Elektrinių relių kontaktų technologijos analizė: struktūriniai tipai, gedimų mechanizmai ir patikimumo optimizavimo metodai

Relė yra elektroninis komponentas, kuris naudoja elektromagnetinius veiksmus grandinėms valdyti; jis valdo apkrovos grandinių prijungimą ir atjungimą, valdydamas kontaktų atidarymą ir uždarymą. Relės atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį signalų perjungime, srovės valdyme ir elektros izoliacijoje įvairiose srityse, įskaitant pramoninį valdymą, galios įrangą, naujas energetines transporto priemones ir automatikos sistemas.

Kaip pagrindiniai relės komponentai, tiesiogiai palengvinantys srovės perdavimą, kontaktų veikimas tiesiogiai veikia relės tarnavimo laiką, veikimo stabilumą ir sistemos saugą. Tokie veiksniai kaip kontaktinės medžiagos, elektros apkrovos, veikimo dažnis, aplinkos sąlygos, kontaktų struktūra ir mechaninio veikimo charakteristikos turi įtakos relės patikimumui.

Jei kontaktų konstrukcija ar taikymo sąlygos neatitinka reikalavimų, gali kilti problemų, tokių kaip padidėjęs atsparumas kontaktams, kontaktų erozija, kontaktinis suvirinimas, metalo migracija ir netinkamo atjungimo. Todėl kontaktinių medžiagų parinkimas, apkrovos charakteristikų derinimas ir apsaugos schemų projektavimas turi būti visapusiškai apsvarstyti relės projektavimo ir taikymo procesuose.

Elektromagnetinės relės struktūroje kontaktai paprastai sudaro visą įjungimo sistemą kartu su geležine šerdimi ir elektromagnetine ritė. Relės šerdis -svarbiausia sudedamoji dalis generuojant magnetinį lauką, reikalingą perjungimui, turi magnetinių savybių, kurios turi įtakos relės veikimo greičiui ir stabilumui. Norint sumažinti magnetinius nuostolius ir padidinti atsako efektyvumą, didelio-patikimumo programoms dažnai reikia naudoti didelio našumo-minkštas magnetines medžiagas (pvz., specializuotas relės magnetines geležines šerdis).

Atsižvelgiant į jų veikimo būsenas ir prijungimo būdus, relės kontaktai pirmiausia skirstomi į tris tipus: paprastai atviri kontaktai, paprastai uždari kontaktai ir perjungimo (perdavimo) kontaktai.

1. Paprastai atidarykite kontaktą

Įprastai atidarytas kontaktas lieka atidarytas (atjungtas), kai relės ritė išjungiama{0}}. Kai ritė gauna valdymo srovę, elektromagnetinė sistema sukuria patrauklią jėgą, kuri įjungia mechaninę struktūrą, uždaro kontaktą ir užbaigia grandinę.

Šio tipo kontaktai pirmiausia naudojami tais atvejais, kai maitinimo jungtis reikalinga tik įjungus relę, pvz., valdant variklio paleidimą, maitinimo perjungimą ir pramoninės įrangos operacijas.

2. Paprastai uždaras kontaktas

Įprastai uždarytas kontaktas lieka uždarytas, kai relė yra išjungta{0}}. Kai ritė įjungiama, kontaktas atsidaro ir taip nutrūksta valdymo grandinė. Ši konfigūracija dažniausiai naudojama saugos apsaugos, maitinimo šaltinio stebėjimo ir gedimų signalizacijos sistemose, pavyzdžiui, naudojant relę, kuri atjungia veikimo grandinę, kai įranga veikia netinkamai.

3. Pakeiskite-kontaktą

Pakeitimo{0}}kontaktas paprastai turi tris gnybtus: bendrą gnybtą, normaliai atidarytą (NO) ir normaliai uždarą (NC) gnybtą. Relės įjungimas leidžia perjungti dvi skirtingas grandines.

Ši konfigūracija padidina taikymo lankstumą ir yra plačiai naudojama automatinėse valdymo sistemose, testavimo įrangoje ir pramoninio valdymo moduliuose.

Kontaktinė medžiaga yra esminis veiksnys, lemiantis relės patikimumą. Kadangi kontaktai turi atlaikyti ilgalaikį mechaninį smūgį, šiluminį srovės poveikį ir elektros lanką, medžiagoms reikalingas puikus elektros laidumas, atsparumas dilimui, atsparumas oksidacijai ir aukštos temperatūros stabilumas.

Įprastos relės kontaktinės medžiagos yra sidabro lydiniai, sidabro -nikelio lydiniai, sidabro-alavo oksidas ir sudėtinės metalo medžiagos.

Sidabro-pagrindų medžiagos pasižymi mažu atsparumu kontaktams ir puikiu laidumu, todėl tinka žemos-įtampos ir žemos-–-vidutinės srovės reikmėms; sidabro-alavo oksido medžiagos pasižymi puikiu atsparumu lankui, todėl tinka didesnės-apkrovos aplinkoje.

