可靠性技術(shù)在繼電器控制中的應(yīng)用探討

郭迎賓

(商丘裕東發(fā)電有限責(zé)任公司,河南商丘 476600)

可靠性技術(shù)在繼電器控制中的應(yīng)用探討

郭迎賓

(商丘裕東發(fā)電有限責(zé)任公司,河南商丘 476600)

繼電器的可靠性主要取決于產(chǎn)品的設(shè)計、調(diào)試以及裝配,并在還會受到使用的影響。要想使繼電器保證其可靠性,合理的使用也是非常必要的,一般來說,主要是考慮設(shè)計、工藝,對于如何提高可靠性以及具體使用還沒有引起充分的重視,因此要認(rèn)真做好可靠性技術(shù)在繼電器控制中的應(yīng)用。

可靠性技術(shù) 繼電器控制 應(yīng)用

繼電器的可靠性就是在規(guī)定的時間內(nèi)和條件下，完成規(guī)定任務(wù)的能力，即產(chǎn)品工作的可靠性，由使用可靠性和自身固有可靠性所決定。繼電器的固有可靠性是由可靠性工藝和設(shè)計給予保證，但是人們往往忽視了可靠性使用，由于沒有合理地進(jìn)行選用，加上在使用的過程中沒有進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)，從而導(dǎo)致可靠性方面嚴(yán)重偏離原有設(shè)計的可靠性指標(biāo)。因此，繼電器的可靠性與固有的可靠性以及選型和使用都有著密切的關(guān)系。

1 繼電器的失效模式

通過大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于參數(shù)漂移(釋放、吸合參數(shù)超出規(guī)定界限)、絕緣失效(介質(zhì)耐壓降低、絕緣電阻變小)、線圈失效(線圈短路、電阻值超差、斷線)出現(xiàn)的故障遠(yuǎn)少于繼電器觸點(diǎn)故障。繼電器失效總數(shù)的70%是觸點(diǎn)失效，繼電器觸點(diǎn)失效主要表現(xiàn)為開路壓降過小或者該斷開時不斷；接觸電阻過大或者該接通時不通，甚至表現(xiàn)為觸點(diǎn)燒穿、觸點(diǎn)簧片斷裂、觸點(diǎn)脫落等現(xiàn)象。

故障函數(shù)λ(t)也稱為浴盆曲線，它反映著繼電器故障規(guī)律，是繼電器可靠性所遵循的規(guī)律，通過失效分析能夠有效地找到失效機(jī)理和失效模式，能夠更好地對產(chǎn)品設(shè)計和制造進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)。繼電器可靠性主要通過浴盆曲線進(jìn)行研究，對失效機(jī)理和失效模式進(jìn)行分析，從而使早期故障得到降低。縮短早期故障期，有利于促進(jìn)盆底水平下降，延長偶然故障期，推遲磨損故障期。

2 觸點(diǎn)負(fù)載與觸點(diǎn)故障率之間的關(guān)系

一旦超過觸點(diǎn)負(fù)載的允許值，明顯加大了觸點(diǎn)磨損和熔焊的概率。其主要表現(xiàn)的故障模式就是介質(zhì)耐壓及絕緣電阻降低、動作時間及動作值超出規(guī)定的范圍、觸點(diǎn)發(fā)生粘接、觸點(diǎn)過度磨損、觸點(diǎn)間產(chǎn)生橋接等。依據(jù)電接觸理論，觸點(diǎn)建立的電連接概率與很多因素有著密切的關(guān)系，例如觸點(diǎn)到周圍環(huán)境的熱阻、觸點(diǎn)熱容量、觸點(diǎn)附著層厚度、觸點(diǎn)功率損耗、開路電壓。

3 繼電器觸點(diǎn)

繼電器的一個非常重要的組成部分就是觸點(diǎn)，它的性能在一定的程度上受到了觸點(diǎn)回跳、觸點(diǎn)形狀、通斷頻率、環(huán)境條件、負(fù)載類型、觸點(diǎn)電流、觸點(diǎn)電壓、觸點(diǎn)材料的影響。

結(jié)合上述情況，繼電器如果使用不當(dāng)，很容易造成接觸電阻增大、觸點(diǎn)磨損、觸點(diǎn)粘接、觸點(diǎn)材料遷移以及一些其他的故障。因此，在使用繼電器的過程中要認(rèn)真對各點(diǎn)進(jìn)行考慮，從而使繼電器的可靠性得到提高。

