تجزیه و تحلیل وضعیت توسعه فعلی و فن آوری های کلیدی مواد تماس رله

در اتوماسیون صنعتی، کنترل قدرت، حمل و نقل ریلی، انرژی های نو و تجهیزات الکترونیکی، رله ها یکی از اساسی ترین و حیاتی ترین اجزای کنترل الکتریکی باقی می مانند. در میان آنها، کنتاکت رله، به عنوان ساختار هسته ای که "روشن" و "خاموش" یک مدار را تشخیص می دهد، مستقیماً قابلیت اطمینان، عمر مفید و شرایط عملیاتی قابل اجرا رله را از طریق انتخاب مواد آن تعیین می کند.

 

از منظر کاربرد مهندسی، تماس رله اساساً یک رابط سوئیچینگ کنترل شده است. در طول فرآیند سوئیچینگ بین حالت‌های معمولی باز و معمولاً بسته، کنتاکت نه تنها نیاز به حفظ رسانایی پایدار دارد، بلکه باید در لحظه قطع شدن، قوس الکتریکی، دماهای بالا و شوک‌های مکانیکی را نیز تحمل کند. بنابراین، مواد تماسی همواره یکی از جهات تحقیقاتی کلیدی در طراحی و ساخت رله بوده است.

 

 

کنتاکت‌های رله معمولاً از کنتاکت‌های متحرک و ثابت تشکیل می‌شوند که توسط یک سیستم الکترومغناطیسی برای تکمیل درگیری و جداسازی هدایت می‌شوند. عملکرد تماس تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله ترکیب مواد، فشار تماس، جریان بار، سطح ولتاژ، فرکانس سوئیچینگ و محیط کار قرار می گیرد. هنگامی که هر پارامتر از محدوده طراحی فراتر رود، ممکن است مشکلاتی مانند فرسایش تماسی، جوشکاری، افزایش مقاومت تماس یا حتی خرابی ایجاد کند.

 

در لحظه باز شدن کنتاکت ها، اگر جریان بار یا ولتاژ بین کنتاکت ها از مقدار بحرانی بیشتر شود، هوا شکسته می شود و قوس الکتریکی تشکیل می دهد. دمای بالا ایجاد شده توسط قوس به سرعت سطح تماس را فرسایش می دهد و سایش مواد را تسریع می کند. بنابراین، انتخاب مناسب مواد تماس و کنترل دقیق ولتاژ و جریان نامی کنتاکت‌ها برای اطمینان از عملکرد پایدار درازمدت رله بسیار مهم است.

 

 

از منظر ساختاری، فرم های تماس رله عمدتاً شامل تماس نقطه ای، تماس خطی و تماس سطحی است. در این میان، تماس نقطه ای رایج ترین در رله های الکترومغناطیسی است. این ساختار برای دستیابی به فشار تماس بالاتر در یک فضای محدود مفید است و در نتیجه مقاومت تماس را کاهش می دهد.

 

در طراحی سازه های تماسی، سازه های فنر برگ و سازه های الاستیک نیز رایج هستند. به عنوان مثال، در برخی از کاربردها، کنتاکت های الکتریکی فنر برگ یا سازه های تماسی با قابلیت جبران الاستیک برای کاهش تاثیر جهش تماسی بر پایداری هدایت معرفی می شوند. این نوع طراحی به ویژه در سناریوهای سوئیچینگ فرکانس بالا یا کنترل سیگنال کوچک اهمیت دارد.

 

 

از دیدگاه سیستم مواد، کنتاکت‌های رله در حال حاضر عمدتاً به سه دسته تقسیم می‌شوند: مواد فلزی خالص، مواد آلیاژی فلزی، و مواد کامپوزیت سرامیک فلزی (مواد متالورژی پودر).

 

در شرایط بارگذاری عمومی-کم، مس خالص یا نقره-به طور گسترده استفاده می‌شود. با این حال، از آنجایی که سناریوهای کاربردی طول عمر و قابلیت اطمینان بالاتری را می طلبند، مواد تک فلزی برای پاسخگویی به نیازهای شرایط عملیاتی پیچیده کافی نیستند، و مواد آلیاژی و کامپوزیت به تدریج به رویکرد اصلی تبدیل می شوند.

 

 

در میان مواد تماس متعدد، نقره و سیستم های آلیاژی آن جایگاه بسیار مهمی را اشغال می کنند. نقره دارای رسانایی الکتریکی بسیار بالا و هدایت حرارتی خوبی است که آن را به یک ماده پایه ایده آل برای تولید کنتاکت های نقره ای الکتریکی تبدیل می کند. در کاربردهای عملی، نقره خالص معمولاً آلیاژ می شود تا مقاومت آن در برابر جوشکاری و سایش افزایش یابد، بنابراین تماس های الکتریکی مختلف آلیاژ نقره تشکیل می شود.

