A reléérintkezők anyagainak és élettartamának szisztematikus elemzése

A relék a leggyakrabban használt vezérlőelemek közé tartoznak a nem-szabványos automatizált vezérlőrendszerekben, teljesítményszabályozó rendszerekben és ipari berendezésekben. A relé teljesítményének lényege az érintkezőrendszerben rejlik. Az érintkező anyagok kiválasztása és a hozzájuk tartozó elektromos és mechanikai élettartam közvetlenül meghatározza a relé megbízhatóságát, a karbantartási ciklust és a teljes rendszer stabilitását. Az érintkezési anyagok és szerkezeti formák megfelelő megválasztása jelentősen csökkenti a berendezések meghibásodásának arányát és a karbantartási költségeket.

 

 

A relé élettartamát általában két kategóriába sorolják: mechanikus élettartamra és elektromos élettartamra.

 

A mechanikai élettartam a pusztán mechanikai hatás által okozott megismételhető műveletek számát jelenti terhelés nélküli-körülmények között, általában milliókat vagy akár milliárdokat is elérve. Az elektromos élettartam ezzel szemben azt jelenti, hogy az érintkezők hányszor hajtanak végre kapcsolási műveleteket és fenntartják a normál működést névleges terhelési feltételek mellett, és általában jelentősen alacsonyabb, mint a mechanikai élettartam.

 

Az általános-célú relék és teljesítményrelék jellemző elektromos élettartama általában nem kevesebb, mint 100 000 ciklus, de ez az érték nagymértékben függ az adott működési feltételektől. Ha az érintkezők a névleges terhelés alatti körülmények között működnek, tényleges elektromos élettartamuk gyakran többszörösére meghosszabbítható. Például a nagy-áramú névleges érintkezők jelentősen csökkentik az ívenergiát, és lassabb az anyagerózió sebessége kisebb ellenállási terhelések váltásakor, így a ciklusok millióira rúgó élettartam érhető el.

 

Az elektromos élettartam vége általában a következő meghibásodási módokból adódik: Az anyagvándorlás ismétlődő ívkiütés hatására megy végbe, ami hegesztéshez vagy adhézióhoz vezet; Az érintkezési felület fröccsenéséből vagy ablációjából eredő súlyos anyagveszteség megakadályozza a stabil elektromos érintkezést; Az érintkezési ellenállás folyamatosan növekszik, túllépve a rendszer megengedett tartományát.

 

A gyakorlati tervezésben az érintkezők élettartama hatékonyan meghosszabbítható az érintkező anyagok ésszerű tervezésével, az érintkezési nyomással és a megfelelő ívelnyomási intézkedésekkel.

 

 

A reléérintkezők különféle nemesfémeket és ötvözeteket használhatnak. A különböző anyagok vezetőképességében, ívellenállásában, hegeszthetőségében és kopásállóságában jelentős különbségek mutatkoznak. A gyakori formák közé tartoznak az egy-fémérintkezők, a kompozit anyagú érintkezők és a bimetál szerkezetek, például a bimetál ezüstérintkezők, a bimetál érintkezőszegecsek és a bimetál ezüstérintkezők, amelyeket széles körben használnak ipari relékben és teljesítményrelékben.

 

Közepes{0}}--nagy áramerősségű alkalmazásokban az ezüst-alapú kompozit anyagok a fő választás, jó egyensúlyt biztosítva a vezetőképesség és az íverózióval szembeni ellenállás között. Ezek az anyagok jellemzően kompozit érintkezők vagy precíziós elektromos érintkezők formájában léteznek, amelyeket porkohászattal vagy hidegfejezési eljárással állítanak elő.

 

 

1. Ezüst-kadmium-oxid (AgCdO)

Az ezüst-kadmium-oxid régóta a közepes{0}}--nagyáramú reléérintkezők tipikus anyaga. Ez az anyag porkohászatot alkalmaz az ezüst és a kadmium-oxid egyenletes eloszlatására, és a közel-tiszta ezüst vezetőképességét kiváló hegesztési ellenállással ötvözi. Előnyei közé tartozik:

 

Ívíves állapotban a kadmium-oxid hatékonyan gátolja az anyagvándorlást;

Jó ívoltó-képességgel rendelkezik, jelentősen csökkentve az érintkezési tapadás kockázatát;

Megfelelő érintkezési nyomás mellett az érintkezési ellenállás stabil marad.

 

Az AgCdO kadmium-oxid-tartalma jellemzően 10% és 15% között van. A tartalom növekedésével javul a hegesztési ellenállás, de ennek megfelelően csökken a hajlékonyság és a hidegmegmunkálási tulajdonságok. Ezért ezt az anyagot gyakran használják olyan szerkezetekben, mint a Bimetal Rivet For Relays a feldolgozhatóság és az elektromos teljesítmény egyensúlya érdekében.

