¿Qué influencia tienen las propiedades eléctricas del material AgSnO₂ en los relés de enclavamiento magnético

I. INTRODUCCIÓN

Muchos investigadores también han realizado investigaciones sobre materiales de contacto para relés de enclavamiento magnético. Algunos artículos señalan que agregar aditivos WO₃ y CuO a los materiales AgSnO₂ podría mejorar la resistencia a la fluencia de los materiales. El CuO podría reducir la cantidad total de fluencia y la tasa de fluencia en estado estacionario en un 55% cuando la tensión era de 50 MPa. y 40%, y al mismo tiempo podría mejorar la resistencia de la interfaz del material AgSnO₂, podría mejorar efectivamente la generación y propagación de grietas. Algunos artículos señalan que, sobre la base del sistema compuesto de material AgSnO₂, se controlaron la morfología y la estructura de SnO₂ y se diseñó el modelo de esqueleto espacial para resolver el problema de dispersión de SnO₂ en la matriz Ag. La combinación cercana de Ag y SnO₂ utiliza la restricción del esqueleto espacial para limitar la flotación de SnO₂ bajo erosión de arco a largo plazo, evitando la degradación del rendimiento causada por el enriquecimiento de SnO₂ en la superficie del material de contacto. Algunos artículos han estudiado el fenómeno de soldadura de los contactos del relé de enclavamiento magnético durante su funcionamiento. Durante el funcionamiento del relé, el cierre y la interrupción continuos de los contactos empeoran el estado de funcionamiento de la superficie de contacto, lo que resulta en un mayor rebote de los contactos en el proceso de cierre posterior. Los rebotes múltiples aumentan significativamente el tiempo y la energía del arco. La superficie de los contactos móviles y estáticos produce baños de fusión de diversas formas y tamaños bajo la acción de la alta temperatura del arco. Al cerrarse de nuevo, si el contacto toca la posición del baño de fusión, es fácil que se produzca soldadura por fusión estática durante el proceso de contacto, lo que resulta en la unión, es decir, la falla del relé.

En el uso real de relés de enclavamiento magnético, son frecuentes los problemas de soldadura causados ​​por la unión de los contactos. En este artículo, se estudian los parámetros de rendimiento eléctrico simulados entre materiales ordinarios de óxido de plata y estaño y materiales preparados mediante procesos especiales, incluyendo parámetros como el tiempo y la energía del arco, la fuerza de soldadura y las características morfológicas de la superficie de contacto después de la prueba. Se espera que este trabajo proporcione una referencia útil para la investigación y el diseño de materiales de contacto eléctrico utilizados en relés de enclavamiento magnético.

II. OTRAS INTRODUCCIONES

1. Método y proceso de prueba.
El método de preoxidación fue uno de los más utilizados para la preparación de materiales de contacto eléctrico de óxido de plata y estaño. Los materiales preparados mediante este método presentan buena resistencia al desgaste y a la rotura, y se han utilizado ampliamente en el campo de los relés de enclavamiento magnético.

Tras la mejora, la dureza del material aumentó en aproximadamente 10 HV, la resistencia a la tracción en aproximadamente 15 MPa, el alargamiento se redujo en un 9 % y la resistividad fue 0,0 μΩ.cm superior a la del material tradicional.



El proceso de preparación del material en este documento fue el siguiente: La materia prima se fundió, luego se atomizó con agua para hacer polvo, y luego se secó, preoxidó, prensó isostáticamente, se formó en un blanco antes de la extrusión, y luego se extruyó y estiró para obtener el alambre requerido φ1.9 [blando]. El flujo del proceso de preoxidación fue: fundición → pulverización por atomización de agua → oxidación del polvo → prensado isostático → extrusión → estirado del producto terminado.

La estructura microscópica de AgSnO₂ se examinó y analizó con SEM y la densidad se probó con el método de desplazamiento de agua y la dureza se probó con el probador de dureza MICROH ARD-NESS MHV2000 y la resistencia a la tracción y el alargamiento se probaron con la máquina de prueba de materiales LJ-1000 y la resistividad se probó con el probador de resistencia de CC inteligente TH2512B.

