可靠性技术在继电器控制中的应用探讨

2014-09-28郭迎宾

中国科技纵横 2014年16期

关键词：触点继电器可靠性

郭迎宾

(商丘裕东发电有限责任公司,河南商丘 476600)

可靠性技术在继电器控制中的应用探讨

郭迎宾

(商丘裕东发电有限责任公司,河南商丘 476600)

继电器的可靠性主要取决于产品的设计、调试以及装配,并在还会受到使用的影响。要想使继电器保证其可靠性,合理的使用也是非常必要的,一般来说,主要是考虑设计、工艺,对于如何提高可靠性以及具体使用还没有引起充分的重视,因此要认真做好可靠性技术在继电器控制中的应用。

可靠性技术继电器控制应用

继电器的可靠性就是在规定的时间内和条件下，完成规定任务的能力，即产品工作的可靠性，由使用可靠性和自身固有可靠性所决定。继电器的固有可靠性是由可靠性工艺和设计给予保证，但是人们往往忽视了可靠性使用，由于没有合理地进行选用，加上在使用的过程中没有进行科学的指导，从而导致可靠性方面严重偏离原有设计的可靠性指标。因此，继电器的可靠性与固有的可靠性以及选型和使用都有着密切的关系。

1 继电器的失效模式

通过大量的试验发现，由于参数漂移(释放、吸合参数超出规定界限)、绝缘失效(介质耐压降低、绝缘电阻变小)、线圈失效(线圈短路、电阻值超差、断线)出现的故障远少于继电器触点故障。继电器失效总数的70%是触点失效，继电器触点失效主要表现为开路压降过小或者该断开时不断；接触电阻过大或者该接通时不通，甚至表现为触点烧穿、触点簧片断裂、触点脱落等现象。

故障函数λ(t)也称为浴盆曲线，它反映着继电器故障规律，是继电器可靠性所遵循的规律，通过失效分析能够有效地找到失效机理和失效模式，能够更好地对产品设计和制造进行科学指导。继电器可靠性主要通过浴盆曲线进行研究，对失效机理和失效模式进行分析，从而使早期故障得到降低。缩短早期故障期，有利于促进盆底水平下降，延长偶然故障期，推迟磨损故障期。

2 触点负载与触点故障率之间的关系

一旦超过触点负载的允许值，明显加大了触点磨损和熔焊的概率。其主要表现的故障模式就是介质耐压及绝缘电阻降低、动作时间及动作值超出规定的范围、触点发生粘接、触点过度磨损、触点间产生桥接等。依据电接触理论，触点建立的电连接概率与很多因素有着密切的关系，例如触点到周围环境的热阻、触点热容量、触点附着层厚度、触点功率损耗、开路电压。

3 继电器触点

继电器的一个非常重要的组成部分就是触点，它的性能在一定的程度上受到了触点回跳、触点形状、通断频率、环境条件、负载类型、触点电流、触点电压、触点材料的影响。

结合上述情况，继电器如果使用不当，很容易造成接触电阻增大、触点磨损、触点粘接、触点材料迁移以及一些其他的故障。因此，在使用继电器的过程中要认真对各点进行考虑，从而使继电器的可靠性得到提高。

3.1 继电器触点材料

继电器触点材料的选用是依据继电器所使用的场所进行确定选用什么样的触点材料。

3.2 继电器的触点电压

3.2.1 交流电压

当感性负载存在于触点控制回路时，一个较高的反电势就会产生，从而造成触点上的能量和电压值增大，造成触点材料转移和触点磨损。因此，在此感性负载存在的情况下，继电器触点应当选用抗材料转移和抗磨损的材料，使继电器触点的可靠性得到提高。

3.2.2 直流电压

因没有交流过零，对于直流电压来说，电流方向是固定的，产生阴极电弧是由每次动作产生，故较为严重的是触点材料转移现象。在继电器使用的过程中，对材料的转移能力和对继电器抗电弧烧蚀能力可以参考触点寿命曲线。

在交、直流情况下都能够发生触点材料转移现象。当触点汽化或者熔融都能够使继电器触点的一部分材料向另一个材料进行转移。继电器触点随着不断增加的通断次数，电弧的大小决定了材料的迁移，过大的迁移会造成触点的熔融或者触点的粘接，从而造成增大了触点的表面凸凹形状。，这样就会造成永久或者暂时性的继电器失效。

3.3 继电器触点控制相位转换以及极性

继电器在使用的过程中，主要对负载进行控制，而且还对相位进行转换控制，还对电源极性进行控制。

由于进行极性的转换并不完全是对负载的控制，因此在对继电器进行选择时应当把三位置触点继电器作为首选。如果选用常规的继电器进行使用，开始的时候还能保证工作需要，随着不断增加的转换次数，如果触点释放或者动作时间小于燃弧时间，就会造成电源短路。

3.4 冲击电流和负载类型

继电器触点通断所承受的冲击电流延续时间和冲击电流，而触点分断频率和冲击电流共同构成了触点粘接的重要因素。因此在继电器使用时，要测量冲击电流和稳定电流，选择具有一定裕量和安全系数的继电器。

3.5 抑制部件与切换负载

在电动机、容性、感性、大电流负载下，当取决于触点材料和切换电流的电弧的临界电压超出时，放电过程就会出现在继电器的触点上，材料的迁移受到了破坏。为了获得高可靠性和长寿命，可以采取触点保护装置和电弧抑制，使切换可靠性得到提高，触点寿命得以延长。切换负载主要是以下几种：(1)电容性负载。触头闭合时，就会产生较大的起始电流，造成触头熔焊。(2)电阻性负载。应当在触头要求的范围内对控制负载电压和电流进行控制。(3)电感性直流负载。(4)钨丝灯负载。

3.6 继电器触点的工作特性

继电器负载接法是否科学，对继电器触点工作状态有着较大的影响。为了保证触点的正常工作就应当满足触点的工作特性。

3.6.1 没有合理使用触点

被控负载为大的容性负载或者感性负载，触点断开，浪涌电流就会出现，就会烧蚀触点闭合端，对负载造成损坏，还有可能将地线烧断。在触点电压小于额定电压负载时，采取串联触点(不合理使用)；在触点控制容量小于负载时采取并联触点满足负载(不合理使用)。上述这两种不合理的触点控制在使用的过程中是经常发生的。这两种方式的不合理是：两个触点的释放和动作是不同时的，并联使用时，很有可能使先断后合负载变为先合后断，从而造成其中一个并联触点要承受全部的负载，造成了继电器过早的老化；加在继电器触点上的负载要在触点额定范围内，不按负载类型或者额定范围加负载就很容易使继电器出现问题。

3.6.2 继电器触点最大额定值

继电器在使用时，要选择触点能够通断的最大的电流值和电压值。最大通断电流和最大通断电压相关参数可以参考继电器的使用说明，为了使继电器触点的可靠性得到提高，一般是采取继电器触点降额使用。继电器在降额使用时，一定要关注继电器的触点电流，一旦降到0.2A以下，继电器的触点性能就会大大降低。要参考继电器触点参数中的最大切换电压、最小切换负载等相关参数，从而使继电器的触点性能得以保证。

3.6.3 继电器的其他工作特性

在继电器实际使用过程中，由于其工作特性决定了继电器用于控制直流负载的就不能用于交流产品。操作频率要低于继电器使用说明规定的最大操作频率，如果操作频率过高，就会使继电器触点温度快速升高，从而影响到继电器触点的可靠性和寿命。另外，继电器触点在吸合时也会造成回跳，从而造成继电器触点加剧电蚀，对继电器造成不良的影响。