Elektrisko releju kontaktu tehnoloģijas analīze: strukturālie veidi, atteices mehānismi un uzticamības optimizācijas metodes

Relejs ir elektroniska sastāvdaļa, kas izmanto elektromagnētisko darbību, lai vadītu ķēdes; tas pārvalda slodzes ķēžu pievienošanu un atvienošanu, kontrolējot kontaktu atvēršanu un aizvēršanu. Relejiem ir būtiska nozīme signālu pārslēgšanā, strāvas kontrolē un elektriskajā izolācijā dažādās jomās, tostarp rūpnieciskajā kontrolē, jaudas iekārtās, jaunos enerģijas transportlīdzekļos un automatizācijas sistēmās.

Kā galvenās releja sastāvdaļas, kas tieši veicina strāvas pārvadi, kontaktu veiktspēja tieši ietekmē releja kalpošanas laiku, darbības stabilitāti un sistēmas drošību. Faktori, piemēram, kontaktu materiāli, elektriskās slodzes, darbības frekvence, vides apstākļi, kontakta struktūra un mehāniskās darbības raksturlielumi, ietekmē releja uzticamību.

Ja kontakta konstrukcija vai pielietojuma nosacījumi neatbilst prasībām, var rasties tādas problēmas kā palielināta kontaktu pretestība, kontaktu erozija, kontaktu metināšana, metāla migrācija un nespēja pareizi atvienot. Tāpēc kontaktu materiālu izvēle, slodzes raksturlielumu saskaņošana un aizsardzības shēmu izstrāde ir vispusīgi jāapsver releju projektēšanas un pielietošanas procesos.

Elektromagnētiskā releja struktūrā kontakti parasti veido pilnīgu iedarbināšanas sistēmu kopā ar dzelzs serdi un elektromagnētisko spoli. Releja kodolam-, kas ir būtisks komponents pārslēgšanai nepieciešamā magnētiskā lauka ģenerēšanai, ir magnētiskas īpašības, kas ietekmē releja darbības ātrumu un stabilitāti. Lai samazinātu magnētiskos zudumus un uzlabotu reakcijas efektivitāti, augstas-uzticamības lietojumos bieži ir jāizmanto augstas veiktspējas-mīkstie magnētiskie materiāli (piemēram, specializēti releju magnētiskie dzelzs serdeņi).

Pamatojoties uz to darbības stāvokļiem un savienojuma metodēm, releju kontaktus galvenokārt iedala trīs veidos: parasti atvērti kontakti, parasti aizvērti kontakti un pārslēgšanas (pārsūtīšanas) kontakti.

1. Parasti atveriet kontaktpersonu

Parasti atvērts kontakts paliek atvērtā (atvienotā) stāvoklī, kad releja spole ir atslēgta-. Kad spole saņem vadības strāvu, elektromagnētiskā sistēma ģenerē pievilcīgu spēku, kas iedarbina mehānisko struktūru, aizverot kontaktu un pabeidzot ķēdi.

Šāda veida kontaktus galvenokārt izmanto lietojumos, kur strāvas pieslēgums ir nepieciešams tikai pēc releja iedarbināšanas, piemēram, motora palaišanas, jaudas pārslēgšanas un rūpniecisko iekārtu darbību vadīšanai.

2. Parasti slēgts kontakts

Parasti aizvērts kontakts paliek aizvērts, kad relejs ir atslēgts{0}}strāvas stāvoklī. Kad spole ir iedarbināta, kontakts atveras, tādējādi pārtraucot vadības ķēdi. Šo konfigurāciju parasti izmanto drošības aizsardzībā, barošanas avota uzraudzībā un kļūdu signalizācijas sistēmās, piemēram, izmantojot releju, lai atvienotu darbības ķēdi, kad iekārta nedarbojas.

3. Nomainiet-uz Kontaktpersonu

Kontakta maiņai parasti ir trīs spailes: kopēja spaile, parasti atvērta (NO) spaile un parasti aizvērta (NC) spaile. Releja iedarbināšana ļauj pārslēgties starp divām dažādām ķēdēm.