Mientras tanto, las propiedades eléctricas se probaron con un probador de simulación de vida útil eléctrica del material de contacto, desarrollado en colaboración con una universidad china. El probador de simulación de propiedades eléctricas del nuevo modelo se muestra en la siguiente figura: incluye principalmente deslizadores de desplazamiento de tres ejes XYZ, un sistema de accionamiento compuesto por un electroimán de acción directa y una varilla de empuje, un mecanismo de posicionamiento de carrera electromagnética y un asiento de relé. El sistema puede ajustar el punto de trabajo de la varilla de empuje ajustando los deslizadores de desplazamiento de los ejes Z e Y, y puede ajustar el deslizador de desplazamiento del eje X del mecanismo de posicionamiento de carrera electromagnética para controlar el tope limitador y así ajustar la carrera en vacío y el exceso de carrera de la varilla de empuje. La precisión de ajuste de la posición es de 10 μm. El dispositivo puede reemplazar fácilmente el sistema de resorte de contacto de diferentes relés para la prueba de simulación y puede medir simultáneamente la tensión, la corriente y la fuerza de soldadura del contacto.


Todos los datos de prueba mencionados, incluyendo la tensión de contacto, la corriente de contacto y la fuerza dinámica, se adquieren mediante el sistema DAQ comercial (PCI1706, Advantech, Taiwán), con una resolución de medición de 16 bits y una frecuencia de muestreo de 250 kHz. El instrumento se conecta a un ordenador personal mediante el puerto serie RS232. La adquisición y el registro de datos se controlan mediante un ordenador con la ayuda del software LabVIEW, específicamente programado para este fin.



2. Resultados de las pruebas y análisis.
En primer lugar, se compararon las propiedades mecánicas y físicas del material convencional y del material mejorado. Los datos específicos se muestran en la Tabla 3. Se observó que la dureza y la resistencia a la tracción del material mejorado mejoraron, pero el alargamiento fue menor que el del material tradicional.

Tras la mejora, la dureza del material aumentó en aproximadamente 10 HV, la resistencia a la tracción en aproximadamente 15 MPa, el alargamiento se redujo en un 9 % y la resistividad fue 0,04 μΩ.cm mayor que la del material tradicional.




La figura 2 muestra una comparación de las microestructuras de materiales convencionales y especiales. Se observó que el tamaño de partícula de óxido del material tradicional era relativamente grueso, con una mayoría de partículas superiores a 1 μm, mientras que el tamaño de partícula de óxido del material mejorado en este estudio era relativamente fino, con una mayoría de partículas inferiores a 1 μm. Según la investigación existente en ciencia de materiales, la adición de un componente de segunda fase al metal podría fortalecerlo. En este estudio, el tamaño de partícula de óxido del material convencional fue mayor, mientras que el tamaño de partícula del material modificado fue menor, con una mayoría de partículas inferiores a 1 μm. Según el principio de fortalecimiento por dispersión, las partículas finas aumentarían la dureza, la resistencia a la tracción y otras propiedades de los materiales. Por lo tanto, la dureza y la resistencia a la tracción de los materiales preparados en este estudio fueron mayores que las de los materiales convencionales, pero su elongación fue menor.

Las propiedades eléctricas de los dos materiales se compararon en las Tablas 4 y 5. Se pudo observar que el intervalo de confianza del 95% de la curva de Weibull, la vida eléctrica de la vida eléctrica simulada de los materiales convencionales y los materiales especiales fueron 56.003 y 118.161 veces respectivamente. La vida eléctrica promedio del material mejorado fue aproximadamente 62.158 veces mayor que la del material convencional. Se pudo observar en la Tabla 5 que los resultados de la prueba del relé del material tradicional y el material mejorado fueron 3664 veces y 11.204 veces respectivamente. La vida eléctrica del material mejorado fue aproximadamente 7540 veces mayor que la del material convencional. Se pudo observar a partir de los datos anteriores que el rendimiento eléctrico simulado del material mejorado y la vida eléctrica real del relé fueron mejores que los del material tradicional. Los dos materiales mostraron la misma ley de vida eléctrica en la máquina de prueba simulada que la prueba del relé real. Por lo tanto, las diferencias entre los dos materiales se pudieron estudiar en detalle con datos de pruebas de rendimiento eléctrico simuladas.






