Een systematische analyse van relaiscontactmaterialen en levensduur

Relais behoren tot de meest gebruikte besturingscomponenten in niet-standaard geautomatiseerde besturingssystemen, vermogensregelsystemen en industriële apparatuur. De kern van de relaisprestaties ligt in het contactsysteem. De keuze van de contactmaterialen en de bijbehorende elektrische en mechanische levensduur bepalen rechtstreeks de betrouwbaarheid van het relais, de onderhoudscyclus en de stabiliteit van het hele systeem. Een juiste selectie van contactmaterialen en structurele vormen helpt het uitvalpercentage van apparatuur en de onderhoudskosten aanzienlijk te verminderen.

 

 

De levensduur van relais wordt over het algemeen verdeeld in twee categorieën: mechanische levensduur en elektrische levensduur.

 

De mechanische levensduur verwijst naar het aantal herhaalbare handelingen veroorzaakt door alleen mechanische actie onder -onbelaste omstandigheden, waarbij doorgaans miljoenen of zelfs miljarden keren worden uitgevoerd. De elektrische levensduur verwijst daarentegen naar het aantal keren dat de contacten de schakelacties voltooien en de normale functie behouden onder nominale belastingsomstandigheden, en is meestal aanzienlijk lager dan de mechanische levensduur.

 

De typische verwachte elektrische levensduur van relais en vermogensrelais voor algemene- doeleinden is over het algemeen niet minder dan 100.000 cycli, maar deze waarde is sterk afhankelijk van specifieke bedrijfsomstandigheden. Wanneer de contacten werken onder omstandigheden onder de nominale belasting, kan hun werkelijke elektrische levensduur vaak meerdere malen worden verlengd. Contacten met hoge-stroomsterkte vertonen bijvoorbeeld een aanzienlijk lagere boogenergie en langzamere materiaalerosiesnelheden bij het schakelen van kleinere weerstandsbelastingen, waardoor een levensduur van miljoenen cycli wordt bereikt.

 

Het einde van de elektrische levensduur is doorgaans het gevolg van de volgende faalwijzen: Materiaalmigratie vindt plaats bij herhaalde vonkontlading, wat leidt tot lassen of adhesie; Ernstig materiaalverlies door spatten op het contactoppervlak of ablatie verhindert stabiel elektrisch contact; De contactweerstand neemt voortdurend toe en overschrijdt het toegestane bereik van het systeem.

 

In de praktijk kan de levensduur van contacten effectief worden verlengd door het rationele ontwerp van contactmaterialen, contactdruk en overeenkomstige maatregelen voor boogonderdrukking.

 

 

Relaiscontacten kunnen verschillende edele metalen en legeringen gebruiken. Verschillende materialen vertonen aanzienlijke verschillen in geleidbaarheid, boogweerstand, lasbaarheid en slijtvastheid. Veel voorkomende vormen zijn onder meer enkele- metalen contacten, contacten van composietmateriaal en bimetaalstructuren, zoals bimetaalzilvercontacten, bimetaalcontactklinknagels en bimetaalzilvercontacten, die veel worden gebruikt in industriële relais en vermogensrelais.

 

Bij toepassingen met gemiddelde{0}} tot- hoge stroomsterkte zijn op zilver- gebaseerde composietmaterialen de reguliere keuze, waardoor een goed evenwicht wordt bereikt tussen geleidbaarheid en weerstand tegen boogerosie. Deze materialen bestaan ​​doorgaans in de vorm van composietcontacten of precisie-elektrische contacten, vervaardigd via poedermetallurgie of koude kopprocessen.

 

 

1. Zilvercadmiumoxide (AgCdO)

Zilvercadmiumoxide is lange tijd een typisch materiaal geweest voor relaiscontacten met gemiddelde- tot- hoge stroomsterkte. Dit materiaal maakt gebruik van poedermetallurgie om zilver en cadmiumoxide gelijkmatig te verdelen, waarbij een bijna-puur zilvergeleidingsvermogen wordt gecombineerd met uitstekende lasweerstand. De voordelen zijn onder meer:

 

Bij boogvorming remt cadmiumoxide effectief de materiaalmigratie;

Het heeft een goed boogdovend vermogen-, waardoor het risico op contacthechting aanzienlijk wordt verminderd;

Onder de juiste contactdruk blijft de contactweerstand stabiel.