Relės elektromagnetinės pavaros dalyje šerdies medžiaga taip pat turi įtakos bendram veikimui. Pavyzdžiui, DT4C kintamosios srovės relės geležies šerdis yra pagaminta iš mažai -anglies išskiriančios grynos geležies; Jis pasižymi dideliu magnetiniu pralaidumu ir mažu koercyvumu, todėl idealiai tinka kintamosios srovės relės magnetinių grandinių struktūroms.

Taikomoms programoms, kurioms reikalingas didelis magnetinis našumas, DT4C minkšta magnetinė geležies šerdis užtikrina stabilų magnetinio srauto perdavimą ir taip pagerina relės įjungimo patikimumą.

1. Padidėjęs kontaktinis pasipriešinimas

Idealiu atveju, kai užsidaro relės kontaktai, susidaro mažos{0}}varžos laidus kelias. Tačiau esant oksido plėvelėms, dulkėms, teršalams ir medžiagų pokyčiams ant kontaktinių paviršių, realaus veikimo metu išmatuojamas kontaktinis pasipriešinimas.

Srovei nuolat tekant per kontaktus, kontaktų srityje atsiranda Džaulio kaitinimas, todėl kontakto temperatūra pakyla. Jei srovė viršija projektines ribas, kontaktinė medžiaga gali suminkštėti, deformuotis ar net išsilydyti, o tai dar labiau pablogins kontakto veikimą.

Be to, ant kontaktinių paviršių, kurie ilgą laiką veikiami oru, gali susidaryti oksidų arba teršalų sluoksniai; tai padidina plėvelės atsparumą, todėl kontaktas tampa nestabilus.

2. Kontaktinis klijavimas ir suvirinimas

Kontaktų prilipimas dažniausiai įvyksta aukštos{0}}srovės, aukštos{1}} temperatūros darbo aplinkoje.

Kai kontaktai užsidaro, dėl riboto kontakto ploto srovė susikoncentruoja mikroskopiniuose kontaktiniuose taškuose, todėl greitai pakyla vietinė temperatūra. Jei temperatūra viršija medžiagos minkštėjimo ar lydymosi temperatūrą, tarp kontaktinių paviršių gali susidaryti metalinis sukibimas, neleidžiantis jiems tinkamai atsiskirti.

Kontaktinis suvirinimas paprastai skirstomas į statinį ir dinaminį suvirinimą.

Statinis suvirinimas paprastai vyksta, kai kontaktai lieka uždaryti; nuolatinės srovės generuojama šiluma sukelia medžiagų tirpimą ir susiliejimą.

Kontaktinio įjungimo proceso metu vyksta dinaminis suvirinimas; intensyvi elektros lanko generuojama šiluma sukuria išlydyto metalo tiltelį tarp kontaktinių paviršių, galiausiai pažeidžiant kontaktus.

3. Lanko erozija

Kai relė valdo indukcines apkrovas, pvz., variklius, solenoidinius vožtuvus arba ritės{0}}pagrįstą įrangą, grandinės nutrūkimo momentu sukuriama atgalinė elektrovaros jėga (atgal-EMF).

Elektros lankas susidaro, kai įtampa tarp kontaktų viršija oro dielektrinį stiprumą. Dėl aukštos temperatūros, kurią sukuria lankas, kontaktinė medžiaga išgaruoja, išsilydo ir aptaškia, todėl pažeidžiami kontaktiniai paviršiai.

Lanko erozija pasireiškia dviem pagrindinėmis formomis:

Pirmasis yra medžiagų išgarinimas. Kai lanko energija koncentruojama ant kontaktinio paviršiaus, metalinė medžiaga iš kietos būsenos pereina į skystą ar net dujinę būseną ir prarandama iš kontaktinio ploto.

Antrasis yra skysto metalo purslai. Esant stipriai -srovei, išlydytas metalas yra veikiamas elektromagnetinių jėgų, šiluminių įtempių ir paviršiaus įtempimo, todėl jis atsiskiria nuo kontaktinio paviršiaus mažų dalelių pavidalu.

Siekiant sušvelninti lanko poveikį, praktikoje dažnai naudojamos kontaktų apsaugos priemonės, tokios kaip diodai, RC slopinimo grandinės arba varistoriai.

Ilgalaikio -relės veikimo metu medžiaga perduodama tarp dviejų kontaktų.

Dėl tokių veiksnių kaip lankas, srovės tankis, elektromagnetinės jėgos ir medžiagos savybių skirtumai, medžiaga iš vieno kontakto gali palaipsniui pereiti į kitą. Dėl to keičiasi kontakto storis, atsiranda duobių paviršiuje arba sumažėja kontaktinis slėgis.

Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos metalo migracijai, yra šie:

Kontaktinės medžiagos lydymosi temperatūra;
Medžiagos elektrinis laidumas;
Lanko trukmė;
Darbinės srovės dydis;

Kontaktų matmenys ir konstrukcijos projektas. Todėl norint užtikrinti ilgalaikį -darbo stabilumą, didelio-patikimumo relės paprastai reikalauja optimizuoti kontaktinės medžiagos sudėtį, patobulinti paviršiaus apdorojimo procesus ir tiksliai valdyti kontaktinį slėgį.

