Chất liệu tiếp điểm của Relay – Có vấn đề ?

Tác giả: Norman Carnt

Nếu một rơle “hoạt động”, tại sao phải lo lắng thêm về các vật liệu tiếp điểm của nó? Norman Carnt của Finder UK giải thích tại sao chất liệu của tiếp điểm phù hợp khá quan trọng.

Nhiều người dùng relay có làm việc với sản phẩm tiêu chuẩn, và với nó, việc cung cấp tiêu chuẩn liên quan đến vật liệu tiếp điểm. Thường xuyên hơn không phải họ hoàn toàn hài lòng hay không bao giờ có vấn đề gì, và rồi họ thường đưa ra những vật liệu thay thế. Tuy nhiên, đối với một số ứng dụng, việc đồng ý các vật liệu tiếp xúc thay thế có thể rất hữu ích.

Bộ chuyển đổi công suất

Việc chuyển đổi nguồn lên đến 50 A thường có thể thực hiện được với rơle công nghiệp, trong khi dòng điện cao hơn thường là việc của công tắc tơ. Các vật liệu tiếp điểm nguyên tắc được sử dụng cho rơle có xếp hạng tiếp điểm danh nghĩa trong phạm vi 5 đến 50 A là phổ biến nhất, Bạc Niken, Bạc Cadmium Oxide và Bạc Tin Oxide
Bạc Niken đã có mặt trên thị trường gần như chưa từng có. Hàm lượng niken tương đối nhỏ (10%) chủ yếu để làm cứng về cơ học và tăng khả năng chống xói mòn điện của các mặt tiếp xúc, do đó làm cho nó mạnh hơn nhiều khi chịu tải điện nặng hơn. Đó là lý tưởng cho các tải điện trở ở mức định mức dòng đầy đủ của tiếp điểm và đối với các tải khác khi dòng tải không quá cao. Nó là một vật liệu đa năng có hiệu quả kinh tế và hoạt động tốt và thường là vật liệu tiêu chuẩn cho nhiều rơle công suất.

(Rơle pcb ‘mỏng gọn’ 34 của Finder sử dụng các tiếp điểm Bạc Niken – một vật liệu tiếp xúc đa năng có hiệu quả kinh tế và hiệu quả cao)

Silver Cadmium Oxide đã phổ biến trong khoảng 50 năm, đặc biệt là hiệu suất rất tốt khi chuyển đổi tải cảm ứng và động cơ. Xói mòn vật liệu tiếp xúc được giảm bớt và đặc biệt là vật liệu này có khả năng chống tiếp điểm hàn được cải thiện trong điều kiện dòng điện xâm nhập đỉnh cao ngắn hạn do chuyển đổi cuộn dây tiếp xúc lớn, đèn sợi đốt và động cơ nhỏ.

Thật không may, mặc dù hầu như tất cả các chuyên gia đều đồng ý rằng hàm lượng cadmium rất nhỏ và liên kết rất tốt với bạc số lượng lớn, không gây nguy hiểm cho môi trường, nhưng trong một thời gian, việc sử dụng nó đã bị giới hạn bởi Chỉ thị RoHS của Châu Âu 2002/95 / EC. Trong phiên bản đầu tiên, Cadmium đã bị cấm hoàn toàn, nhưng phiên bản tiếp theo cho phép sử dụng nó trong các tiếp xúc điện. Và cái gọi là bìa cứng RoHS II II 2011/65 / EU vẫn cho phép điều này, nhưng thiết lập một giới hạn (trừ khi có bất kỳ sửa đổi nào trong các tháng tiếp theo) của tháng 7 năm 2016 để sử dụng chung và tháng 7 năm 2024 cho thiết bị giám sát và kiểm soát công nghiệp. Vì lý do này và lưu ý rằng Chỉ thị như vậy hoàn toàn không được áp dụng ở một số thị trường (ví dụ: Ô tô hoặc các nước ngoài EU như Hoa Kỳ hoặc BRICS …), Finder sẽ duy trì các phiên bản chuyển tiếp với Silver Cadmium Oxide – cho tới tương lai dự đoán trước được.
Silver Tin Oxide là một cải tiến gần đây và giống như AgCdO được sản xuất bởi một quy trình thiêu kết / bột – không giống như AgNi là một hợp kim thực sự. Việc nghiền Tin Oxide cực kỳ tốt thành các hạt micron phụ, sự phân tán đồng đều của chất này trong bạc bột và áp suất cao cuối cùng hình thành để tạo ra sự tiếp xúc là một quy trình đòi hỏi phải kiểm soát quá trình tỉ mỉ nhất. Trong những ngày đầu của AgSnO2, việc kiểm soát chất lượng và do đó hiệu suất của các vật liệu thiêu kết này không phải lúc nào cũng nhất quán như cần thiết. Tuy nhiên, ngày nay, hiệu suất cao của AgSnO2 có thể được dựa vào, và không nơi nào khác hơn là xử lý dòng điện cực đại lớn gây ra chủ yếu bởi các tụ điện điều chỉnh hệ số công suất liên quan đến đèn huỳnh quang và đèn phóng khí khác, và cả mạch đầu vào liên quan đến hiện đại đèn tiết kiệm năng lượng, CFL hoặc LED. Vấn đề cơ bản với việc chuyển đổi thành tụ điện là hầu như không có giới hạn dòng điện đặt ra trong mạch. Do đó, dòng điện tức thời chỉ bị giới hạn bởi trở kháng nguồn và dòng, và sẽ theo thứ tự vài trăm, nếu không phải là vài nghìn ampe. Dòng điện cực đại tương tự xảy ra khi cấp nguồn cho chế độ chuyển đổi nguồn và ổ đĩa biến tần tốc độ thay đổi. Không có gì đáng ngạc nhiên, hàn tiếp xúc đã từng là một vấn đề lớn trong các ứng dụng này, nhưng với việc đánh giá cẩn thận ứng dụng so với hiệu suất đã biết của rơle trong các điều kiện như vậy, thường có thể dự đoán sự cải thiện khả năng thay đổi của AgSnO2 sẽ mang lại. Tuy nhiên, nhà sản xuất rơle sẽ cần một ngân hàng dữ liệu hiệu suất rộng lớn và khả năng thử nghiệm và đánh giá bằng thực nghiệm theo cách lặp lại, và trong một khoảng thời gian ngắn.