3.1 繼電器觸點(diǎn)材料

繼電器觸點(diǎn)材料的選用是依據(jù)繼電器所使用的場所進(jìn)行確定選用什么樣的觸點(diǎn)材料。

3.2 繼電器的觸點(diǎn)電壓

3.2.1 交流電壓

當(dāng)感性負(fù)載存在于觸點(diǎn)控制回路時，一個較高的反電勢就會產(chǎn)生，從而造成觸點(diǎn)上的能量和電壓值增大，造成觸點(diǎn)材料轉(zhuǎn)移和觸點(diǎn)磨損。因此，在此感性負(fù)載存在的情況下，繼電器觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選用抗材料轉(zhuǎn)移和抗磨損的材料，使繼電器觸點(diǎn)的可靠性得到提高。

3.2.2 直流電壓

因沒有交流過零，對于直流電壓來說，電流方向是固定的，產(chǎn)生陰極電弧是由每次動作產(chǎn)生，故較為嚴(yán)重的是觸點(diǎn)材料轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在繼電器使用的過程中，對材料的轉(zhuǎn)移能力和對繼電器抗電弧燒蝕能力可以參考觸點(diǎn)壽命曲線。

在交、直流情況下都能夠發(fā)生觸點(diǎn)材料轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。當(dāng)觸點(diǎn)汽化或者熔融都能夠使繼電器觸點(diǎn)的一部分材料向另一個材料進(jìn)行轉(zhuǎn)移。繼電器觸點(diǎn)隨著不斷增加的通斷次數(shù)，電弧的大小決定了材料的遷移，過大的遷移會造成觸點(diǎn)的熔融或者觸點(diǎn)的粘接，從而造成增大了觸點(diǎn)的表面凸凹形狀。，這樣就會造成永久或者暫時性的繼電器失效。

3.3 繼電器觸點(diǎn)控制相位轉(zhuǎn)換以及極性

繼電器在使用的過程中，主要對負(fù)載進(jìn)行控制，而且還對相位進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制，還對電源極性進(jìn)行控制。

由于進(jìn)行極性的轉(zhuǎn)換并不完全是對負(fù)載的控制，因此在對繼電器進(jìn)行選擇時應(yīng)當(dāng)把三位置觸點(diǎn)繼電器作為首選。如果選用常規(guī)的繼電器進(jìn)行使用，開始的時候還能保證工作需要，隨著不斷增加的轉(zhuǎn)換次數(shù)，如果觸點(diǎn)釋放或者動作時間小于燃弧時間，就會造成電源短路。

3.4 沖擊電流和負(fù)載類型

繼電器觸點(diǎn)通斷所承受的沖擊電流延續(xù)時間和沖擊電流，而觸點(diǎn)分?jǐn)囝l率和沖擊電流共同構(gòu)成了觸點(diǎn)粘接的重要因素。因此在繼電器使用時，要測量沖擊電流和穩(wěn)定電流，選擇具有一定裕量和安全系數(shù)的繼電器。

3.5 抑制部件與切換負(fù)載

在電動機(jī)、容性、感性、大電流負(fù)載下，當(dāng)取決于觸點(diǎn)材料和切換電流的電弧的臨界電壓超出時，放電過程就會出現(xiàn)在繼電器的觸點(diǎn)上，材料的遷移受到了破壞。為了獲得高可靠性和長壽命，可以采取觸點(diǎn)保護(hù)裝置和電弧抑制，使切換可靠性得到提高，觸點(diǎn)壽命得以延長。切換負(fù)載主要是以下幾種：(1)電容性負(fù)載。觸頭閉合時，就會產(chǎn)生較大的起始電流，造成觸頭熔焊。(2)電阻性負(fù)載。應(yīng)當(dāng)在觸頭要求的范圍內(nèi)對控制負(fù)載電壓和電流進(jìn)行控制。(3)電感性直流負(fù)載。(4)鎢絲燈負(fù)載。

3.6 繼電器觸點(diǎn)的工作特性

繼電器負(fù)載接法是否科學(xué)，對繼電器觸點(diǎn)工作狀態(tài)有著較大的影響。為了保證觸點(diǎn)的正常工作就應(yīng)當(dāng)滿足觸點(diǎn)的工作特性。