 

در این میان، سیستم‌های نقره-نیکل، نقره-مس و نقره به طور گسترده در رله‌های بار متوسط- استفاده می‌شوند. این مواد اغلب در مجموع به عنوان تماس های آلیاژ نقره نامیده می شوند. برای بارهای بالاتر یا کاربردهای کلیدزنی مکرر، سیستم های اکسید نقره، مانند کنتاکت های اکسید کادمیوم نقره یا کنتاکت های الکتریکی اکسید کادمیوم نقره، برای افزایش مقاومت در برابر فرسایش قوس الکتریکی استفاده می شود. توصیفات فنی تماس نقره کادمیوم یا تماس agcdo نیز معمولاً در ادبیات سنتی یافت می شود.

 

علاوه بر این، سیستم AgNi مزایایی را در ایجاد تعادل در سازگاری با محیط زیست و عملکرد ارائه می دهد و در برخی استانداردها به عنوان تماس آگنی شناخته می شود. این در درجه اول در کاربردهایی استفاده می شود که نیاز به هدایت پایدار و مقاومت قوس متوسط ​​دارند.

 

 

در کاربردهایی که نیاز به جریان بالا، ولتاژ بالا، یا استحکام مکانیکی بالا دارند، تکیه صرفاً بر آلیاژهای مبتنی بر{0} نقره دارای محدودیت هایی است. در این موارد، کامپوزیت‌های تنگستن و نقره{2} به دلیل نقطه ذوب بسیار بالا و مقاومت در برابر فرسایش عالی استفاده می‌شوند. این مواد معمولاً در رله‌های برق، کنتاکتورها و سایر دستگاه‌ها یافت می‌شوند، اما مقاومت تماسی آن‌ها نسبتاً بالا است و به طور کلی آنها را برای مدارهای سیگنال ضعیف نامناسب می‌سازد.

 

از نظر ساختاری، این مواد اغلب به شکل پرچ های تماس الکتریکی با بستر ترکیب می شوند که با پرچ کردن یا جوشکاری به تکیه گاه تماس ثابت می شوند تا مقاومت و رسانایی مکانیکی متعادل شود.

 

 

برای مدارهای کنترل سیگنال کوچک، به ویژه در کاربردهای-ولتاژ و جریان کم-، شرایط سطح تماس تأثیر قابل توجهی بر یکپارچگی سیگنال دارد. در این کاربردها، معمولاً برای کاهش مقاومت تماس و جلوگیری از اکسیداسیون، آبکاری طلا بر روی بسترهای مس یا آلیاژ مس اعمال می شود.

 

این طرح‌ها اغلب با سازه‌های الاستیک ترکیب می‌شوند تا حالت کاری مشابه کنتاکت‌های الکتریکی فنری یا کنتاکت‌های فنر الکتریکی را تشکیل دهند، در نتیجه از انتقال سیگنال پایدار- طولانی‌مدت اطمینان حاصل می‌شود.

 

در برخی از سیستم‌های{0}}با قابلیت اطمینان بالا، سازه‌های تماس الکتریکی با فنر{1} نیز برای جبران کاهش عملکرد ناشی از سایش تماس از طریق فشار الاستیک مداوم معرفی می‌شوند.

 

 

با توسعه سریع انرژی‌های جدید، وسایل نقلیه الکتریکی، شبکه‌های هوشمند و اتوماسیون صنعتی، شرایط عملیاتی رله به سمت جریان‌های بالاتر، فرکانس‌های سوئیچینگ بالاتر و الزامات زیست‌محیطی سخت‌گیرانه‌تر می‌رود. این روند تکامل مداوم مواد تماسی از فلزات تک سنتی را به سمت آلیاژها و کامپوزیت‌ها با کارایی بالا- هدایت می‌کند.

 

به طور همزمان، مقررات سختگیرانه‌تر زیست‌محیطی صنعت را وادار می‌کند تا به تدریج استفاده از مواد حاوی کادمیوم{0}} را کاهش دهد و توسعه سیستم‌های آلیاژی جدید{1}} بر پایه نقره را ترویج کند. در مقابل این پس‌زمینه، انواع تماس‌های الکتریکی مختلف همچنان مسیرهای توسعه متفاوتی را بر اساس سناریوهای کاربردی نشان می‌دهند.

 

 

اگرچه کنتاکت های رله اندازه کوچکی دارند، اما نقش بسیار مهمی در کل سیستم کنترل الکتریکی دارند. انتخاب مواد تماس نه تنها بر رسانایی تأثیر می گذارد، بلکه مستقیماً بر طول عمر، ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می گذارد. در آینده، با ادامه ارتقاء تقاضاهای برنامه،تماس رلهمواد یک حوزه مهم تمرکز و نوآوری تکنولوژیک در زمینه مهندسی برق خواهند بود.