DZIAŁY - PRODUKTY
 
Czy materiał styków ma znaczenie?
Jeśli przekaźnik działa czy warto zawracać sobie głowę materiałem styków?
Norman Carnt, Kierownik Techniczny Findera, wyjaśnia dlaczego dobór właściwego materiału styków jest ważny.
Wielu nabywców używa standardowych produktów oferowanych przez producenta, uważając je za najlepsze wyjście. W większości wypadków przekaźniki w pełni spełniają ich oczekiwania i nie ma potrzeby rozważania alternatywnych rozwiązań. Jednak dla niektórych zastosowań możliwość doboru materiału styków jest bardzo użyteczna.
 
Duże moce
Załączanie dużych obciążeń, do 30 A jest możliwe przy użyciu przemysłowych przekaźników mocy, przełączanie większych amperaży jest już domeną styczników. Podstawowymi materiałami używanymi w przekaźnikach o obciążalności styków 5 do 30 A są: srebro z niklem (AgNi), srebro z tlenkiem kadmu (AgCdO2) i srebro z tlenkiem cyny (AgSnO2).
Srebro w połączniu z niklem jest używane prawie od "zawsze". Relatywnie mała zawartość niklu (10%) ma na celu zarówno zwiększenie wytrzymałości mechanicznej srebra jak i zwiększenie wytrzymałości elektrycznej, co zwiększa obciążalność styku. Jest to idealne rozwiązanie do zastosowań przy obciążeniach rezystancyjnych przy pełnym, nominalnym obciążeniu i innych mniejszych od nominalnego obciążeniach. Jest to rozwiązanie korzystne cenowo i dobrze spełniające sowoje zadania jako materiał ogólnego stosowania. AgNi jest często stosowane jako standard dla wielu przekaźników przemysłowych.
Srebro z tlenkiem kadmu jako materiał na styki stało się popularne mniej więcej 50 lat temu, szczególnie ze względu na bardzo dobre właściwości przy przełączaniu obciążeń indukcyjnych i silnikowych. Przemieszczanie się materiału stykowego jest mniejsze oraz materiał ma lepszą odporność na zgrzanie podczas szczytowych wartości prądu pojawiających się przy załączaniu cewek, lamp żarowych lub niewielkich silników.
Kadm jest od lutego 2006 roku obłożony w prawodawstwie europejskim rygorami norm RoHS. Mimo że eksperci są zgodni w tym, iż proporcja kadmu w stosunku do srebra jest tak niewielka, że nie stanowi zagrożenia dla środowiska, jego stosowanie zostaje ograniczone. Przekaźniki tracą unikalny materiał, którego wszechstronne właściwości nie mogą być w całości zastąpione przez inne rozwiązania.
Srebro z tlenkiem cyny jest dość niedawną innowacją i podobnie jak AgCdO jest produkowane metodą mieszania proszków lub metodą oksydacji, w odróżnieniu do AgNi, które jest typowym stopem. Ogromne rozdrobnienie cząsteczek tlenku cyny, trudne do osiągnięcia równomierne rozproszenie SnO2 w sproszkowanym srebrze i w końcu wysokociśnieniowe formowanie; wszystko to wymaga bardzo skrupulatnego procesu kontroli. We wczesnych fazach wprowadzania tego produktu kontrola jakości, a przez to i jakość tych spiekanych materiałów nie zawsze była taka jak oczekiwano. Jednakże teraz na wykonaniu AgSnO2 można polegać, szczególnie w radzeniu sobie z dużymi szczytowymi wartościami napięcia, spowodowanymi zmianami współczynnika mocy, kondensatorami połączonymi ze świetlówkami i innymi lampami wyładowczymi.
Podstawowym problemem z przełączaniem kondensatorów jest praktyczny brak zamierzonego ograniczenia natężenia prądu w obwodzie. Prąd momentalny jest przez to ograniczony jedynie przez źródło i impedancję lini i będzie sięgał kilkuset, jeśli nie kilku tysięcy amper. Podobne wzrosty natężenia pojawiają się podczas załączania zródeł zasilania i różnorodnych napędów falownikowych. Nic dziwnego zatem, że zespawanie styków zawsze było dużym problemem w tego typu aplikacjach. Przy dokładnym szacowaniu tych wielkości, przy znanej wydajności przekaźników, łatwo przwidzieć jakie korzyści może dać zastosowanie styków z tlenkiem cyny. Jednakrze producenci przekaźników będą potrzebować szerszego zbioru danych i możliwości eksperymentalnego sprawdzenia i oszacowania tych wartości w powtarzalny sposób i w krótkiej skali czasu.
 