Šī konfigurācija uzlabo lietojumprogrammu elastību un tiek plaši izmantota automātiskajās vadības sistēmās, testēšanas iekārtās un rūpnieciskās vadības moduļos.

Kontakta materiāls ir būtisks faktors, kas nosaka releja uzticamību. Tā kā kontaktiem ir jāiztur ilgstošs mehānisks trieciens, strāvas termiskā ietekme un elektriskā loka izvadīšana, materiāliem ir nepieciešama lieliska elektrovadītspēja, nodilumizturība, oksidācijas izturība un augstas temperatūras stabilitāte.

Parastie releju kontaktu materiāli ir sudraba sakausējumi, sudraba-niķeļa sakausējumi, sudraba-alvas oksīds un kompozītu metālu materiāli.

Materiāli, kuru pamatā ir sudrabs-, piedāvā zemu kontaktu pretestību un lielisku vadītspēju, padarot tos piemērotus zema-sprieguma un zemas-līdz -vidējas strāvas izmantošanai; sudraba-alvas oksīda materiāli nodrošina izcilu loka izturību, padarot tos piemērotus lielākas-slodzes vidēm.

Releja elektromagnētiskās piedziņas daļā serdes materiāls ietekmē arī kopējo veiktspēju. Piemēram, DT4C maiņstrāvas releja dzelzs kodols ir izgatavots no zema-oglekļa satura tīras dzelzs; tai ir augsta magnētiskā caurlaidība un zema koercivitāte, padarot to ideāli piemērotu maiņstrāvas releja magnētisko ķēžu struktūrām.

Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augsta magnētiskā veiktspēja, DT4C mīkstais magnētiskais dzelzs kodols nodrošina stabilu magnētiskās plūsmas pārraidi, tādējādi uzlabojot releja iedarbināšanas uzticamību.

1. Paaugstināta kontaktu pretestība

Ideālā gadījumā zemas{0}}pretestības vadītspēja veidojas, kad releja kontakti aizveras. Tomēr oksīda plēvju, putekļu, piesārņotāju un materiālu izmaiņu klātbūtne uz saskares virsmām rada izmērāmu kontakta pretestību faktiskās darbības laikā.

Tā kā strāva nepārtraukti plūst caur kontaktiem, kontakta zonā notiek džoula karsēšana, paaugstinot kontakta temperatūru. Ja strāva pārsniedz projektētās robežas, kontakta materiāls var mīkstināt, deformēties vai pat izkust, izraisot turpmāku kontakta veiktspējas samazināšanos.

Turklāt saskares virsmas, kas ilgstoši pakļautas gaisa iedarbībai, ir pakļautas oksīdu vai piesārņojuma slāņu veidošanai; tas palielina plēves pretestību, izraisot nestabilu kontakta darbību.

2. Kontaktu uzlīmēšana un metināšana

Kontaktu pielipšana galvenokārt notiek augstas{0}}strāvas, augstas{1}}temperatūras darbības vidēs.

Kad kontakti aizveras, ierobežotais kontakta laukums liek strāvai koncentrēties mikroskopiskajos kontaktpunktos, izraisot strauju vietējās temperatūras paaugstināšanos. Ja temperatūra pārsniedz materiāla mīkstināšanas vai kušanas temperatūru, starp saskares virsmām var veidoties metāliska saite, kas neļauj tām pareizi atdalīties.

Kontaktmetināšanu parasti iedala statiskajā un dinamiskajā metināšanā.

Statiskā metināšana parasti notiek, kamēr kontakti paliek aizvērti; nepārtrauktas strāvas radītais siltums izraisa materiālu kušanu un saplūšanu.

Kontakta iedarbināšanas procesā notiek dinamiskā metināšana; intensīvais siltums, ko rada elektriskā loka, rada izkausēta metāla tiltu starp saskares virsmām, galu galā sabojājot kontaktus.