Norint pratęsti relių tarnavimo laiką, turi būti įdiegtos atitinkamos apsaugos priemonės, atsižvelgiant į konkrečią apkrovos rūšį.

1. Apsauga nuo indukcinės apkrovos

Indukcinės apkrovos,{0}}pvz., varikliai, solenoidiniai vožtuvai ir elektromagnetinės ritės-generuoja aukštą atvirkštinę įtampą, kai grandinė nutrūksta.

Įtampos šuolius galima sumažinti sumontavus apsauginius komponentus ant ritės gnybtų. Pavyzdžiai:

Diodų apsauga;
Zener diodų apsauga;
RC slopinimo grandinės;
Varistoriaus apsauga.

Šios priemonės sumažina lanko energiją tarp kontaktų ir taip sumažina kontakto eroziją.

2. Darbo aplinkos kontrolė

Relės kontaktai dažnai yra veikiami sudėtingos aplinkos; tokie veiksniai kaip drėgmė, dulkės ir ėsdinančios dujos gali neigiamai paveikti kontakto tarnavimo laiką.

Todėl didelio{0}}patikimoms programoms reikalingas sandarus dizainas ir medžiaga{1}} pagrįstos apsaugos priemonės, kad būtų sumažintas poveikis aplinkai.

Relės veikimas priklauso ne tik nuo kontaktų struktūros, bet ir yra glaudžiai susijęs su elektromagnetinės pavaros sistema.

Kai elektromagnetinė ritė sukuria magnetinį lauką, geležies šerdis sukoncentruoja magnetinį srautą ir palengvina konversiją į mechaninį veiksmą. Todėl šerdies medžiaga turi turėti didelį magnetinį pralaidumą ir mažų nuostolių charakteristikas.

Pavyzdžiai:

Minkštos geležies šerdys, tinkamos elektromagnetinių ritinių magnetinių grandinių konstrukcijoms;

Tiesios ritės šerdys, skirtos pagerinti magnetinės grandinės tęstinumą;

Grynos geležies šerdys su šalto galvute-, kurios atitinka aukštus-tikslumo konstrukcinius reikalavimus, naudojant šalto-galvavimo procesus;

Grynos geležies šerdys, tinkamos relės komponentams, kuriems reikalingas stabilus magnetinis veikimas.

Naudojant tokias programas kaip naujos energijos transporto priemonės ir aukštos{0}}įtampos valdymo sistemos, relės šerdys turi atitikti griežtus didelės srovės valdymo, didelio patikimumo ir ilgalaikio{1}}ciklinio veikimo reikalavimus.

Šiuolaikinėje relių gamyboje naudojamos tikslios šaltojo -galvavimo, apdirbimo, galvanizavimo ir paviršiaus apdorojimo technologijos, siekiant padidinti šerdies matmenų tikslumą ir atsparumą korozijai. Pavyzdžiui, nikeliavimas su vario apatine danga pagerina paviršiaus apsaugą ir padidina ilgalaikį{2}} veikimo patikimumą.

Dėl naujos energijos, elektrinių transporto priemonių ir pažangios gamybos pažangos relės vystosi link aukštos įtampos, didelės srovės, miniatiūrizavimo ir didelio patikimumo.

Aukštos{0}}įtampos akumuliatorių sistemoms naujose energetinėse transporto priemonėse reikia daugybės relių, kad būtų valdomas maitinimo prijungimas, atjungimas ir saugos apsauga; todėl keliami vis griežtesni kontaktinio lanko atsparumo ir medžiagos stabilumo reikalavimai.

Tuo pat metu energijos kaupimo sistemų, galios elektronikos ir pramoninės automatikos valdymo sistemų tobulinimas skatina relių atnaujinimą siekiant ilgesnio tarnavimo laiko ir mažesnių galios nuostolių.

Būsimoje relių technologinėje plėtroje daugiausia dėmesio bus skiriama:

Kontaktinių medžiagų atsparumo abliacijai gerinimas;

Elektromagnetinės sistemos efektyvumo optimizavimas;

Kontaktinio pasipriešinimo mažinimas;

Aukštos{0}}įtampos nuolatinės srovės perjungimo galimybių gerinimas;

Išmaniųjų stebėjimo galimybių stiprinimas.

Gaminant didelio našumo{0}}reles, minkštos magnetinės medžiagos,-pvz., DT4C magnetinės geležinės šerdys-ir toliau vaidins gyvybiškai svarbų vaidmenį, teikdamos stabilią ir patikimą elektromagnetinių paleidimo sistemų magnetinės grandinės palaikymą.

Sparčiai tobulėjant naujoms energetinėms transporto priemonėms ir pažangiajai elektros įrangai, relių kontaktų konstrukcijos, elektromagnetinės struktūros ir medžiagų technologijos toliau tobulės siekiant didesnio patikimumo ir efektyvumo. Žvelgiant į ateitį, didelio-našumo šalto{2}} gamybos procesairelių šerdyso minkštųjų magnetinių grynos geležies šerdies medžiagų naudojimas dar labiau paskatins relių kūrimą siekiant didesnio stabilumo ir tikslumo.