettimet käyttävät usein bimetalli- tai komposiittirakenteita, kuten bimetallikoskettimia Ag/Cu, kylmäpäisiä bimetallikoskettimia ja bimetallisia niittikoskettimia. Nämä rakenteet saavuttavat optimaalisen tasapainon kustannusten, johtavuuden ja käyttöiän välillä jakamalla materiaalin johtavan alustan ja työkontaktikerroksen välillä.

 

Käytännön sovelluksissa kosketinmateriaalien valinta ei riipu pelkästään nimellisvirrasta, vaan myös kuormatyypin (resistiivinen, induktiivinen, kapasitiivinen), käyttöjännitteen, ympäristöolosuhteiden ja odotetun käyttöiän huolellisesta harkinnasta. Korkean-luotettavuuden järjestelmissä materiaalin valinnan lisäksi on usein tarpeen harkita sopivaa koskettimen muotoa, kosketuspaineen suunnittelua ja kaaren{2}}sammutusstrategioita.
 

 

Relekontaktitovat kriittisiä komponentteja sähköjärjestelmissä, jotka ovat vioittumisalttiimpia, ja niiden materiaalijärjestelmä määrää suoraan releen sähköisen käyttöiän ja järjestelmän luotettavuuden. Releiden käyttöikää voidaan pidentää merkittävästi valitsemalla tieteellisesti kosketinmateriaalit, rationaalisesti sovittamalla kuormitusominaisuudet ja ottamalla käyttöön kypsät bimetalli- tai komposiittikosketinrakenteet. Uuden energian, autoelektroniikan ja teollisuusautomaation kehityksen myötä tehokkaiden-sähköisten koskettimien ja jalometallikoskettimien kysyntä kasvaa edelleen, ja kosketinmateriaaliteknologia kehittyy edelleen kohti parempaa luotettavuutta ja ympäristöystävällisyyttä.