3. Loka erozija

Ja relejs kontrolē induktīvās slodzes, piemēram, motorus, solenoīda vārstus vai iekārtas, kas balstītas uz spoli, ķēdes pārtraukuma brīdī tiek ģenerēts atpakaļgaitas elektromotora spēks (atpakaļ-EMF).

Elektriskais loks veidojas, kad spriegums pāri kontaktiem pārsniedz gaisa dielektrisko izturību. Loka radītā augstā temperatūra izraisa kontakta materiāla iztvaikošanu, kušanu un izšļakstīšanos, kā rezultātā tiek bojātas saskares virsmas.

Loka erozija izpaužas divos primārajos veidos:

Pirmais ir materiāla iztvaikošana. Kad loka enerģija tiek koncentrēta uz saskares virsmas, metāla materiāls pāriet no cieta stāvokļa uz šķidru vai pat gāzveida stāvokli un tiek zaudēts no kontakta laukuma.

Otrais ir šķidra metāla šļakatas. Augstas-strāvas apstākļos uz izkausētu metālu iedarbojas elektromagnētiskie spēki, termiskie spriegumi un virsmas spraigums, izraisot tā atdalīšanu no saskares virsmas sīku daļiņu veidā.

Lai mazinātu loka radītās sekas, praktiskos lietojumos bieži tiek izmantoti kontaktu aizsardzības pasākumi, piemēram, diodes, RC slāpēšanas shēmas vai varistori.

Ilgstošas{0}}releja darbības laikā starp diviem kontaktiem notiek materiāla pārnešana.

Tādu faktoru dēļ kā loka izliekums, strāvas blīvums, elektromagnētiskie spēki un materiāla īpašību atšķirības, materiāls no viena kontakta var pakāpeniski pāriet uz otru. Tā rezultātā tiek mainīts kontakta biezums, tiek radīti punktiņi vai samazinās kontakta spiediens.

Galvenie faktori, kas ietekmē metālu migrāciju, ir:

Saskares materiāla kušanas temperatūra;
Materiāla elektrovadītspēja;
Loka ilgums;
Darba strāvas lielums;

Kontaktu izmēri un konstrukcijas projektēšana. Tāpēc, lai nodrošinātu ilgstošu-darba stabilitāti, augstas-uzticamības relejiem parasti ir nepieciešama kontaktu materiāla sastāva optimizācija, virsmas apstrādes procesu uzlabojumi un precīza kontakta spiediena kontrole.

Lai pagarinātu releju kalpošanas laiku, ir jāievieš atbilstoši aizsardzības pasākumi, pamatojoties uz konkrēto slodzes veidu.

1. Induktīvās slodzes aizsardzība

Induktīvās slodzes{0}}piemēram, motori, solenoīda vārsti un elektromagnētiskās spoles{1}}ģenerē augstu pretējo spriegumu, kad ķēde tiek pārtraukta.

Sprieguma lēcienus var mazināt, uzstādot aizsargkomponentus pāri spoles spailēm. Piemēri:

Diožu aizsardzība;
Zenera diožu aizsardzība;
RC izslēgšanas ķēdes;
Varistora aizsardzība.

Šie pasākumi samazina loka enerģiju starp kontaktiem, tādējādi samazinot kontaktu eroziju.

2. Darbības vides kontrole

Releja kontakti bieži ir pakļauti sarežģītai videi; tādi faktori kā mitrums, putekļi un kodīgas gāzes var negatīvi ietekmēt kontakta kalpošanas laiku.

Līdz ar to augstas{0}}uzticamības lietojumprogrammām ir nepieciešamas noslēgtas konstrukcijas un uz materiāliem{1}} balstīti aizsardzības pasākumi, lai samazinātu ietekmi uz vidi.

Releja veiktspēja ir atkarīga ne tikai no kontakta struktūras, bet arī ir cieši saistīta ar elektromagnētiskās piedziņas sistēmu.

