릴레이 접점 소재 개발현황 및 핵심기술 분석

산업 자동화, 전력 제어, 철도 운송, 신에너지 및 전자 장비에서 릴레이는 가장 기본적이고 중요한 전기 제어 구성 요소 중 하나로 남아 있습니다. 그 중 릴레이 접점은 회로의 "ON"과 "OFF"를 구현하는 핵심 구조로서 재료 선택을 통해 릴레이의 신뢰성, 수명 및 적용 가능한 동작 조건을 직접적으로 결정합니다.

 

엔지니어링 애플리케이션 관점에서 보면 릴레이 접점은 기본적으로 제어되는 스위칭 인터페이스입니다. 상시 개방 상태와 상시 폐쇄 상태 사이의 전환 과정에서 접점은 안정적인 전도를 유지해야 할 뿐만 아니라 연결 해제 순간의 전기 아크, 고온 및 기계적 충격을 견뎌야 합니다. 따라서 접점 재료는 항상 릴레이 설계 및 제조의 주요 연구 방향 중 하나였습니다.

 

 

릴레이 접점은 일반적으로 결합 및 분리를 완료하기 위해 전자기 시스템에 의해 구동되는 이동 및 고정 접점으로 구성됩니다. 접점 성능은 재료 구성, 접점 압력, 부하 전류, 전압 레벨, 스위칭 주파수 및 작동 환경을 포함한 다양한 요소의 영향을 받습니다. 매개변수가 설계 범위를 초과하면 접촉 침식, 용접, 접촉 저항 증가 또는 고장과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

 

접점이 열리는 순간 부하 전류나 접점 사이의 전압이 임계값을 초과하면 공기가 끊어져 전기 아크가 형성됩니다. 아크에 의해 생성된 고온은 접촉 표면을 빠르게 침식하여 재료 마모를 가속화합니다. 따라서 접점 재료를 적절하게 선택하고 접점의 정격 전압 및 전류를 엄격하게 제어하는 ​​것은 계전기의 장기적-안정적 작동을 보장하는 데 중요합니다.

 

 

구조적인 관점에서 보면 릴레이 접점 형태에는 크게 점접점, 선접점, 표면접점이 있습니다. 이 중 전자기 릴레이에서는 점접촉이 가장 일반적입니다. 이러한 구조는 제한된 공간 내에서 더 높은 접촉 압력을 구현하여 접촉 저항을 줄이는 데 유리합니다.

 

접촉 구조 설계에는 판 스프링 구조와 탄성 구조도 일반적입니다. 예를 들어 일부 응용 분야에서는 전도 안정성에 대한 접점 바운스의 영향을 줄이기 위해 탄성 보상 기능을 갖춘 판 스프링 전기 접점 또는 접점 구조가 도입되었습니다. 이러한 유형의 설계는 고주파-스위칭 또는 소신호 제어 시나리오에서 특히 중요합니다.

 

 

재료 시스템 관점에서 현재 릴레이 접점은 주로 순수 금속 재료, 금속 합금 재료, 금속{0}}세라믹 복합 재료(분말 야금 재료)의 세 가지 범주로 구분됩니다.

 

저비용-일반 부하 조건에서는 순수 구리 또는 은도금-구리가 널리 사용됩니다. 그러나 응용 시나리오에서 더 높은 수명과 신뢰성이 요구됨에 따라 단일{3}}금속 재료는 복잡한 작동 조건의 요구 사항을 충족하기에는 부족하며 합금 및 복합 재료가 점차 주류 접근 방식이 되고 있습니다.

 

 

수많은 접점 재료 중에서 은과 그 합금 시스템이 중요한 위치를 차지합니다. 은은 매우 높은 전기 전도성과 우수한 열 전도성을 갖고 있어 전기 은 접점 제조에 이상적인 기본 재료입니다. 실제 응용 분야에서 순은은 일반적으로 용접성 및 내마모성을 높이기 위해 합금되어 다양한 은합금 전기 접점을 형성합니다.

