Sistematska analiza kontaktnih materijala i životnog vijeka releja

Releji su među najčešće korištenim upravljačkim komponentama u ne-standardnim automatizovanim sistemima upravljanja, sistemima za kontrolu napajanja i industrijskoj opremi. Srž performansi releja leži u njegovom kontaktnom sistemu. Odabir materijala za kontakt i njihov odgovarajući električni i mehanički vijek trajanja direktno određuje pouzdanost releja, ciklusa održavanja i stabilnost cijelog sistema. Odgovarajući izbor kontaktnih materijala i strukturnih oblika pomaže u značajnom smanjenju stope kvarova opreme i troškova održavanja.

 

 

Vijek trajanja releja općenito se dijeli u dvije kategorije: mehanički vijek trajanja i električni vijek trajanja.

 

Mehanički vijek trajanja odnosi se na broj ponovljivih operacija uzrokovanih samo mehaničkim djelovanjem pod-uvjetima bez opterećenja, obično dostižući milione ili čak milijarde puta. Električni životni vijek, s druge strane, odnosi se na broj puta kada kontakti završe radnje prebacivanja i održavaju normalnu funkciju u uvjetima nazivnog opterećenja, i obično je znatno kraći od mehaničkog vijeka trajanja.

 

Uobičajeni očekivani električni vijek trajanja releja opće{0}}opće namjene i energetskih releja općenito nije manji od 100.000 ciklusa, ali ova vrijednost u velikoj mjeri ovisi o specifičnim radnim uvjetima. Kada kontakti rade u uvjetima ispod nazivnog opterećenja, njihov stvarni električni vijek se često može produžiti nekoliko puta. Na primjer, kontakti sa visokom -nazivnom strujom pokazuju značajno smanjenu energiju luka i sporije stope erozije materijala prilikom prebacivanja manjih otpornih opterećenja, čime se postiže životni vijek u milionima ciklusa.

 

Kraj električnog vijeka obično proizlazi iz sljedećih načina kvara: Migracija materijala se događa pod ponovljenim lukom, što dovodi do zavarivanja ili prianjanja; Ozbiljni gubitak materijala usled prskanja kontaktne površine ili ablacije sprečava stabilan električni kontakt; Otpor kontakta se stalno povećava, premašujući dozvoljeni opseg sistema.

 

U praktičnom inženjeringu, životni vek kontakta se može efikasno produžiti kroz racionalan dizajn kontaktnih materijala, kontaktni pritisak i odgovarajuće mere za suzbijanje luka.

 

 

Kontakti releja mogu koristiti različite plemenite metale i legure. Različiti materijali pokazuju značajne razlike u vodljivosti, otpornosti na luk, zavarljivosti i otpornosti na habanje. Uobičajeni oblici uključuju jednostruke-metalne kontakte, kontakte od kompozitnog materijala i bimetalne strukture, kao što su bimetalni srebrni kontakti, bimetalne kontaktne zakovice i bimetalni srebrni kontakti, koji se široko koriste u industrijskim relejima i energetskim relejima.

 

U aplikacijama srednje{0}}do-visoke struje, kompozitni materijali na bazi srebra-su glavni izbor, postižući dobar balans između provodljivosti i otpornosti na eroziju luka. Ovi materijali obično postoje u obliku kompozitnih kontakata ili preciznih električnih kontakata, proizvedenih metalurgijom praha ili procesima hladnog kačenja.

 

 

1. Srebrni kadmijum oksid (AgCdO)

Srebrni kadmijum oksid je dugo bio tipičan materijal za srednje{0}}do-kontakte releja velike struje. Ovaj materijal koristi metalurgiju praha za ravnomjernu distribuciju srebra i kadmijum oksida, kombinujući skoro{3}}čistu provodljivost srebra sa odličnom otpornošću zavarivanja. Njegove prednosti uključuju:

 

U slučaju stvaranja luka, kadmijum oksid efikasno inhibira migraciju materijala;

Ima dobru{0}}sposobnost gašenja luka, značajno smanjuje rizik od prianjanja na kontakt;

Pod odgovarajućim kontaktnim pritiskom, kontaktni otpor ostaje stabilan.