 

Typisch ligt het cadmiumoxidegehalte in AgCdO tussen 10% en 15%. Naarmate het gehalte toeneemt, verbetert de lasweerstand, maar nemen de ductiliteit en de koudbewerkingseigenschappen dienovereenkomstig af. Daarom wordt dit materiaal vaak gebruikt in structuren zoals Bimetal Rivet For Relays om de verwerkbaarheid en elektrische prestaties in evenwicht te brengen.

 

2. Zilvertinoxide en zilverindiumtinoxide (AgSnO, AgInSnO)

Met steeds strengere milieuregels voor cadmiummaterialen zijn zilvertinoxide en zilverindiumtinoxide geleidelijk belangrijke alternatieven voor AgCdO geworden. Deze materialen hebben een hogere hardheid en goede soldeerbaarheid, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor toepassingen met aanzienlijke stootstromen en lage stabiele- stroom, zoals gloeidraadbelastingen of inductieve belastingen.

 

Vergeleken met AgCdO hebben deze materialen een iets hogere volumeweerstand, maar ze vertonen een goede betrouwbaarheid in autorelais en gelijkstroomsystemen, vooral geschikt voor zeer betrouwbare contactstructuren zoals zilverschakelaarcontacten en vaste zilvercontacten.

 

 

Puur zilver heeft de hoogste elektrische en thermische geleidbaarheid van alle metalen, een extreem lage contactweerstand en relatief beheersbare kosten; het wordt dus veel gebruikt in zilveren elektrische contacten. De nadelen zijn echter onder meer de gevoeligheid voor sulfidatie, het dof worden van het oppervlak en de stabiliteit op lange termijn- die wordt beperkt door de omgeving.

 

Zilver-koperlegeringen verbeteren, door de introductie van koper, de slijtvastheid en verminderen de lasbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor midden-stroomtoepassingen.

 

Zilveren-wolfraammaterialen hebben extreem hoge smeltpunten en boogweerstand, maar vereisen een hoge contactdruk en hebben een relatief hoge contactweerstand, waardoor ze voornamelijk worden gebruikt in toepassingen met hoge- slagbelasting, zoals glijdende elektrische contacten of sleepringcontacten.

 

Zilver-nikkelmaterialen verbeteren de weerstand tegen boogerosie aanzienlijk, terwijl de geleidbaarheid van zilver vrijwel-puur blijft.

 

Zilver-palladiummaterialen hebben een hoge hardheid en lage slijtage, maar zijn duurder en worden doorgaans gebruikt in precisierelais met extreem hoge levensduurvereisten.

 

Zilver-kopersystemen vertonen een goede corrosieweerstand in circuits met lage- stroom, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met lichte- belasting, zoals elektrische veercontacten.

 

 

Moderne relaiscontacten maken vaak gebruik van bimetaal- of composietstructuurontwerpen, zoals bimetaalcontacten Ag/Cu, koudgeleide bimetaalcontacten en bimetaalklinknagelcontacten. Deze structuren bereiken een optimaal evenwicht tussen kosten, geleidbaarheid en levensduur door het materiaal te verdelen tussen het geleidende substraat en de werkende contactlaag.

 

In praktische toepassingen hangt de selectie van contactmaterialen niet alleen af ​​van de nominale stroom, maar ook van een zorgvuldige afweging van het belastingstype (resistief, inductief, capacitief), bedrijfsspanning, omgevingscondities en verwachte levensduur. Voor systemen met hoge- betrouwbaarheid is het, naast de materiaalkeuze, vaak nodig om de juiste contactvorm, contactdrukontwerp en boog-blusstrategieën te overwegen.
 

 

Relaiscontactenzijn kritische componenten in elektrische systemen die het meest vatbaar zijn voor storingen, en hun materiële systeem bepaalt rechtstreeks de elektrische levensduur van het relais en de betrouwbaarheid van het systeem. Door contactmaterialen wetenschappelijk te selecteren, de belastingskarakteristieken rationeel op elkaar af te stemmen en volwassen bimetaal- of composietcontactstructuren toe te passen, kan de levensduur van relais aanzienlijk worden verlengd. Met de ontwikkeling van nieuwe energie, auto-elektronica en industriële automatisering zal de vraag naar hoogwaardige elektrische contacten en edelmetaalcontacten blijven groeien, en zal de contactmateriaaltechnologie blijven evolueren in de richting van hogere betrouwbaarheid en milieuvriendelijkheid.