Materials bàsics del relé i selecció de components clau: anàlisi del coneixement de la indústria

Com a actuador bàsic dels sistemes de control automàtic, el rendiment dels relés depèn molt del grau de concordança entre el sistema de material i el disseny estructural. Des del sistema electromagnètic fins al sistema de contacte, i després als components de protecció tèrmica, les diferents parts fan requisits clars sobre la permeabilitat magnètica, la conductivitat elèctrica, l'estabilitat tèrmica i les propietats mecàniques dels materials. Aquest article revisa sistemàticament els materials clau per als relés des d'una perspectiva d'aplicació d'enginyeria.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En el sistema electromagnètic, el material del nucli determina directament la velocitat de resposta del relé i l'eficiència energètica. Les solucions habituals utilitzen materials magnètics tous, com el ferro tou o el ferro pur, caracteritzats per una alta permeabilitat i una baixa coercivitat, que permeten una ràpida magnetització i desmagnetització. Aquests materials s'utilitzen àmpliament en estructures clau com el nucli de ferro del relé, el nucli electromagnètic i el nucli per al relé electromagnètic.

 

En aplicacions industrials específiques, el ferro pur elèctric (com la sèrie DT4) s'utilitza sovint en escenaris d'alt rendiment-, com ara el nucli de ferro pur d'electricista, el nucli de ferro DT4C i el nucli de ferro pur, a causa de la seva gran puresa i propietats magnètiques estables. A més, els nuclis de relé de forja en fred DT4C Relay Iron Core i els nuclis de relé de forja en fred fabricats amb tecnologia de capçal en fred poden millorar encara més la precisió dimensional i la densitat del material, fent-los adequats per a sistemes de muntatge automatitzats de producció massiva.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L'estructura del nucli també varia segons el tipus actual. Els relés de CA solen utilitzar una estructura de xapa d'acer de silici laminat per reduir les pèrdues de corrent de Foucault, mentre que els relés de CC s'adapten millor a una estructura monolítica de ferro pur, com ara un nucli de relé de ferro pur o un nucli de ferro per a relés de control industrial, per millorar l'eficiència i l'estabilitat del circuit magnètic. En aplicacions de control de precisió, els dissenys que utilitzen nuclis de ferro magnètic suau per a relés equilibren eficaçment la velocitat de resposta i el control del consum d'energia.

 

A la secció de bobina i connexió estructural, els materials conductors i els components estructurals són igualment crucials. Els relés normalment contenen bobines de coure i connectors conductors, i s'utilitzen dissenys estandarditzats, com ara pins de nucli i pins de relé, als cables per aconseguir connexions elèctriques i fixació mecànica fiables. El coure segueix sent l'opció principal a causa de la seva excel·lent conductivitat i mecanització, però cal aconseguir un equilibri entre cost i rendiment en el disseny.

 

El sistema de contacte és una de les unitats funcionals més crucials d'un relé, i la seva selecció de material afecta directament la vida elèctrica i la capacitat de càrrega.

 

Els materials de contacte habituals inclouen metalls purs, aliatges i cermets (materials de metal·lúrgia de pols). La plata és superior al coure pel que fa a la conductivitat; per tant, els aliatges basats en plata-com ara AgNi (plata-níquel) i AgSnO₂ (òxid-de plata-estany) s'utilitzen normalment en relés-d'alt rendiment. AgSnO₂, en particular, presenta una resistència més forta a l'erosió de l'arc i és adequat per a escenaris de càrrega -alta. En canvi, tot i que el coure és menys car, és propens a l'oxidació i l'ablació en condicions d'interrupció d'alta-freqüència i alta-càrrega, per la qual cosa s'utilitza més habitualment en estructures de contacte de baix- a mig-gama o auxiliar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En els sistemes de protecció tèrmica, els relés tèrmics utilitzen una banda bimetàl·lica com a element sensor central. Aquesta estructura està formada per dos metalls amb diferents coeficients d'expansió tèrmica. Quan el corrent provoca un augment de la temperatura, la cinta es doblega, de manera que els contactes s'accionen i aconsegueixen protecció contra sobrecàrregues. Les combinacions de materials habituals inclouen els aliatges de ferro-níquel-crom i els aliatges de ferro-níquel, que, mitjançant la concordança precisa de les característiques d'expansió tèrmica, garanteixen l'estabilitat i la repetibilitat de la corba de funcionament.

 

En resum, el disseny de sistemes de materials de relé és un procés d'optimització multi-objectiu, que requereix un equilibri entre permeabilitat magnètica, conductivitat elèctrica, estabilitat tèrmica, resistència mecànica i cost. Des de nuclis d'acer de relé i nuclis de relé de ferro pur fins a materials de contacte d'alt rendiment-, i la fabricació de precisió de components estructurals com araNucli per a relé electromagnètic, tots reflecteixen la tendència dels relés que es desenvolupen cap a una major fiabilitat i una major automatització. Per a aplicacions de control industrial, noves energies i electrònica de potència, la selecció de materials i el control de processos adequats són crucials per aconseguir un funcionament estable-a llarg termini dels productes.