接触器主触点不断开故障分析及改进

窦世磊

（中国直升机设计研究所，江西景德镇，333000）

0 前言

接触器作为一种可控型开关组件，可以快速的切断和接通电路负载，具有控制容量大、动作速度快等优点，适用于频繁转换和远程控制的场合，是电气系统自动化控制的重要元器件之一[1-3]。接触器在直升机电气系统中同样应用广泛，是直升机供配电系统中不可或缺的电气元件[4-6]。接触器质量的好坏、故障率的高低，对整个直升机的飞行安全十分重要。

某次直升机地面试车检测，对直流发电机系统进行接地保护自检测时，直流发电机停止发电，直流电网向直流发电机反向供电。将发电机开关置于“复位”位无效，置于“断开”位反流仍存在，反流持续约40秒后自动消失。检查直流配电盒，发现其中的直流发电机接触器主触点未断开，进而导致直升机供配电系统出现异常。

1 接触器工作原理

此种接触器为密封型接触器，其电磁系统是平衡力式螺线管结构，主要由盖子组件、动触点组件、静触点组件、辅助触点组件、电磁铁组件、隔弧片和外罩等组成，产品主要结构示意图如图1所示。

图1 产品主要结构示意图

接触器工作原理示意图如图2所示。在线圈未通电时，铁心主磁间隙处于打开位置，此时铁心与下磁极贴合，返回弹簧所产生的反力大于磁钢ΦC1和ΦC2的合成力。线圈通电后，随着线圈电压的增加，电磁通也不断增加，这时向上吸力不断增加。当线圈两端的电压达到动作电压值时，合成磁力大于返回弹簧反力时，使铁心向上开始运动，随着磁间隙的减小，电磁吸力越来越大，直至铁心与上磁极完全贴合，运动期间铁心组件带动动触点组件运动，最终实现主触点动静触点完全吸合，同时常开、常闭辅助出点实现转换。

图2 接触器工作原理图

当产品线圈不通电时,常开触点应断开，线圈通电时常闭触点应断开,常开触点应接通，线路原理图如图3所示。

图3 接触器线路原理图

2 故障原因分析

2.1 故障检查

故障接触器外观检查无异常情况。不通电情况下检查故障件各触点导通情况，结果均正常。测量故障件线圈电阻为56.2Ω（技术要求：60±6Ω），结论线圈电阻合格。

对线圈通28VDC检查触点通断情况，各触点转换正常，复查电气参数并与出厂验收参数进行对比，具体参数测试情况见表1。除释放电压偏小以外，其余参数均属正常。

表1 故障件返厂、出厂参数对比

接触器时间检测参数见图4、图5所示，图6在线圈断电到再一次吸合之间没有出现线圈电压尖峰。

图4 吸合时间和释放时间

图5 主触点弹跳时间和线圈抑制电压

图6 线圈断开和吸合之间的主触点电压波形

为了进一步分析接触器故障原因，对故障件进行了开罩检查。外罩打开后，产品内部没有发现零组件脱落和多余物存在，测试产品触动力为35N(规定触动力≥25N),主触点接触压力为23N(规定主触点接触压力≥20N)，满足产品的要求。经显微镜下检查，从对触点烧蚀放大图片来看，主触点出现烧蚀痕迹，且熔化深度较大，可能经受过大电流烧蚀，显微镜下烧蚀触点的图像如图7所示。

图7 烧蚀触点在显微镜下的情况

进一步解剖电磁铁组件，检查零件状态，见图8~图10。在衬筒内部发现有明显摩擦痕迹（图中圈内部分），在铁心侧面发现有摩擦痕迹和外胀起鼓现象（图中圈内部分），弹簧外观检查无异常。

图8 接触器内部衬筒情况

图10 接触器内部弹簧情况

用三用表测试二极管：整流二极管2CZ167正向0.413V，反向∞，稳压二极管2CW1032正向0.454V，反向∞，二极管正常，外观检查无异常。

图9 接触器内部铁心情况

为进一步确定产品主触点断不开故障原因，将接触器故障件送专业机构进行失效对比分析。经过分析，故障件在线圈不加电状态，触点处于正常状态，没有出现A1-A2不断开现象，开罩发现A1动静触点均已烧毁，可见金属熔融。对电磁铁组件拆解发现，衬筒内腔壁上存在有明显划痕，说明心杆组件与衬筒之间产生摩擦，可能导致产品在线圈断电后，常开触点释放不彻底，引起触点之间发生飞弧打火。故障件由于内部A1动静触点之间飞弧打火，导致触点烧毁熔融而粘连，使得常开主触点在线圈断电后不断开而失效。

2.2 故障树分析

根据产品的故障现象以及产品结构建立故障树，见图11。

图11 主触点不断开故障树

根据故障树、故障现象及工作原理等，对故障事件进行排查。

（1）底事件X1：触点材料异常

故障接触器触点材料为AgCu8.4，熔点900℃，产品在制造过程中若出现材料使用错误（采用低熔点材料），导致产品主触点耐高温能力降低，可能出现熔化粘接现象。对该故障接触器以及同批次返厂接触器触点材料化验分析，触点材料为AgCu8.4。所以该底事件X1可以排除。

