Анализ текущего состояния развития и ключевых технологий материалов контактов реле

В промышленной автоматизации, управлении питанием, железнодорожном транспорте, новой энергетике и электронном оборудовании реле остаются одним из наиболее фундаментальных и важных компонентов электрического управления. Среди них контакт реле, как основная структура, реализующая «включение» и «выключение» цепи, напрямую определяет надежность, срок службы и применимые условия эксплуатации реле посредством выбора материала.

 

С точки зрения инженерного применения контакт реле по существу представляет собой управляемый переключающий интерфейс. В процессе переключения между нормально открытым и нормально закрытым состояниями контакт должен не только сохранять стабильную проводимость, но также должен выдерживать воздействие электрических дуг, высоких температур и механических ударов в момент разъединения. Поэтому контактные материалы всегда были одним из ключевых направлений исследований в проектировании и производстве реле.

 

 

Контакты реле обычно состоят из подвижных и неподвижных контактов, которые приводятся в действие электромагнитной системой для замыкания и расцепления. На характеристики контактов влияют различные факторы, включая состав материала, контактное давление, ток нагрузки, уровень напряжения, частоту переключения и рабочую среду. Если какой-либо параметр превышает расчетный диапазон, это может вызвать такие проблемы, как эрозия контактов, сварка, повышенное сопротивление контактов или даже выход из строя.

 

В момент размыкания контактов, если ток нагрузки или напряжение между контактами превышает критическое значение, происходит пробой воздуха, образуя электрическую дугу. Высокая температура, создаваемая дугой, быстро разрушает контактную поверхность, ускоряя износ материала. Поэтому правильный выбор материалов контактов и строгий контроль номинального напряжения и тока контактов имеют решающее значение для обеспечения долгосрочной-стабильной работы реле.

 

 

С структурной точки зрения формы контактов реле в основном включают точечный контакт, линейный контакт и поверхностный контакт. Среди них точечный контакт является наиболее распространенным в электромагнитных реле. Эта структура выгодна для достижения более высокого контактного давления в ограниченном пространстве, тем самым снижая контактное сопротивление.

 

В конструкции контактной конструкции также распространены пластинчатые рессорные конструкции и упругие конструкции. Например, в некоторых приложениях вводятся электрические контакты с пластинчатыми пружинами или контактные конструкции с возможностью упругой компенсации, чтобы уменьшить влияние отскока контактов на стабильность проводимости. Этот тип конструкции особенно важен в сценариях высокочастотного переключения или управления слабыми сигналами.

 

 

С точки зрения системы материалов контакты реле в настоящее время в основном делятся на три категории: материалы из чистых металлов, материалы из металлических сплавов и металл-композитные материалы (материалы порошковой металлургии).

 

При низкой-затрате и условиях общей нагрузки по-прежнему широко используется чистая медь или медь с серебряным-покрытием. Однако, поскольку сценарии применения требуют более длительного срока службы и надежности, одно-металлические материалы недостаточны для удовлетворения потребностей сложных условий эксплуатации, и легирующие и композитные материалы постепенно становятся основным подходом.

 

 

Среди многочисленных контактных материалов решающее положение занимают серебро и системы его сплавов. Серебро обладает чрезвычайно высокой электропроводностью и хорошей теплопроводностью, что делает его идеальным базовым материалом для изготовления электрических серебряных контактов. В практических применениях чистое серебро обычно легируют для повышения его устойчивости к сварке и износу, образуя таким образом различные электрические контакты из сплава серебра.

 

Среди них системы серебро-никель, серебро-медь и AgNi широко используются в реле средней-нагрузки; эти материалы часто называют контактами из серебряного сплава. Для более высоких нагрузок или частых переключений используются системы оксида серебра, такие как контакты из оксида серебра-кадмия или электрические контакты из оксида серебра-кадмия, чтобы повысить устойчивость к дуговой эрозии. Технические описания серебряно-кадмиевого контакта или контакта agcdo также часто встречаются в традиционной литературе.

 

Кроме того, система AgNi предлагает преимущества в балансе экологичности и производительности, и в некоторых стандартах ее называют контактом agni. Он в основном используется в приложениях, требующих стабильной проводимости и умеренной стойкости к дуге.

 

 

В приложениях, требующих сильного тока, высокого напряжения или высокой механической прочности, использование исключительно сплавов на основе серебра- имеет ограничения. В этих случаях используются композиты вольфрама и серебра-вольфрама из-за их чрезвычайно высокой температуры плавления и превосходной стойкости к абляции. Эти материалы обычно встречаются в силовых реле, контакторах и других устройствах, но их контактное сопротивление относительно велико, что обычно делает их непригодными для цепей со слабыми сигналами.

 

Конструктивно эти материалы часто комбинируются с подложкой в ​​виде электрических контактных заклепок, закрепляемых на контактной опоре путем клепки или сварки, чтобы сбалансировать механическую прочность и проводимость.

 

 

Для небольших цепей управления сигналами, особенно в приложениях с низким-напряжением и низким-током, состояние контактной поверхности оказывает существенное влияние на целостность сигнала. В этих случаях на подложки из меди или медных сплавов обычно наносится золотое покрытие, чтобы уменьшить контактное сопротивление и предотвратить окисление.

 

Эти конструкции часто сочетаются с упругими конструкциями для создания режима работы, аналогичного пружинным электрическим контактам или электрическим пружинным контактам, тем самым обеспечивая долгосрочную-стабильную передачу сигнала.

 

В некоторых системах с высокой-надежностью также используются подпружиненные-электрические контактные конструкции, чтобы компенсировать ухудшение характеристик, вызванное износом контактов из-за постоянного упругого давления.

 

 

С быстрым развитием новой энергетики, электромобилей, интеллектуальных сетей и промышленной автоматизации условия работы реле имеют тенденцию к более высоким токам, более высоким частотам переключения и более строгим экологическим требованиям. Эта тенденция стимулирует непрерывную эволюцию контактных материалов от традиционных отдельных металлов к высокоэффективным-сплавам и композитам.

 

В то же время ужесточение экологических норм побуждает промышленность постепенно сокращать использование материалов,-содержащих кадмий, что способствует разработке новых систем сплавов-на основе серебра. На этом фоне различные типы электрических контактов будут продолжать демонстрировать разные пути развития в зависимости от сценариев применения.

 

 

Хотя контакты реле имеют небольшие размеры, они играют чрезвычайно важную роль во всей электрической системе управления. Выбор материалов контактов не только влияет на проводимость, но также напрямую влияет на срок службы реле, безопасность и надежность системы. В будущем, поскольку требования к приложениям будут продолжать обновляться,контакт релематериалы останутся важной областью внимания и технологических инноваций в области электротехники.