 

이들 중 은-니켈, 은-구리 및 AgNi 시스템은 중-부하 계전기에 널리 사용됩니다. 이러한 재료를 흔히 은합금 접점이라고 통칭합니다. 더 높은 부하 또는 빈번한 스위칭 애플리케이션의 경우 은 카드뮴 산화물 접점 또는 은 카드뮴 산화물 전기 접점과 같은 은 산화물 시스템을 사용하여 아크 침식에 대한 저항을 강화합니다. 은 카드뮴 접촉 또는 agcdo 접촉에 대한 기술적 설명은 전통적인 문헌에서도 흔히 볼 수 있습니다.

 

또한 AgNi 시스템은 환경 친화성과 성능의 균형을 맞추는 데 이점을 제공하며 일부 표준에서는 Agni 접촉이라고 합니다. 안정적인 전도와 적당한 아크 저항이 필요한 응용 분야에 주로 사용됩니다.

 

 

고전류, 고전압 또는 높은 기계적 강도가 필요한 응용 분야에서 은-기반 합금에만 의존하는 것은 한계가 있습니다. 이러한 경우, 융점이 매우 높고 내마모성이 우수하기 때문에 텅스텐 및 은-텅스텐 복합재가 사용됩니다. 이러한 재료는 전력 계전기, 접촉기 및 기타 장치에서 흔히 볼 수 있지만 접촉 저항이 상대적으로 높기 때문에 일반적으로 신호가 약한 회로에는 적합하지 않습니다.

 

구조적으로 이러한 재료는 기계적 강도와 전도성의 균형을 맞추기 위해 리벳팅이나 용접으로 접점 지지대에 고정되는 전기 접점 리벳 형태로 기판과 결합되는 경우가 많습니다.

 

 

소신호 제어 회로, 특히 저-전압, 저전류- 애플리케이션의 경우 접점 표면 상태는 신호 무결성에 큰 영향을 미칩니다. 이러한 응용 분야에서는 접촉 저항을 줄이고 산화를 방지하기 위해 일반적으로 구리 또는 구리 합금 기판에 금 도금을 적용합니다.

 

이러한 설계는 탄성 구조와 결합되어 스프링 전기 접점 또는 전기 스프링 접점과 유사한 작동 모드를 형성하는 경우가 많으므로 장기적으로 안정적인 신호 전송이-보장됩니다.

 

일부 고신뢰성-시스템에서는 지속적인 탄성 압력을 통해 접점 마모로 인한 성능 저하를 상쇄하기 위해 스프링이 장착된 전기 접점 구조도 도입되었습니다.

 

 

신에너지, 전기 자동차, 스마트 그리드 및 산업 자동화의 급속한 발전으로 인해 계전기 작동 조건은 더 높은 전류, 더 높은 스위칭 주파수 및 더 엄격한 환경 요구 사항으로 바뀌고 있습니다. 이러한 추세는 전통적인 단일 금속에서 고성능 합금 및 복합재로 접점 재료가 지속적으로 발전하고 있는 이유입니다.

 

동시에, 더욱 엄격해진 환경 규제로 인해 업계에서는 카드뮴-함유 물질의 사용을 점진적으로 줄여 새로운 은-기반 합금 시스템의 개발을 촉진하고 있습니다. 이러한 배경에서 다양한 전기 접점 유형은 애플리케이션 시나리오에 따라 차별화된 개발 경로를 계속해서 보여줄 것입니다.

 

 

릴레이 접점은 크기는 작지만 전체 전기 제어 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 접점 재료의 선택은 전도성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 계전기의 수명, 안전 및 시스템 신뢰성에도 직접적인 영향을 미칩니다. 앞으로도 애플리케이션 수요가 지속적으로 업그레이드됨에 따라릴레이 접점재료는 전기 공학 분야에서 중요한 초점 및 기술 혁신 영역으로 남을 것입니다.