（2）底事件X2：线圈输入欠压

正常情况下，产品在额定电压（28V）下工作，产品运动部件工作正常。在欠压（小于额定工作电压但高于动作电压）条件下使用，产品可实现正常工作，但线圈磁场明显减弱，产品电磁吸力降低，主触点吸合时间增大，闭合大电流时热量增加，可能造成主触点熔化粘接。如果欠压工作，铁心不能吸合到底，导致接触压力和返回力偏小，可能导致发热严重（接触电阻增大）和返回不利索（返回力减小），甚至不能有效断开。

通过提供的使用工况以及现场排查，该底事件X2可以排除。

（3）底事件X3：触点弹跳时间长

触点接通瞬间会产生弹跳，弹跳是触点短暂分离又接通现象。触点分离会产生电弧，大电流下的电弧危害更大，更易引发触点熔化粘接。经过对故障件进行复测，触点弹跳均在合格范围内，所以该底事件X3可以排除。

（4）底事件X4：触点压力过小

触点压力过小，触点接触压降可能增大，接触电阻增大，长时间通电触点温升过高可能造成触点熔化粘接现象。

开罩前对接触器的触点压降进行检测，参数合格。开罩后对触点压力的检查，参数合格。所以该底事件X4可以排除。

（5）底事件X5：内部多余物

如果接触器内部有多余物，多于物卡在运动部件之间，会导致接触器线圈断电主触点不断开现象。

通过故障接触器开罩后的检查情况，内部无多余物，所以，该底事件X5可以排除。

（6）底事件X6：铁心磕碰伤

铁心在运输、装配过程中出现磕碰伤，可能导致铁心与衬筒摩擦严重，使产品在工作过程中造成铁心与衬筒摩擦产生阻力，严重影响产品正常工作。

对故障件接触器铁心、衬筒关联尺寸进行测量，衬筒尺寸合格，铁心测试三个位置尺寸，其中一个位置不合格,原因是铁心的端面存在磕碰伤缺口，缺口出现外胀起鼓所致，因此底事件X6不能排除。

2.3 故障原因定位

通过以上故障树分析，故障接触器主触点不断开，有一个底事件不能排除： X6铁心磕碰伤。

故障接触器产品主触点不断开的原因为：铁心磕碰伤，引起铁心与衬筒之间产生摩擦，使心杆组件运动不畅，摩擦力使得产品在线圈断电后，主触点断开力变小，释放缓慢，造成在做过压/接地保护自检时，该故障通道的发电机大电流反流，拉弧严重，最后导致主触点温度急剧升高熔化粘接，进而不能脱开。

2.4 故障复现

生产现场正在装配的产品中抽2台，其中1台心杆组件模拟装配过程受磕碰伤后装配（件1），另1台零件未受磕碰伤正常装配（件2），接触器不封罩，记录接触器参数。然后在线圈通28V DC电压下进行机械时效试验，完成5000次试验后，检查接触器参数。通过对接触器参数进行对比，发现模拟心杆磕碰伤进行装配的接触器释放电压明显下降，另一台正常装配接触器参数几乎没有变化，并且发现模拟心杆磕碰伤进行装配的接触器铁心与衬筒摩擦严重，正常装配接触器铁心和衬筒之间几乎无摩擦痕迹。

由上述摸底试验可以看出，铁心与衬筒之间严重摩擦会导致产品在线圈断电后，使触点断开力变小，释放电压变小，释放缓慢，当接触器触点通过大电流时，接触器触点存在粘连风险。

3 改进措施

（1）严格贯彻《接触器铁心、磁极、磁极座、心杆零件加工制造过程管理规定》。以前没有对铁心、磁极、磁极座、心杆等零件加工过程中、贮存、转运、装配的摆放作具体要求，后续生产应按《接触器铁心、磁极、磁极座、心杆零件加工制造过程管理规定》进行管理，要求加工过程严禁堆放、叠压、滚动放置；贮存、转运明确要用转工箱或转工盒，并用珍珠棉垫隔离；装配过程要求防止倾倒、滚动造成损伤，严禁将跌落零件不经确认用于产品装配。

（2）完善装配工艺资料，对心杆组件，增加装配前先检查铁心零件表面状态，无磕碰伤、无变形情况才能用于装配；对电磁铁组件，增加先检查铁心零件表面状态，无磕碰伤、无变形情况才能用于装配。

（3）加强相关人员培训，宣贯故障原因，严格装配工艺要求，确保产品质量。

4 总结

综合上述分析，故障接触器线圈断电主触点不断开的原因是：铁心磕碰伤，引起铁心与衬筒之间产生摩擦，使心杆组件运动不畅，摩擦力使得产品在线圈断电后，主触点断开力变小，释放缓慢，造成在做过压/接地保护自检时，该故障通道的发电机大电流反流，拉弧严重，最后导致主触点温度急剧升高熔化粘接，不能脱开。

接触器作为直升机供配电系统的重要组成电气元件，质量问题对直升机供配电系统的安全运行存在很大影响。接触器加工运输过程中的一点小的疏忽，即使造成很微小的损伤，在频繁的使用过程中，同样会造成接触器的损坏，甚至对整个供配电系统造成灾难性后果。接触器的生产和运输过程中，质量问题需作为重点关注对象，严格按照相关规定进行，针对出现的质量问题完善相关工艺过程，增加重点检查项，并对相关人员加强质量培训，保障接触器产品质量。