Phân tích hiện trạng phát triển và công nghệ chính của vật liệu tiếp xúc rơle

Trong tự động hóa công nghiệp, điều khiển điện, vận tải đường sắt, năng lượng mới và thiết bị điện tử, rơle vẫn là một trong những thành phần điều khiển điện cơ bản và quan trọng nhất. Trong số đó, tiếp điểm rơle, với tư cách là cấu trúc cốt lõi thực hiện việc "bật" và "tắt" mạch điện, trực tiếp xác định độ tin cậy, tuổi thọ sử dụng và các điều kiện vận hành áp dụng của rơle thông qua việc lựa chọn vật liệu.

 

Từ góc độ ứng dụng kỹ thuật, tiếp điểm rơle về cơ bản là một giao diện chuyển mạch được điều khiển. Trong quá trình chuyển đổi giữa trạng thái thường mở và thường đóng, tiếp điểm không chỉ cần duy trì khả năng dẫn điện ổn định mà còn phải chịu được hồ quang điện, nhiệt độ cao và các cú sốc cơ học khi ngắt kết nối. Vì vậy, vật liệu tiếp điểm luôn là một trong những hướng nghiên cứu trọng điểm trong thiết kế và chế tạo rơle.

 

 

Các tiếp điểm rơle thường bao gồm các tiếp điểm chuyển động và cố định, được điều khiển bởi một hệ thống điện từ để hoàn thành việc gắn và ngắt kết nối. Hiệu suất của tiếp điểm bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm thành phần vật liệu, áp suất tiếp xúc, dòng tải, mức điện áp, tần số chuyển mạch và môi trường hoạt động. Khi bất kỳ thông số nào vượt quá phạm vi thiết kế, nó có thể gây ra các vấn đề như xói mòn tiếp điểm, hàn, tăng điện trở tiếp xúc hoặc thậm chí hỏng hóc.

 

Tại thời điểm các tiếp điểm mở ra, nếu dòng tải hoặc điện áp giữa các tiếp điểm vượt quá giá trị tới hạn, không khí sẽ bị phá vỡ, tạo thành hồ quang điện. Nhiệt độ cao do hồ quang tạo ra nhanh chóng làm xói mòn bề mặt tiếp xúc, làm tăng tốc độ mài mòn vật liệu. Do đó, việc lựa chọn vật liệu tiếp điểm một cách thích hợp và kiểm soát chặt chẽ điện áp cũng như dòng điện định mức của các tiếp điểm là rất quan trọng để đảm bảo rơle-hoạt động ổn định lâu dài.

 

 

Từ góc độ cấu trúc, các dạng tiếp điểm rơle chủ yếu bao gồm tiếp điểm điểm, tiếp điểm đường dây và tiếp xúc bề mặt. Trong số này, điểm tiếp xúc là phổ biến nhất trong rơle điện từ. Cấu trúc này thuận lợi cho việc đạt được áp suất tiếp xúc cao hơn trong một không gian hạn chế, do đó làm giảm điện trở tiếp xúc.

 

Trong thiết kế kết cấu tiếp xúc, kết cấu lò xo lá và kết cấu đàn hồi cũng rất phổ biến. Ví dụ, trong một số ứng dụng, các tiếp điểm điện lò xo lá hoặc các cấu trúc tiếp xúc có khả năng bù đàn hồi được đưa vào để giảm tác động của lực nảy tiếp xúc lên độ ổn định dẫn điện. Kiểu thiết kế này đặc biệt quan trọng trong các trường hợp chuyển đổi-tần số cao hoặc điều khiển tín hiệu nhỏ.

 

 

Từ góc độ hệ thống vật liệu, các tiếp điểm rơle hiện chủ yếu được chia thành ba loại: vật liệu kim loại nguyên chất, vật liệu hợp kim kim loại và vật liệu gốm sứ-kim loại (vật liệu luyện kim bột).

 

Trong điều kiện tải chung, chi phí{0}}thấp, đồng nguyên chất hoặc đồng mạ bạc- vẫn được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do các kịch bản ứng dụng đòi hỏi tuổi thọ và độ tin cậy cao hơn nên các vật liệu-kim loại đơn lẻ không đủ để đáp ứng nhu cầu trong các điều kiện vận hành phức tạp và vật liệu hợp kim cũng như vật liệu tổng hợp đang dần trở thành phương pháp phổ biến.

 

 

Trong số rất nhiều vật liệu tiếp xúc, bạc và hệ thống hợp kim của nó chiếm một vị trí quan trọng. Bạc có tính dẫn điện cực cao và tính dẫn nhiệt tốt, khiến nó trở thành vật liệu cơ bản lý tưởng để sản xuất các điểm tiếp xúc điện bằng bạc. Trong các ứng dụng thực tế, bạc nguyên chất thường được hợp kim hóa để tăng cường khả năng chống hàn và mài mòn, do đó hình thành các tiếp điểm điện bằng hợp kim bạc khác nhau.

