En los equipos eléctricos de bajo-voltaje, los contactos de plata para interruptores son componentes cruciales que determinan la confiabilidad y la vida útil del equipo. Los relés, contactores, disyuntores y diversos interruptores de control dependen de sus estructuras de contacto para conducir y desconectar la corriente durante el funcionamiento. Cuando los contactos de plata de los relés se separan o hacen contacto, puede producirse un arco eléctrico, con temperaturas locales que alcanzan miles de grados Celsius, lo que provoca una corrosión grave en la superficie del material. Los altos niveles de corrosión pueden incluso provocar soldaduras momentáneas, lo que provoca fallos en el sistema eléctrico. Por lo tanto, comprender el comportamiento del arco y la respuesta mecánica de los contactos de plata para interruptores durante el funcionamiento siempre ha sido un tema de investigación importante en el campo de la ingeniería de contactos eléctricos.
Sin embargo, en el funcionamiento real, se producen impactos mecánicos entre los contactos de plata de los MCCB. Cuando el contacto móvil entra en contacto con el contacto fijo, puede producirse un rebote debido a la deformación elástica y la inercia. El rebote del contacto sólido de plata pura suele ser de muy corta duración-, pero se pueden generar múltiples arcos durante este proceso, causando daños acumulativos a la superficie. Estos microarcos generados repetidamente pueden alterar la estructura de la superficie del material, incluso formando áreas fundidas y pozos de erosión, lo que puede reducir gravemente la confiabilidad del equipo.
Para investigar la relación entre el rebote y el comportamiento del arco en contactos sólidos de plata-níquel, los investigadores llevaron a cabo experimentos sistemáticos en varios materiales típicos. Los experimentos se llevaron a cabo bajo diferentes condiciones de voltaje y tipos de carga. Al analizar la duración del arco, la altura del rebote y la morfología de la erosión de la superficie del material, se estableció la correlación entre las características del rebote y el comportamiento del arco. Los materiales involucrados en el estudio incluyeron materiales de las series Ag-Ni y Ag-SnO₂, que se usan comúnmente en la industria para fabricar diversos contactos eléctricos de plata o puntos de contacto de plata.
Los resultados experimentales muestran que durante el proceso de rebote del contacto sólido de óxido de plata y cadmio, cada rebote puede generar un arco en un estado diferente, lo que afecta significativamente la duración general del arco. Cuando se produce un rebote, la brecha cambia continuamente en muy poco tiempo y el arco se enciende y se apaga repetidamente en diferentes etapas. Este comportamiento dinámico del arco exacerba el daño superficial y altera la microestructura de la superficie.
El estudio también encontró que diferentes materiales de contacto sólidos de óxido de plata y zinc exhiben diferencias significativas en el comportamiento de rebote. Por ejemplo, en los materiales Ag-Ni, debido a su alto límite elástico, suelen generar una gran altura de rebote después del impacto. Esta mayor altura de rebote implica una mayor distancia de separación, lo que potencialmente conduce a una mayor duración del arco. Por el contrario, en los materiales Ag-SnO₂, las regiones de concentración de tensión formadas por partículas de SnO₂ dentro del material aumentan la disipación de energía hasta cierto punto, lo que resulta en una mayor pérdida de energía durante el rebote y, por lo tanto, reduce la altura del rebote.
El estudio también indica que el nivel de voltaje afecta el rebote y el comportamiento del arco del contacto sólido de óxido de plata y estaño. A medida que aumenta el voltaje de operación, aumenta la energía del arco generada en el contacto de las aleaciones de plata y se intensifica la erosión de la superficie. Esta erosión no sólo altera la morfología de la superficie de los materiales sino que también puede afectar sus propiedades mecánicas, cambiando así aún más sus características de rebote. Por lo tanto, en el diseño de equipos eléctricos, es necesario considerar de manera integral factores como la selección del material, el nivel de voltaje y el tipo de carga.
En aplicaciones industriales prácticas, los remaches de aleación de plata normalmente se procesan en diversas formas estructurales. Se fijan a un sustrato conductor mediante remachado o soldadura para formar una estructura de conexión conductora estable. En algunos equipos eléctricos, se seleccionan diferentes tipos de contactos eléctricos, como contactos de resorte o contactos de lámina, en función de los requisitos de uso para cumplir con los requisitos de rendimiento eléctrico en diferentes condiciones de conmutación.
En los sistemas de control eléctrico, los contactos eléctricos de plata no sólo proporcionan conductividad sino que también deben poseer una buena estabilidad mecánica. En relés o dispositivos de conmutación, los contactos de resorte eléctricos pueden proporcionar una presión de contacto estable a través de elementos elásticos, reduciendo así la resistencia de contacto y minimizando el rebote. Además, en algunos sistemas de control automático, los contactos de óxido de plata y estaño deben cumplir requisitos de conmutación de alta-frecuencia; por lo tanto, las propiedades del material y el diseño estructural de los contactos electrónicos son particularmente importantes.
En general, el comportamiento de rebote de los remaches de contacto de plata maciza está estrechamente relacionado con la formación de arco. Las propiedades elásticas del material, el estado de erosión de la superficie y las condiciones de carga eléctrica influyen en este proceso. Una investigación en-en profundidad sobre estos factores puede proporcionar una mejor comprensión de los mecanismos de falla de los contactos de plata fina en el funcionamiento real y ofrecer referencias importantes para la optimización estructural y el diseño de parámetros de equipos eléctricos de bajo-voltaje.
En el futuro, a medida que los campos de aplicación de los equipos eléctricos sigan ampliándose, los requisitos de rendimiento de los materiales aumentarán aún más. A través del diseño de materiales, la optimización del proceso de fabricación y mejoras estructurales, se puede mejorar aún más la estabilidad y durabilidad de los contactos sólidos en entornos de trabajo complejos, mejorando así la confiabilidad operativa general de los sistemas eléctricos.
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