 

Tipično, sadržaj kadmijum oksida u AgCdO je između 10% i 15%. Kako se sadržaj povećava, otpornost zavara se poboljšava, ali se duktilnost i svojstva hladnog rada shodno tome smanjuju. Stoga se ovaj materijal često koristi u strukturama kao što su bimetalne zakovice za releje kako bi se uravnotežila obradivost i električne performanse.

 

2. Srebro kalaj oksid i srebro indijum kalaj oksid (AgSnO, AgInSnO)

Uz sve strožije ekološke propise o kadmijumskim materijalima, srebro-kalaj-oksid i srebro-indijum-kalaj-oksid postepeno su postali važne alternative za AgCdO. Ovi materijali imaju veću tvrdoću i dobru lemljivost, što ih čini posebno pogodnim za primjene sa značajnom udarnom strujom i niskom stacionarnom strujom-kao što su opterećenja niti ili induktivna opterećenja.

 

U poređenju sa AgCdO, ovi materijali imaju nešto veću zapreminsku otpornost, ali pokazuju dobru pouzdanost u automobilskim relejima i DC sistemima, posebno pogodni za visoko{0}}pouzdane kontaktne strukture kao što su srebrni kontakti prekidača i fiksni srebrni kontakti.

 

 

Čisto srebro ima najveću električnu i toplotnu provodljivost od svih metala, izuzetno nisku otpornost na kontakt i relativno kontrolisanu cenu; stoga se široko koristi u srebrnim električnim kontaktima. Međutim, njegovi nedostaci uključuju osjetljivost na sulfidaciju, zatamnjenje površine i dugotrajnu-stabilnost ograničenu okolinom.

 

Srebrne-legure bakra, uvođenjem bakra, poboljšavaju otpornost na habanje i smanjuju zavarljivost, čineći ih pogodnim za srednje{1}}aplikacije.

 

Srebrni-materijali od volframa posjeduju izuzetno visoke tačke topljenja i otpornost na luk, ali zahtijevaju visok kontaktni pritisak i imaju relativno visoku otpornost na kontakt, što ih čini prvenstveno korištenim u aplikacijama sa velikim-opterećenjem kao što su klizni električni kontakti ili kontakti s kliznim prstenom.

 

Srebrni{0}}materijali nikla značajno poboljšavaju otpornost na eroziju luka dok održavaju provodljivost skoro{1}}čistog srebra.

 

Srebrni-paladijumski materijali imaju visoku tvrdoću i nisko trošenje, ali su skuplji, obično se koriste u preciznim relejima sa izuzetno visokim zahtjevima za vijekom trajanja.

 

Srebrni-bakarni sistemi pokazuju dobru otpornost na koroziju u niskostrujnim -kolama, što ih čini pogodnim za aplikacije sa malim-opterećenjem kao što su opružni električni kontakti.

 

 

Moderni relejni kontakti često koriste dizajne bimetalne ili kompozitne strukture, kao što su bimetalni kontakti Ag/Cu, bimetalni kontakti s hladnom glavom i bimetalni kontakti za zakovice. Ove strukture postižu optimalnu ravnotežu između cijene, provodljivosti i vijeka trajanja dijeljenjem materijala između provodljive podloge i radnog kontaktnog sloja.

 

U praktičnim primenama, izbor materijala za kontakt ne zavisi samo od nazivne struje već i od pažljivog razmatranja tipa opterećenja (otporno, induktivno, kapacitivno), radnog napona, uslova okoline i očekivanog životnog veka. Za sisteme visoke{1}}pouzdanosti, pored odabira materijala, često je potrebno razmotriti odgovarajući oblik kontakta, dizajn kontaktnog pritiska i strategije-gašenja luka.
 

 

Relejni kontaktisu kritične komponente u električnim sistemima koji su najskloniji kvarovima, a njihov materijalni sistem direktno određuje električni vijek releja i pouzdanost sistema. Naučnim odabirom materijala za kontakte, racionalnim usklađivanjem karakteristika opterećenja i usvajanjem zrelih bimetalnih ili kompozitnih kontaktnih struktura, životni vijek releja može se značajno produžiti. Sa razvojem nove energije, automobilske elektronike i industrijske automatizacije, potražnja za električnim kontaktima-visokih performansi i kontaktima od plemenitih metala nastavit će rasti, a tehnologija kontaktnih materijala nastavit će se razvijati prema većoj pouzdanosti i ekološkoj prihvatljivosti.