 

2. Ezüst-ón-oxid és ezüst-indium-ón-oxid (AgSnO, AgInSnO)

A kadmium anyagokra vonatkozó egyre szigorúbb környezetvédelmi előírások miatt az ezüst-ón-oxid és az ezüst-indium-ón-oxid fokozatosan az AgCdO fontos alternatíváivá vált. Ezek az anyagok nagyobb keménységgel és jó forraszthatósággal rendelkeznek, így különösen alkalmasak jelentős túlfeszültséggel és alacsony állandósult{1}}áramú alkalmazásokhoz, például izzószál-terheléshez vagy induktív terheléshez.

 

Az AgCdO-hoz képest ezeknek az anyagoknak valamivel nagyobb a térfogati ellenállása, de jó megbízhatóságot mutatnak az autóipari relékben és egyenáramú rendszerekben, különösen alkalmasak nagy{0}}megbízhatóságú érintkezőszerkezetekhez, például kapcsoló ezüst érintkezőkhöz és rögzített ezüst érintkezőkhöz.

 

 

A tiszta ezüst az összes fém közül a legmagasabb elektromos és hővezető képességgel, rendkívül alacsony érintkezési ellenállással és viszonylag szabályozható költséggel rendelkezik; így széles körben használják ezüst elektromos érintkezőkben. Azonban hátrányai közé tartozik a szulfidációra való hajlam, a felület elhomályosodása és a környezet által korlátozott hosszú távú stabilitás.

 

Az ezüst-rézötvözetek a réz bevezetésével javítják a kopásállóságot és csökkentik a hegeszthetőséget, így alkalmassá teszik őket közepes{1}}áramú alkalmazásokra.

 

Az ezüst-volfrám anyagok rendkívül magas olvadásponttal és ívellenállással rendelkeznek, de nagy érintkezési nyomást igényelnek, és viszonylag nagy az érintkezési ellenállásuk, ezért elsősorban nagy-ütőterhelésű alkalmazásokban használják őket, mint például csúszó elektromos érintkezők vagy csúszógyűrűs érintkezők.

 

Az ezüst-nikkel anyagok jelentősen javítják az íverózióval szembeni ellenállást, miközben megtartják a közel-tiszta ezüst vezetőképességét.

 

Az ezüst-palládium anyagok nagy keménységgel és alacsony kopással rendelkeznek, de drágábbak, általában precíziós relékben használják, amelyek élettartama rendkívül magas.

 

Az ezüst-rézrendszerek jó korrózióállóságot mutatnak az alacsony-áramú áramkörökben, így alkalmasak kis-terhelésű alkalmazásokhoz, például rugós elektromos érintkezőkhöz.

 

 

A modern reléérintkezők gyakran bimetál vagy kompozit szerkezeti kialakításokat alkalmaznak, például bimetál Ag/Cu érintkezőket, hidegfejű bimetál érintkezőket és bimetál szegecsérintkezőket. Ezek a szerkezetek optimális egyensúlyt biztosítanak a költségek, a vezetőképesség és az élettartam között azáltal, hogy felosztják az anyagot a vezetőképes hordozó és a munka érintkező réteg között.

 

A gyakorlati alkalmazásokban az érintkező anyagok kiválasztása nem csak a névleges áramerősségtől függ, hanem a terhelés típusának (rezisztív, induktív, kapacitív), az üzemi feszültségtől, a környezeti feltételektől és a várható élettartamtól is. A nagy-megbízhatóságú rendszerek esetében az anyagválasztáson kívül gyakran figyelembe kell venni a megfelelő érintkező alakját, az érintkezőnyomás kialakítását és az ív{2}}oltási stratégiákat.
 

 

Relé érintkezőkA meghibásodásra leginkább hajlamos elektromos rendszerek kritikus elemei, anyagi rendszerük pedig közvetlenül meghatározza a relé elektromos élettartamát és a rendszer megbízhatóságát. Az érintkezőanyagok tudományos megválasztásával, a terhelési jellemzők ésszerű összehangolásával és a kiforrott bimetál vagy kompozit érintkezőszerkezetek alkalmazásával a relék élettartama jelentősen meghosszabbítható. Az új energia, az autóipari elektronika és az ipari automatizálás fejlesztésével a nagy teljesítményű elektromos érintkezők és a nemesfém érintkezők iránti kereslet tovább fog nőni, az érintkezőanyagok technológiája pedig tovább fog fejlődni a nagyobb megbízhatóság és környezetbarátság irányába.