Para comprender mejor las razones de la diferencia en el rendimiento eléctrico entre los materiales convencionales y mejorados en propiedades eléctricas simuladas y pruebas de relés, y para obtener una comprensión más completa de las características del arco. En este documento, se seleccionaron materiales tradicionales y materiales mejorados con vidas útiles eléctricas simuladas de 55,412 y 102,546 veces, y se compararon y estudiaron la energía del arco, el tiempo del arco, la fuerza de soldadura y la morfología del contacto de quemado.

La Fig. 3 muestra la comparación de la energía del arco, el tiempo del arco y la fuerza de soldadura del material tradicional y el material mejorado en la prueba de rendimiento eléctrico simulado. Se puede ver en la figura que bajo el mismo nivel de corriente, la energía del arco del material mejorado fue de 3050.59mJ dentro del intervalo de confianza del 95%, y la energía del arco del material tradicional fue de 2950mJ. El tiempo de arco del material mejorado fue de 8.801ms dentro del intervalo de confianza del 95%, y el material tradicional fue de 8.764ms. La diferencia fue muy evidente en la fuerza de soldadura dentro del intervalo de confianza del 95 %. La fuerza de soldadura del material mejorado fue de 0,015 N, mientras que la del material tradicional fue de 0,124 N. Esto se debe a la mayor dureza del material mejorado, que mejora eficazmente el rendimiento de la soldadura de los contactos al entrar en contacto.



La figura 4 muestra la morfología de la superficie del contacto tras la quemadura por arco en la prueba de rendimiento eléctrico simulado. Como se puede observar en la figura 4, la superficie de contacto preparada con el material tradicional presenta marcas de ablación muy graves. Al mismo tiempo, se produce una gran área de colapso en el borde del contacto, lo que afecta a su vida útil.

En conclusión, la vida útil del material mejorado fue mejor que la del material tradicional. Debido a su baja dureza, los contactos fabricados con materiales tradicionales presentan una peor resistencia al desgaste que los materiales mejorados durante el proceso de servicio con la acción repetida de una gran corriente, por lo que aparece una gran área de baches en el centro de la superficie de trabajo. El material en la parte de contacto se ha consumido y se han producido numerosos colapsos en el borde, lo que afecta a la estructura general del contacto de remache, reduce la capacidad de rotura del contacto y provoca la falla final de la unión.



Según los resultados de las pruebas anteriores, en el relé de enclavamiento magnético, mejorar la resistencia al desgaste eléctrico del material de contacto fue una de las principales líneas de investigación para prolongar su vida útil. Considerando las diferentes condiciones de carga y las diferentes estructuras del relé, fue necesario profundizar en el estudio y ajustar la proporción de aditivos para mejorar el rendimiento de frenado y la capacidad antisoldadura del material.

3. CONCLUSIÓN

Con base en los resultados y discusiones presentados anteriormente, se obtuvieron las siguientes conclusiones:

1. En comparación con el material tradicional, el material mejorado tiene mayor dureza, mayor resistencia a la tracción, menor alargamiento y mayor resistividad.
2. El intervalo de confianza del 95% de la curva de Weibull muestra que las vidas útiles eléctricas simuladas del material tradicional y del material mejorado fueron 56003 veces y 118161 veces, respectivamente.
3. El fallo de los materiales tradicionales se debía a la baja resistencia al desgaste eléctrico causada por la menor dureza de los contactos, y a la aparición de una gran área de picaduras de ablación en el centro de la superficie de trabajo bajo la acción repetida de altas corrientes. Parte del material del contacto se había consumido y se habían producido numerosos colapsos en el borde del contacto, lo que afectaba la estructura general del contacto remachado y reducía su capacidad de rotura. Sin embargo, gracias a su mejor resistencia al desgaste eléctrico, el material mejorado podía alcanzar una mayor vida útil antes de que se produjera el fallo.
4. La mayor dureza del material mejorado mejoró la resistencia al desgaste eléctrico del contacto y redujo la pérdida de material en la superficie de contacto bajo alta corriente. Al mismo tiempo, el alto contenido de aditivos mejoró eficazmente la capacidad de soldadura antifusión del material. Por lo tanto, mostró un rendimiento eléctrico superior en condiciones de vida útil simulada.