繼電器的額定壽命與可靠度

張蓉，王少軍，張碧娟，何亞玉

（陜西群力電工有限公司，陜西寶雞，721300）

繼電器的額定壽命與可靠度

張蓉，王少軍，張碧娟，何亞玉

（陜西群力電工有限公司，陜西寶雞，721300）

把額定壽命當作電耐久性是誤解，用指數分布來求可靠性指標存在缺陷。實際上額定壽命就是廠家提供給用戶的使用壽命，術語到位總是迎刃而解。用威布爾分布求額定（使用）壽命不管有無可靠性指標，額定壽命或使用壽命都應具備一定的可靠度和置信度，只是大小不同，明確規定與否而已。

額定壽命；可靠度；置信度；威布爾分布

0 引言

額定（使用）壽命是繼電器的主要參數，在額定壽命區間產品也會失效，那可靠度有多少，試驗得到的可靠度的置信度又是多少等等，這里作簡單介紹。

1 額定壽命不是電耐久性

目前相關標準對額定壽命的定義和鑒定方法存在差異，IEC相當一部分標準把額定壽命當作“電耐久性”。按GB/T2900.63-2013（idtIEC60050-444）“電耐久性 (electricity durability)定義：“在規定工作條件下，輸出電路加規定的負載其失效前的循環次數”。筆者以為這個定義只適用單只產品，而作為一批產品的額定壽命是不合適的。因為產品存在早期失效，那么“失效前的循環次數”會很低。因為作為概率，一批產品一經使用就可能發生失效。由于這個定義，導致不同產品的額定壽命僅在鑒定方面就有較大差異。如GB/T16608.1（idtlEC61811-1）的 (4+1)；IEC6180-1的（3+3）；IEC61811-53，-54的（20+0）等方案。這樣額定壽命已不是“失效前的循環次數。”其實大家都知道額定壽命就是給用戶的使用壽命。在額定壽命期間是會有產品失效的，只是多少和遲早而已。

2 使用壽命

IEC61810-2定義 ；使用壽命（usuful life）：連續循環次數或時間，直到確定的失效百分數。注：這個百分數本標準定為 10%。即 F（t10）=10%。換句話其可靠度函數 R（t10）=1- F（t10）=90%。但是定義沒明確置信度水平，顯然這是一般的要求，即一般無可靠性指標的產品使用壽命。MIL-PRF-32140也有連續工作到失效百分數最大為1%的循環次數。軍方的要求其可靠度最小為 R（t1）=1- F（t1）=1-1%=99%。要高于 IEC（廠家）制定的指標。不過IEC和MIL都采用weibull分布來求使用壽命，不同的是IEC是求F（t10）=10%所對應的T10作為使用壽命。而MIL32140則是給定使用壽命（額定壽命）為1×106次（其他MIL標準為1×105次）下要求廠方做到F≤1%這一要求。

由于IEC和MIL都采用weibull分布，所以這里有必要提下weibull函數的表達式。早期weibull函數的表達式為：

這里：入為失效率，m為形參數，h為特征壽命，γ為位置參數。實踐表明，早期的weibull 表達式有一些問題。故改為：

3 有可靠性指標的額定壽命

從IEC給使用壽命的定義中可以看出一般產品的使用壽命沒明確置信廢要求，當規定置信度要求時就成了有可靠性指標的使用壽命。有可靠性指標的產品壽命有兩種表征：一是壽命區間最大失效率；一是壽命區間帶有置信度水平的可靠度（或失效百分數）

3.1 失效率

早期有可靠性指標的產品壽命通常用壽命區間的最大失效率表示。但IEC與MIL的求法不同。

IEC是用 Weibull函數來求解，如 IEC60255-23。注意 F（ti）的求法。

MIL是按指數分布來求解，如M 6106J、M 39016F、M 83536B等計算公式：

C為失效數，n為樣品數，（1-α）為置信度，T為總的試驗次數（或時間）。鑒定試驗（1-α）取 90% ；維持鑒定（1-α）取 60%，試驗按1×105次定時截尾試驗進行。可以看出用指數分布求λ時，λ與t無關，即假設壽命區間的失效率是恒定的。軍方也承認恒定失效度的假設有時是不對的，但它提供一個合適的比較數據。

3.2 可靠度

統計學上有可靠度R（t）=1- F（t）。那么有可靠指標的產品額定壽命是在一般產品額定壽命乘以置信度修正系數即可。就是用帶有置信度的可靠度來表示產品的可靠度水平。但IEC與MIL再度出現差異。

IEC的求法是有可靠性指標的產品使用壽命T=Q1T10。T10就是F（t10）=10%所對應的循環次數，即一般產品的使用壽命。Q1可以通過n、c及置信度水平求得。

M1L則是在給定使用壽命T1（1×106）的前提下，通過修正失效百分數來證明產品是否滿足｝≤1%。K為置信度修正系數。MIL23140給出置信度為95%時，K=3.0。但未給出K的求法。

因為M32140的例子是c=n=20的特例，難以舉一還三。不過筆者以為可借用IEC的方法來求證。即先求待F（t1）=1%所對應的循環次數T1，再求T1L=Q1T1。只要T1L≥1×106次，即證明產品符合要求。

有了m、h及額定壽命，就可用（2）或來求失效率。注意若m＞1，額定壽命此地應選T10。因為要求的是最大的入值。其次用（2）式求入，置信度不明確。為此不防用額定壽命定時截尾數據按（4）式來求得入作比較。

4 結束語

產品額定壽命就是廠家給用戶的使用壽命，盡管IEC61810-2：2015對可靠性不作為一個強制性指標，由廠家自由選擇。但作為使用壽命，不管有無可靠性指標，它都必須具備一定的可靠性和置信度，給用戶一個交代。作為使用壽命IEC和MIL都是采用weibull函數來求解。所以weibull函數是繼電器廠商應該掌握的一個工具。

[1]鄭天呸，梁堅平等，繼電器的可靠性壽命表征及求解簡介，機電元件，2015（5）.

[2]鄭天，方珍.“使用Weibull函數的一點體會”《機電元件》,2001(2).No2.

[3]MIL-PRF-32140:2004; IEC61810-2:2005; IEC61810-2；2005.

The rated life and reliability of the relay

Zhang Rong,Wang Shaojun,Zhang Bijuan, He Yayu
(shaanxi we electrical co., LTD.,Baoji Shaanxi,721300)

It’s misunderstood to consider the rated life of the relay as the electrical durability , and the index distribution to find the reliability index is flawed. In fact the rated life is provided by the vender about the service life. Accurate term can solve problems. Using the Weibull distribution to calculation the rated (use) life, regardless of whether it has the reliability index or not. Rated life or service life should have a certain degree of reliability and confidence, but the size of them and whether clearly defined is different.

rated life ; reliability ; confidence ; Weibull distribution