3.6.1 沒有合理使用觸點(diǎn)

被控負(fù)載為大的容性負(fù)載或者感性負(fù)載，觸點(diǎn)斷開，浪涌電流就會出現(xiàn)，就會燒蝕觸點(diǎn)閉合端，對負(fù)載造成損壞，還有可能將地線燒斷。在觸點(diǎn)電壓小于額定電壓負(fù)載時，采取串聯(lián)觸點(diǎn)(不合理使用)；在觸點(diǎn)控制容量小于負(fù)載時采取并聯(lián)觸點(diǎn)滿足負(fù)載(不合理使用)。上述這兩種不合理的觸點(diǎn)控制在使用的過程中是經(jīng)常發(fā)生的。這兩種方式的不合理是：兩個觸點(diǎn)的釋放和動作是不同時的，并聯(lián)使用時，很有可能使先斷后合負(fù)載變?yōu)橄群虾髷啵瑥亩斐善渲幸粋€并聯(lián)觸點(diǎn)要承受全部的負(fù)載，造成了繼電器過早的老化；加在繼電器觸點(diǎn)上的負(fù)載要在觸點(diǎn)額定范圍內(nèi)，不按負(fù)載類型或者額定范圍加負(fù)載就很容易使繼電器出現(xiàn)問題。

3.6.2 繼電器觸點(diǎn)最大額定值

繼電器在使用時，要選擇觸點(diǎn)能夠通斷的最大的電流值和電壓值。最大通斷電流和最大通斷電壓相關(guān)參數(shù)可以參考繼電器的使用說明，為了使繼電器觸點(diǎn)的可靠性得到提高，一般是采取繼電器觸點(diǎn)降額使用。繼電器在降額使用時，一定要關(guān)注繼電器的觸點(diǎn)電流，一旦降到0.2A以下，繼電器的觸點(diǎn)性能就會大大降低。要參考繼電器觸點(diǎn)參數(shù)中的最大切換電壓、最小切換負(fù)載等相關(guān)參數(shù)，從而使繼電器的觸點(diǎn)性能得以保證。

3.6.3 繼電器的其他工作特性

在繼電器實(shí)際使用過程中，由于其工作特性決定了繼電器用于控制直流負(fù)載的就不能用于交流產(chǎn)品。操作頻率要低于繼電器使用說明規(guī)定的最大操作頻率，如果操作頻率過高，就會使繼電器觸點(diǎn)溫度快速升高，從而影響到繼電器觸點(diǎn)的可靠性和壽命。另外，繼電器觸點(diǎn)在吸合時也會造成回跳，從而造成繼電器觸點(diǎn)加劇電蝕，對繼電器造成不良的影響。

4 繼電器的安裝

對于繼電器來說安裝方向?qū)τ谛阅苡兄浅４蟮挠绊憽?/p>

4.1 觸點(diǎn)可靠

為了防止其他金屬附到觸點(diǎn)表面，防止觸點(diǎn)材料的飛濺物附到觸點(diǎn)表面，就應(yīng)當(dāng)觸點(diǎn)表面垂直安裝。另外，不要在一個繼電器上同時轉(zhuǎn)換低電平負(fù)載和轉(zhuǎn)換大負(fù)載，以保證繼電器觸點(diǎn)的可靠性。在繼電器安裝使用的時候，還應(yīng)當(dāng)對熱溫度進(jìn)行考慮，為了防止熱積累應(yīng)當(dāng)留有一定的空隙。

4.2 耐沖壓

繼電器的科學(xué)安裝就是使銜鐵部分和觸點(diǎn)的運(yùn)動方向與沖擊或者振動方向垂直，繼電器安裝方向嚴(yán)重影響著繼電器的抗沖擊、振動性能。

5 結(jié)語

繼電器的可靠性不但受設(shè)計、調(diào)試影響，而且還會受到使用中的使用、選型等方面的影響。繼電器的合理使用才能使可靠性得到保證，談到繼電器的可靠性往往是注重設(shè)計和工藝方面，對如何科學(xué)使用繼電器和可靠性的提高沒有引起重視，因此要想使繼電器的可靠性得到提高，就應(yīng)當(dāng)對可靠性有一個全面認(rèn)識。

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