Análise do status atual de desenvolvimento e das principais tecnologias de materiais de contato de relé

Na automação industrial, controle de energia, transporte ferroviário, novas energias e equipamentos eletrônicos, os relés continuam sendo um dos componentes de controle elétrico mais fundamentais e críticos. Entre eles, o contato do relé, como estrutura central que realiza o "ligado" e "desligado" de um circuito, determina diretamente a confiabilidade, a vida útil e as condições operacionais aplicáveis ​​do relé por meio de sua seleção de material.

 

Do ponto de vista da aplicação de engenharia, o contato do relé é essencialmente uma interface de comutação controlada. Durante o processo de comutação entre os estados normalmente aberto e normalmente fechado, o contato não só precisa manter uma condução estável, mas também suportar arcos elétricos, altas temperaturas e choques mecânicos no momento da desconexão. Portanto, os materiais de contato sempre foram uma das principais direções de pesquisa no projeto e fabricação de relés.

 

 

Os contatos do relé normalmente consistem em contatos móveis e estacionários, que são acionados por um sistema eletromagnético para completar o engate e desengate. O desempenho do contato é afetado por vários fatores, incluindo composição do material, pressão do contato, corrente de carga, nível de tensão, frequência de comutação e ambiente operacional. Uma vez que qualquer parâmetro exceda a faixa de projeto, poderá causar problemas como erosão de contato, soldagem, aumento da resistência de contato ou até mesmo falha.

 

No momento da abertura dos contatos, se a corrente de carga ou a tensão entre os contatos ultrapassar um valor crítico, o ar se rompe, formando um arco elétrico. A alta temperatura gerada pelo arco corrói rapidamente a superfície de contato, acelerando o desgaste do material. Portanto, selecionar adequadamente os materiais de contato e controlar rigorosamente a tensão e a corrente nominais dos contatos são cruciais para garantir a operação estável-do longo prazo do relé.

 

 

Do ponto de vista estrutural, as formas de contato do relé incluem principalmente contato pontual, contato de linha e contato de superfície. Dentre estes, o contato pontual é o mais comum em relés eletromagnéticos. Esta estrutura é vantajosa para conseguir uma pressão de contacto mais elevada dentro de um espaço limitado, reduzindo assim a resistência de contacto.

 

No projeto de estruturas de contato, estruturas de molas e estruturas elásticas também são comuns. Por exemplo, em algumas aplicações, são introduzidos contatos elétricos de mola ou estruturas de contato com capacidade de compensação elástica para reduzir o impacto do ressalto do contato na estabilidade da condução. Esse tipo de projeto é particularmente importante em cenários de comutação de alta-frequência ou de controle de sinal pequeno.

 

 

Do ponto de vista do sistema de materiais, os contatos de relé são atualmente divididos principalmente em três categorias: materiais metálicos puros, materiais de liga metálica e materiais compósitos metálicos-cerâmicos (materiais de metalurgia do pó).

 

Em condições de carga geral-de baixo custo, o cobre puro ou cobre{1}}prateado continua sendo amplamente utilizado. No entanto, como os cenários de aplicação exigem maior vida útil e confiabilidade, os materiais-de metal único são insuficientes para atender às necessidades de condições operacionais complexas, e ligas e materiais compósitos estão gradualmente se tornando a abordagem predominante.

 

 

Entre os numerosos materiais de contato, a prata e seus sistemas de ligas ocupam uma posição crucial. A prata possui condutividade elétrica extremamente alta e boa condutividade térmica, tornando-a um material de base ideal para a fabricação de contatos elétricos de prata. Em aplicações práticas, a prata pura é normalmente ligada para aumentar sua resistência à soldagem e ao desgaste, formando assim vários contatos elétricos de liga de prata.

 

Entre eles, sistemas de prata-níquel, prata-cobre e AgNi são amplamente usados ​​em relés de-carga média; esses materiais são frequentemente chamados coletivamente de contatos de liga de prata. Para cargas mais altas ou aplicações de comutação freqüentes, sistemas de óxido de prata, como contatos de óxido de prata e cádmio ou contatos elétricos de óxido de prata e cádmio, são usados ​​para aumentar a resistência à erosão por arco. As descrições técnicas do contato prata-cádmio ou contato agcdo também são comumente encontradas na literatura tradicional.

 

Além disso, o sistema AgNi oferece vantagens no equilíbrio entre respeito ao meio ambiente e desempenho, e é referido como contato agni em alguns padrões. É usado principalmente em aplicações que exigem condução estável e resistência moderada ao arco.

 

 

Em aplicações que exigem alta corrente, alta tensão ou alta resistência mecânica, depender exclusivamente de ligas-à base de prata tem limitações. Nestes casos, compósitos de tungstênio e prata-tungstênio são usados ​​devido ao seu ponto de fusão extremamente alto e excelente resistência à ablação. Esses materiais são comumente encontrados em relés de potência, contatores e outros dispositivos, mas sua resistência de contato é relativamente alta, geralmente tornando-os inadequados para circuitos de sinais fracos.

 

Estruturalmente, estes materiais são frequentemente combinados com o substrato na forma de rebites de contacto eléctrico, fixados ao suporte de contacto por rebitagem ou soldadura, para equilibrar a resistência mecânica e a condutividade.

 

 

Para circuitos de controle de sinal pequeno, especialmente em aplicações de baixa-tensão e baixa{1}}corrente, a condição da superfície de contato tem um impacto significativo na integridade do sinal. Nessas aplicações, o revestimento de ouro é normalmente aplicado a substratos de cobre ou liga de cobre para reduzir a resistência de contato e evitar a oxidação.

 

Esses projetos são frequentemente combinados com estruturas elásticas para formar um modo de funcionamento semelhante aos contatos elétricos de mola ou contatos elétricos de mola, garantindo assim uma transmissão de sinal estável-de longo prazo.

 

Em alguns sistemas de alta-confiabilidade, estruturas de contato elétrico-acionadas por mola também são introduzidas para compensar a degradação do desempenho causada pelo desgaste do contato por meio da pressão elástica contínua.

 

 

Com o rápido desenvolvimento de novas energias, veículos elétricos, redes inteligentes e automação industrial, as condições de operação dos relés tendem a correntes mais altas, frequências de comutação mais altas e requisitos ambientais mais rigorosos. Essa tendência está impulsionando a evolução contínua dos materiais de contato, desde metais simples tradicionais até ligas e compósitos de alto{1}}desempenho.

 

Simultaneamente, regulamentações ambientais mais rigorosas estão levando a indústria a reduzir gradualmente o uso de materiais que contêm-cádmio, promovendo o desenvolvimento de novos sistemas de ligas-à base de prata. Neste contexto, diferentes tipos de contactos elétricos continuarão a apresentar caminhos de desenvolvimento diferenciados com base em cenários de aplicação.

 

 

Embora os contatos do relé sejam pequenos, eles desempenham um papel extremamente crítico em todo o sistema de controle elétrico. A escolha dos materiais de contato não afeta apenas a condutividade, mas também impacta diretamente a vida útil, a segurança e a confiabilidade do sistema do relé. No futuro, à medida que as demandas dos aplicativos continuarem a ser atualizadas,contato de reléos materiais continuarão sendo uma importante área de foco e inovação tecnológica na área da engenharia elétrica.