 

Trong số này, hệ thống bạc{0}}niken, bạc{1}}đồng và AgNi được sử dụng rộng rãi trong rơle tải trung bình-; những vật liệu này thường được gọi chung là các điểm tiếp xúc bằng hợp kim bạc. Đối với tải cao hơn hoặc các ứng dụng chuyển mạch thường xuyên, hệ thống oxit bạc, chẳng hạn như tiếp điểm oxit bạc cadmium hoặc tiếp điểm điện oxit bạc cadmium, được sử dụng để tăng cường khả năng chống xói mòn hồ quang. Các mô tả kỹ thuật về tiếp xúc cadmium bạc hoặc tiếp xúc agcdo cũng thường được tìm thấy trong tài liệu truyền thống.

 

Hơn nữa, hệ thống AgNi mang lại lợi thế trong việc cân bằng giữa tính thân thiện với môi trường và hiệu suất, và được gọi là tiếp xúc agni trong một số tiêu chuẩn. Nó chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ dẫn ổn định và khả năng chống hồ quang vừa phải.

 

 

Trong các ứng dụng yêu cầu dòng điện cao, điện áp cao hoặc độ bền cơ học cao, việc chỉ dựa vào hợp kim bạc{0}}có những hạn chế. Trong những trường hợp này, vật liệu tổng hợp vonfram và bạc{2}}vonfram được sử dụng do điểm nóng chảy cực cao và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Những vật liệu này thường được tìm thấy trong rơle điện, công tắc tơ và các thiết bị khác, nhưng điện trở tiếp xúc của chúng tương đối cao, thường khiến chúng không phù hợp với các mạch tín hiệu yếu.

 

Về mặt cấu trúc, những vật liệu này thường được kết hợp với nền dưới dạng đinh tán tiếp xúc điện, cố định vào giá đỡ tiếp xúc bằng cách tán đinh hoặc hàn, để cân bằng độ bền cơ học và độ dẫn điện.

 

 

Đối với các mạch điều khiển tín hiệu nhỏ, đặc biệt là trong các ứng dụng-điện áp thấp, dòng điện-thấp, tình trạng bề mặt tiếp xúc có tác động đáng kể đến tính toàn vẹn của tín hiệu. Trong các ứng dụng này, mạ vàng thường được áp dụng cho chất nền đồng hoặc hợp kim đồng để giảm điện trở tiếp xúc và ngăn ngừa quá trình oxy hóa.

 

Những thiết kế này thường được kết hợp với các cấu trúc đàn hồi để tạo thành chế độ làm việc tương tự như các tiếp điểm điện lò xo hoặc các tiếp điểm lò xo điện, từ đó đảm bảo-truyền tín hiệu ổn định lâu dài.

 

Trong một số hệ thống có-độ tin cậy cao, cấu trúc tiếp điểm điện chịu tải bằng lò xo cũng được đưa vào sử dụng để bù đắp sự suy giảm hiệu suất do mài mòn tiếp điểm do áp suất đàn hồi liên tục.

 

 

Với sự phát triển nhanh chóng của năng lượng mới, xe điện, lưới điện thông minh và tự động hóa công nghiệp, các điều kiện vận hành rơle đang có xu hướng dòng điện cao hơn, tần số chuyển mạch cao hơn và các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về môi trường. Xu hướng này đang thúc đẩy sự phát triển không ngừng của vật liệu tiếp xúc từ kim loại đơn truyền thống sang hợp kim và vật liệu tổng hợp hiệu suất cao.

 

Đồng thời, các quy định nghiêm ngặt hơn về môi trường đang thúc đẩy ngành giảm dần việc sử dụng vật liệu chứa cadmium-, thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống hợp kim-làm từ bạc mới. Trong bối cảnh đó, các loại tiếp xúc điện khác nhau sẽ tiếp tục có những lộ trình phát triển khác nhau dựa trên các kịch bản ứng dụng.

 

 

Mặc dù các tiếp điểm rơle có kích thước nhỏ nhưng chúng lại đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong toàn bộ hệ thống điều khiển điện. Việc lựa chọn vật liệu tiếp xúc không chỉ ảnh hưởng đến độ dẫn điện mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống của rơle. Trong tương lai, khi nhu cầu ứng dụng tiếp tục nâng cấp,tiếp điểm liên lạcvật liệu sẽ vẫn là lĩnh vực trọng tâm và đổi mới công nghệ trong lĩnh vực kỹ thuật điện.