Chuyển đổi đáng tin cậy ở mức năng lượng thấp

Ở đầu kia của thang đo hiện tại, chúng tôi không quan tâm đến việc các tiếp điểm bị xói mòn hoặc chúng hàn lại với nhau – chúng tôi lo ngại rằng các tiếp điểm tạo ra kết nối điện trở thấp và đáng tin cậy.
Rất đơn giản, điện áp và dòng điện được chuyển đổi càng thấp, các bề mặt tiếp xúc càng khó tạo ra kết nối tốt. Rõ ràng điều này được các nhà sản xuất rơle hiểu rõ và rất cẩn thận để đảm bảo rằng có đủ áp lực giữa các tiếp điểm và mức độ sạch tối thiểu được duy trì trong quá trình sản xuất.

Tuy nhiên, có những lựa chọn mà người dùng có thể, hoặc thực sự nên vậy, thực hiện khi nói đến chủ đề của vật liệu tiếp xúc. Nói rộng ra, nên tránh sử dụng rơle với vật liệu tiếp xúc nguồn, vì các đặc tính làm cho chúng trở thành bộ chuyển đổi năng lượng tốt, có xu hướng hoạt động chống lại chuyển mạch cấp thấp đáng tin cậy. Nhưng đôi khi có nhu cầu chuyển đổi cả mạch điện cấp thấp và công suất; sau đó, lựa chọn thực tế duy nhất sẽ là chọn một rơle công suất với sự bất thường rõ ràng là có các tiếp điểm mạ vàng. Vì Anomaly, vì nó rất ít có ý nghĩa đối với các tiếp điểm nguồn vàng, vì vàng rất đắt và chỉ đơn giản là bị đốt cháy trong điều kiện chuyển đổi năng lượng. Rõ ràng là vì chúng ta biết rằng sẽ có một dịp kỳ quặc khi điều này giải quyết một ứng dụng chuyển mạch hỗn hợp với độ tin cậy ở cả hai đầu của thang đo. Tuy nhiên có một khía cạnh rất quan trọng đối với điều này. Vàng phải được mạ đến độ dày đáng kể – tránh mọi gợi ý về việc sử dụng đèn flash vàng thường ở mức 0,2 micron.

Điều này không chỉ vì một lớp phủ mỏng như vậy sẽ hao mòn cơ học trong vòng vài nghìn thao tác; vì vậy đừng lầm tưởng rằng vì rơle chỉ hoạt động trong ứng dụng của bạn mỗi tháng một lần, mọi thứ sẽ ổn – nó đã giành chiến thắng! Đối với chuyển đổi mức thấp đáng tin cậy, một tấm vàng sẽ là tuyệt vời, nhưng đèn flash vàng có thể tệ hơn bạc trần! Lý do cho điều này là một sự pha trộn rất thú vị của vật lý và hóa học khi chơi – nhưng thật không may, lời giải thích sâu sắc nằm ngoài phạm vi của bài viết này.

Quay lại một chút, chúng ta có ý nghĩa gì khi chuyển đổi cấp độ thấp? Điển hình là rơle công suất 16 của lĩnh vực các tác giả về rơle có tải chuyển đổi tối thiểu quy định là 10 V / 10 mA / 1000 mW, đối với rơle được thiết kế đặc biệt để chuyển tải lên đến 4 kW, không tệ. Đặc điểm kỹ thuật có nghĩa là tất cả ba giá trị tối thiểu phải được đáp ứng.

Rơle 7 công suất trung bình với các tiếp điểm AgNi có thông số chuyển mạch tối thiểu là 5 V / 5 mA / 300 mW. Rơle này cũng có sẵn với các tiếp điểm mạ vàng; khi các giá trị được sửa đổi trở thành 5 V / 2 mA / 50 mW.

Nếu điện áp thấp hơn nhiều phải được chuyển đổi đáng tin cậy, hãy xem xét hai tiếp điểm song song. Điều này làm giảm đáng kể tải chuyển đổi tối thiểu – hai tiếp điểm vàng song song giúp xử lý tải xuống tới 0,1 V / 1 mA / 1 mW. Có thể hữu ích để đánh giá rằng về mặt thống kê, độ tin cậy của hai tiếp điểm song song bằng với độ không tin cậy của liên hệ đơn lẻ được nâng lên thành sức mạnh của hai. Vì vậy, chỉ để minh họa cho các phép toán, mạch chuyển đổi không đáng tin cậy 1% trở thành 0,01% không đáng tin cậy – tức là cải thiện độ tin cậy 100 lần. Và đối với ba liên hệ song song, sự không đáng tin cậy sẽ được nâng lên thành sức mạnh của ba – cải thiện độ tin cậy 10.000 lần!