Niezawodne przełączanie niewielkich mocy
Na drugim końcu skali natężeń nie trzeba się martwić erozją materiału, czy zespawaniem styków. Ważne jest natomiast czy styki łączą się właściwie i czy zapewniają połączenie o minimalnym oporze. Im niższe napięcie i natężenie prądu przełączanego tym trudniejsze dla powierzchni stykowych zapewnić dobre połączenie. Zagadnienie to jest doskonale znane producentom przekaźników i przykłada się dużą uwagę do zapewnienia odpowiedniego nacisku zestyku i minimalnego poziomu zanieczyszczeń w trakcie produkcji. Mimo tego użytkownik może, a nawet powinien dokonać pewnych działań jeśli chodzi o wybór materiału styków. Mówiąc ogólnie, powinno się unikać używania przekaźników w wykonaniu do dużych obciążeń, ponieważ właściwości materiałów, dzięki którym dobrze znosiły wyższe obciążenia, powodują zmniejszenie niezawodności połączenia przy obciążeniach sygnałowych. Niekiedy pojawia się jednak potrzeba przełączania zarówno wysokich jak i niskich obciążeń - wtedy jedynym realistycznym wyjściem będzie wybór przekaźnika mocy z oczywistym odchyleniem w postaci pokrytych złotem styków. "Odchyleniem", ponieważ nie ma większego sensu pokrywania złotem przekaźników mocy, ze względu na to, iż złoto jest materiałem drogim i szybko ulegającym erozji podczas przełączania większych obciążeń. "Oczywistym", ponieważ wiadomo, że będą zdażały się aplikacje, kiedy niezbędne będzie przełączanie obciążeń zarówno wysokich, jak i niskich. Ważny jest tu jeden aspekt. Styki muszą być pozłacane - czyli mieć przynajmniej 4 mikrony grubości - unikajmy sugestii zastosowania styków pokrytych złotem - czyli 0,2 do 1 mikrona.
Nie jest to spowodowane jedynie tym, że warstewka złota zużyje się po kilku tysiącach łączeń. Nie należy myśleć, że skoro przekaźnik w aplikacji załącza się raz na miesiąc wszystko będzie dobrze działało - nie będzie. Dla niskich obciążeń tak cienka warstewka złota będzie doskonała, ale przy większych jest gorsza od nagiego srebra! Powodem tego jest zbieg zjawisk z pogranicza fizyki i chemi - niestety za obszernych, by wyjaśniać je w tym artykule.
Cofając się trochę w toku naszego wywodu, co oznacza niski poziom mocy? Typowo dla 16 amperowego przekaźnika mocy z firmy autora, ze stykami z tlenkiem kadmu minimalne przełączane obciążenie wyraża się 10V/10mA/1000mW, co dla przekaźnika zaprojektowanego do przełączania do 4kW jest niezłą wartością. Specyfikacja mówi o tym, że wszystkie trzy minimalne wymagania powinny być spełnione, jednak w praktyce najważniejszą jest pierwsze - napięcie, drugie natężenie i ostatecznie moc. Tak więc, jeśli wszystkie trzy nie mogą być spełnione, ale napięcie jest wystarczające i amperaż jest zbliżony, to w praktyce skuteczne przełączanie jest możliwe.
Dla przekaźnika 7A - średniej mocy, ze stykami AgNi minimalne wartości przełączania wynoszą 5V/5mA/300mW i ponownie, jak w poprzednim wypadku, w praktyce napięcie jest najważniejszym parametrem. Ten przekaźnik jest również dostępny w wersji z 5µm złotym pokryciem - wtedy rozważane wartości wynoszą 5V/22mA/50mW.
Jeśli przełączane ma być dużo niższe napięcie należy rozważyć użycie dwóch styków równolegle. To rozwiązanie pozwala mocno obniżyć przełączaną moc - dwa równoległe złocone styki pozwalają przełączać 0,1V/1mA/1mW. Przydatnym będzie również docenienie tego, że statystycznie zawodność dwóch równoległych styków jest równa zawodności jednego styku do kwadratu. Ilustrując to matematycznie 1% zawodności przy jednym styku staje się 0,01% zawodności przy dwóch stykach równoległych. Oznacza to stukrotną poprawę niezawodności. Dla trzech styków połączonych równolegle wskaźnik ten wzrośnie do potęgi trzeciej - 10,000-krotna poprawa niezawodności!

 
                                           
 
Newsletter
Na powyższy adres będziesz otrzymywał najświeższe
infromacje dotyczące oferty oraz nowości
 
Copyright by ASTAT 2017 - All rights reserved     Korzystanie z serwisu oznacza akceptację Polityki prywatności Cookies administracja: LUKALA