Analyse av gjeldende utviklingsstatus og nøkkelteknologier for relékontaktmaterialer

Innen industriell automasjon, strømstyring, jernbanetransport, ny energi og elektronisk utstyr er reléer fortsatt en av de mest grunnleggende og kritiske elektriske kontrollkomponentene. Blant dem bestemmer relékontakten, som kjernestrukturen som realiserer "på" og "av" av en krets, direkte påliteligheten, levetiden og gjeldende driftsforhold til reléet gjennom materialvalget.

 

Fra et teknisk applikasjonsperspektiv er relékontakten i hovedsak et kontrollert svitsjegrensesnitt. Under vekslingsprosessen mellom normalt åpen og normalt lukket tilstand, må kontakten ikke bare opprettholde stabil ledning, men må også tåle elektriske lysbuer, høye temperaturer og mekaniske støt i frakoblingsøyeblikket. Derfor har kontaktmaterialer alltid vært en av de viktigste forskningsretningene innen relédesign og produksjon.

 

 

Relékontakter består vanligvis av bevegelige og stasjonære kontakter, som drives av et elektromagnetisk system for å fullføre inn- og utkoblingen. Kontaktytelse påvirkes av ulike faktorer, inkludert materialsammensetning, kontakttrykk, belastningsstrøm, spenningsnivå, byttefrekvens og driftsmiljø. Når en parameter overskrider designområdet, kan det forårsake problemer som kontakterosjon, sveising, økt kontaktmotstand eller til og med feil.

 

I det øyeblikket kontaktene åpnes, hvis belastningsstrømmen eller spenningen mellom kontaktene overstiger en kritisk verdi, brytes luften ned og danner en elektrisk lysbue. Den høye temperaturen som genereres av lysbuen eroderer raskt kontaktflaten, og akselererer slitasje på materialet. Derfor er riktig valg av kontaktmaterialer og streng kontroll av nominell spenning og strøm til kontaktene avgjørende for å sikre langsiktig-stabil drift av reléet.

 

 

Fra et strukturelt perspektiv inkluderer relékontaktformer hovedsakelig punktkontakt, linjekontakt og overflatekontakt. Blant disse er punktkontakt den vanligste i elektromagnetiske releer. Denne strukturen er fordelaktig for å oppnå høyere kontakttrykk innenfor et begrenset rom, og derved redusere kontaktmotstanden.

 

I design av kontaktstrukturer er bladfjærstrukturer og elastiske strukturer også vanlige. For eksempel, i noen applikasjoner, introduseres bladfjærende elektriske kontakter eller kontaktstrukturer med elastiske kompensasjonsevner for å redusere virkningen av kontaktsprett på ledningsstabiliteten. Denne typen design er spesielt viktig i høy-svitsjing eller kontrollscenarier for små signaler.

 

 

Fra et materialsystemperspektiv er relékontakter for tiden hovedsakelig delt inn i tre kategorier: rene metallmaterialer, metallegeringsmaterialer og metall-keramiske komposittmaterialer (pulvermetallurgiske materialer).

 

Under lave-kostnader, generelle belastningsforhold, er rent kobber eller sølv-belagt kobber fortsatt mye brukt. Men ettersom applikasjonsscenarier krever lengre levetid og pålitelighet, er enkeltmetallmaterialer utilstrekkelig for å møte behovene til komplekse driftsforhold, og legerings- og komposittmaterialer blir gradvis den vanlige tilnærmingen.

 

 

Blant mange kontaktmaterialer inntar sølv og dets legeringssystemer en avgjørende posisjon. Sølv har ekstremt høy elektrisk ledningsevne og god varmeledningsevne, noe som gjør det til et ideelt basismateriale for produksjon av elektriske sølvkontakter. I praktiske applikasjoner legeres rent sølv typisk for å øke motstanden mot sveising og slitasje, og danner dermed forskjellige elektriske kontakter av sølvlegering.

 

Blant disse er sølv-nikkel, sølv-kobber og AgNi-systemer mye brukt i middels-belastningsreléer; disse materialene blir ofte referert til som sølvlegeringskontakter. For høyere belastninger eller hyppige koblingsapplikasjoner brukes sølvoksidsystemer, som sølvkadmiumoksidkontakter eller sølvkadmiumoksidelektriske kontakter, for å forbedre motstanden mot buerosjon. De tekniske beskrivelsene av sølvkadmiumkontakt eller agcdo-kontakt finnes også ofte i tradisjonell litteratur.

 

Videre tilbyr AgNi-systemet fordeler ved å balansere miljøvennlighet og ytelse, og omtales som agni-kontakt i noen standarder. Den brukes først og fremst i applikasjoner som krever stabil ledning og moderat lysbuemotstand.

 

 

I applikasjoner som krever høy strøm, høy spenning eller høy mekanisk styrke, har det begrensninger å stole utelukkende på sølv-baserte legeringer. I disse tilfellene brukes wolfram- og sølv-wolframkompositter på grunn av deres ekstremt høye smeltepunkt og utmerkede ablasjonsmotstand. Disse materialene finnes ofte i strømreléer, kontaktorer og andre enheter, men deres kontaktmotstand er relativt høy, noe som vanligvis gjør dem uegnet for svake signalkretser.

 

Strukturelt er disse materialene ofte kombinert med underlaget i form av elektriske kontaktnagler, festet til kontaktstøtten ved klinking eller sveising, for å balansere mekanisk styrke og ledningsevne.

 

 

For kontrollkretser for små signaler, spesielt i applikasjoner med lav-spenning, lav-strøm, har kontaktoverflatens tilstand en betydelig innvirkning på signalintegriteten. I disse bruksområdene påføres gullbelegg vanligvis på kobber- eller kobberlegeringssubstrater for å redusere kontaktmotstanden og forhindre oksidasjon.

 

Disse designene er ofte kombinert med elastiske strukturer for å danne en arbeidsmodus som ligner på elektriske fjærkontakter eller elektriske fjærkontakter, og sikrer dermed en stabil-langsiktig signaloverføring.

 

I noen systemer med høy-pålitelighet introduseres også fjærbelastede-elektriske kontaktstrukturer for å oppveie ytelsesdegradering forårsaket av kontaktslitasje gjennom kontinuerlig elastisk trykk.

 

 

Med den raske utviklingen av ny energi, elektriske kjøretøy, smarte nett og industriell automasjon, trender relédriftsforholdene mot høyere strømmer, høyere koblingsfrekvenser og strengere miljøkrav. Denne trenden driver den kontinuerlige utviklingen av kontaktmaterialer fra tradisjonelle enkeltmetaller til legeringer og kompositter med høy-ytelse.

 

Samtidig får strengere miljøbestemmelser industrien til gradvis å redusere bruken av-kadmiumholdige materialer, og fremme utviklingen av nye sølv-baserte legeringssystemer. På dette bakteppet vil forskjellige typer elektriske kontakter fortsette å vise differensierte utviklingsveier basert på applikasjonsscenarier.

 

 

Selv om relékontakter er små i størrelse, spiller de en ekstremt kritisk rolle i hele det elektriske kontrollsystemet. Valget av kontaktmaterialer påvirker ikke bare ledningsevnen, men påvirker også reléets levetid, sikkerhet og systempålitelighet direkte. I fremtiden, ettersom applikasjonskravene fortsetter å oppgraderes,relékontaktmaterialer vil fortsatt være et viktig fokusområde og teknologisk innovasjon innen elektroteknikk.