Kad elektromagnētiskā spole ģenerē magnētisko lauku, dzelzs kodols koncentrē magnētisko plūsmu un atvieglo pārvēršanos mehāniskā darbībā. Tāpēc serdeņa materiālam ir jābūt ar augstu magnētisko caurlaidību un zemu -zudumu raksturlielumiem.

Piemēri:

Mīkstie dzelzs serdeņi, kas piemēroti elektromagnētisko spoļu magnētisko ķēžu konstrukcijām;

Taisni spoles serdeņi, kas paredzēti magnētiskās ķēdes nepārtrauktības uzlabošanai;

Tīra dzelzs serdeņi ar aukstu-galvu, kas atbilst augstām-precizitātes konstrukcijas prasībām, izmantojot aukstās-galvošanas procesus;

Tīra dzelzs serdeņi, kas piemēroti releju komponentiem, kuriem nepieciešama stabila magnētiskā veiktspēja.

Tādiem lietojumiem kā jauni enerģijas transportlīdzekļi un augstsprieguma{0}}vadības sistēmas releju serdeņiem ir jāatbilst stingrām prasībām attiecībā uz augstas strāvas pārvaldību, augstu uzticamību un ilgtermiņa ciklisku darbību.

Mūsdienu releju ražošanā tiek izmantotas precīzas aukstās -galvošanas, apstrādes, galvanizācijas un virsmas apstrādes tehnoloģijas, lai uzlabotu kodola izmēru precizitāti un izturību pret koroziju. Piemēram, niķeļa pārklājums ar vara apakškārtu uzlabo virsmas aizsardzību un palielina ilgtermiņa -darba uzticamību.

Jaunās enerģijas, elektrisko transportlīdzekļu un viedās ražošanas sasniegumu rezultātā releji attīstās uz augstu spriegumu, lielu strāvu, miniaturizāciju un augstu uzticamību.

Augstsprieguma{0}}akumulatoru sistēmām jaunos enerģijas transportlīdzekļos ir nepieciešami daudzi releji, lai pārvaldītu strāvas pievienošanu, atvienošanu un drošības aizsardzību; līdz ar to ir arvien stingrākas prasības attiecībā uz kontaktloka pretestību un materiāla stabilitāti.

Vienlaikus enerģijas uzglabāšanas sistēmu, jaudas elektronikas un rūpnieciskās automatizācijas vadības sistēmu attīstība veicina releju jaunināšanu, lai nodrošinātu ilgāku kalpošanas laiku un mazākus jaudas zudumus.

Turpmākā releju tehnoloģiskā attīstība galvenokārt būs vērsta uz:

Kontaktmateriālu ablācijas pretestības uzlabošana;

Elektromagnētiskās sistēmas efektivitātes optimizēšana;

Kontakta pretestības samazināšana;

Augstsprieguma{0}}līdzstrāvas pārslēgšanas iespēju uzlabošana;

Intelektuālās uzraudzības iespēju stiprināšana.

Ražojot augstas veiktspējas{0}}relejus, mīkstiem magnētiskiem materiāliem-, piemēram, DT4C magnētiskajiem dzelzs serdeņiem-, joprojām būs svarīga loma, nodrošinot stabilu un uzticamu magnētisko ķēžu atbalstu elektromagnētiskās iedarbināšanas sistēmām.

Tā kā jauni enerģijas transportlīdzekļi un viedās elektriskās iekārtas strauji attīstās, releju kontaktu konstrukcijas, elektromagnētiskās struktūras un materiālu tehnoloģijas turpinās attīstīties, lai nodrošinātu lielāku uzticamību un efektivitāti. Raugoties nākotnē, augstas veiktspējas aukstās-ražošanas procesi priekšreleju serdeņiun mīksto magnētisko tīra dzelzs kodola materiālu izmantošana turpinās virzīt releju attīstību uz lielāku stabilitāti un precizitāti.