探讨低压电器机械开关电接触可靠性分析及应用

2017-01-27罗文浩

科学中国人 2017年9期

关键词：低压电器保护器电阻

罗文浩

广州开发区水质净化管理中心

探讨低压电器机械开关电接触可靠性分析及应用

罗文浩

广州开发区水质净化管理中心

本文将对低压电器机械开关电接触可靠性及应用策略展开简单的分析，以期提升电接触的可靠性，以期避免安全事故的发生。

低压电器；机械开关；电接触可靠性；应用策略

一、低压电器机械开关电接触可靠性分析

1.电触头造成的影响

电接触是以顺利达到电气连接为主要目的，是一种机械的连接方式。电接触可保持电路完成接通，或切断其中一个电路的功能，同时将该操作进行不断重复。依据电接触的原理分析，电接触的主要模式为固定接触、滑动接触、可分和接触三种。而在这三种模式中，都是通过复杂的物理现象、化学现象、电现象、热现象来实现的。对电接触的主要要求便是可保持电路长时间、稳定地接触电阻，连接材料必须具备较高的导电性能。而电触头作为保持接触电阻低的主要元件，是影响电接触可靠性的重要因素。电路接触阻值的大小会与电触头的材料、粗糙度、接触模式、表面膜情况、接触力度、电流程度、接触时间等方面有关。同时，电触头的使用条件还与电阻值的大小相关，例如环境温度、湿度、空气、负载种类、操作频率等因素。因此在触点中的接触电阻是根据操作次数或时间进行变化的，其变化规律也较为复杂。其中影响电阻接触的主要原因为：电磨损、机械弹跳、动态接触、微振磨损、表面膜干扰效应、机械磨损。

2.对电触头的要求

对于电触头的要求可分为以下几点：第一，要具备极高的导电性、导热性；第二：具备抗熔焊性；第三：耐电磨损性；第四：在面对分断大电流情况时，发生电弧重燃的几率较低。电触头所使用的材料要具备较高的导电性、导热性，其电接触性能是由于制造过程中的接合工作、电镀工艺[1]。制造电触头的材料多种多样，其中主要以银基金属触头为主，而较为具备代表性的为银氧化铬（Ag-CdO）、银镍（Ag-Ni）、银钨（Ag-W）、银碳（Ag-C）。

二、低压电器中电触头可靠性分析

1.使用电触头原则

电触头的主要任务便是确保电路运行正常，并根据设计要求中的接通、切断，来对电流进行良好控制。在使用电触头的电器制造商要遵循市场的使用规律，决定电器的额定电压、电流、使用条件等各方面技术参数要求，从而确定各个部件结构中的机能，并将其考虑到整体设计中。电触头作为其中发挥作用的主要元件，要确定其形状、材质，并在电器定型前对其进行反复实验，从而确定最终定型。即使对电触头正确设计、正确选择，在使用过程中，电触头依然会出现较多问题，在最后的组装过程中，要将电触头组装在实验对象上，才能通过反复实验最终决定。

2.电触头可靠性分析

电触头的可靠性主要是指在对其进行组装后，低压电气遵循规定条件所使用，例如电压、电流、开关频率、负荷种类等环境，从而确保电路正常进行开关频率。正常情况下，电触头所出现的故障多为弱电负荷领域中的接触不良情况，而在高负荷领域则是为熔焊。因此，要想提升电触头的可靠性，对于弱电负荷领域，要利用耐腐蚀性较强的贵金属材质制造的电触头；在中高负荷领域，可利用抗熔焊性较高的电触头；在大容量电器的设计过程中，为了让电触头表面形成良好的电流分散状态，可适当对电弧消耗与熔焊率进行降低，同时还可增加承载电流所用电触头的数量。

3.电触头故障分析

在使用电触头经常会出现的故障中，其主要表现为开闭功能方面，因此在设计过程中，要尽量避免此类故障的发生。电触头中的各类材料在电流范围内的使用过程中，都会产生各种故障。即使在低压情况下，也可能会出现熔焊现象。而在强电中，不能将接触电阻问题忽视。最后，即使电触头的材料及设计方案没有问题，也可能由于使用方法不当而产生故障。

三、电触头设计应用实例

下面将利用实际案例展开分析。在某公司的产品中，是采用一种机械式的双金属片温度保护器，其具备极高的可靠性，并被人们应用在家用电器中，作为主要的温度保护控制元件，同时也可将其利用在PTC制热模块中。而在测试过程中，测试人员发现个别模块会出现接触电阻偏大的现象，对其通电后再次测试，发现其接触电阻恢复到正常值。

1.故障原因分析

首先从保护器的原理与结构进行分析，在保护器中的静触头底座是采用金属埋入成型工艺制作的，可有效保持底座的稳定性。其动触头被固定在力学性能较为优异的弹性臂上，以提升触头压力的性。保温器的整体装配是利用金属铆钉相互连接的方式，可通过塑料外壳与灌封环氧树脂实现与外界的充分隔离。该温度保护器的主要原理是利用金属片感应外界热量，并产生突跳，从而将动触头顶开，分离动静触头，充分实现保护功能。

2.改善方案分析

该温度保护器是利用电触头的开合实现对电路通电、断电工作，因此电触头的接触性能优劣是影响对电流控制的重要因素。电触头的接触性能主要取决于电触头的材料性能，同时其电触头接触效果也会起到一定的影响作用。在选用合适的电触头材料后，电触头的接触效果决定了温度保护的整体接触效果。一般情况下，电触头表面污渍、颗粒等杂物、电触头表面光滑程度都是影响接触效果的主要因素。之后要通过严格的加工工序[3]，可以在一定程度上改善之前所出现的接触问题，同时要对电触头的接触形式采取相应的优化设计，可有效提升保护器电接触的可靠性。

3.改善方案效果分析

在本案例中，对电触头设计、制作后便开始投入使用实验，利用随机抽取方式，选择不同批次的100个温度保护器进行了电触头压力测试，普通触头与实验触头的压力波动均极小，且分布较为集中，经过统计可以发现实验触头的压力大于普通触头。通过分析可以看出，实验触头在一次清内阻后的合格率高于普通触头，并有效提升了电接触的可靠性，并可有效改善大阻及不导通的问题。