王宏華

（寧夏電子產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)所 寧夏 銀川 750001）

0 引言

目前，國際上對(duì)控制類電器的可靠性指標(biāo)研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，提出了失效率作為可靠性標(biāo)準(zhǔn)，以失效率的高低劃分可靠性等級(jí)，并制定了其可靠性標(biāo)準(zhǔn)。國外典型的可靠性標(biāo)準(zhǔn)MIS-R-39016《有可靠性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范》、日本的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS C 5440《有可靠性要求的控制用小型繼電器通則》等，都將失效概率的高低作為評(píng)價(jià)可靠性的指標(biāo)。我國也制訂了一些電器的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T15510國家標(biāo)準(zhǔn)《控制用電磁繼電器可靠性試驗(yàn)通則》、GBl0962《機(jī)床電器可靠性通則》、JB/Tl0522-2005《小容量交流接觸器可靠性試驗(yàn)方法》等，為電器可靠性研究提供了基礎(chǔ)。

1 接觸器式繼電器的失效模式

1.1 觸點(diǎn)間接觸電阻過大

接觸電阻由收縮電阻和膜電阻組成。觸點(diǎn)上的接觸面實(shí)際上是凹凸不平的，只有少數(shù)的點(diǎn)發(fā)生)真正的接觸，電流通過這些點(diǎn)時(shí)，電流發(fā)生收縮，電流路徑增長，有效導(dǎo)電截面減小，導(dǎo)致了收縮區(qū)的電阻增大，這就是收縮電阻。導(dǎo)電斑點(diǎn)表面存在有一定電導(dǎo)率的膜，則電流流過觸點(diǎn)接觸面時(shí)還會(huì)有膜電阻。這兩部分附加的總電阻稱為接觸電阻。接觸電阻過大，會(huì)造成觸點(diǎn)間接觸不良。

生產(chǎn)工藝污染，觸點(diǎn)材料氧化或化學(xué)腐蝕，以及觸點(diǎn)表面附著污物，這些均會(huì)導(dǎo)致接觸器式繼電器的接觸電阻過大。當(dāng)觸點(diǎn)用來接通小電流時(shí)，觸點(diǎn)間被污染的形成的表面膜會(huì)使接觸電阻不穩(wěn)定，從而使觸點(diǎn)電路可能發(fā)生時(shí)通時(shí)斷，即觸點(diǎn)間接觸不良現(xiàn)象，甚至觸點(diǎn)間根本電流不通的現(xiàn)象，這些都嚴(yán)重影響著接觸器式繼電器的工作可靠性。

對(duì)于觸點(diǎn)間接觸電阻過大造成的失效，可以采取以下措施來減小與穩(wěn)定接觸電阻。

1.1.1 選擇足夠的觸點(diǎn)接觸力

觸點(diǎn)接觸力的作用一方面是將已接觸的點(diǎn)壓皺變形，使這點(diǎn)的接觸面積增加，同時(shí)又使更多的點(diǎn)發(fā)生接觸。所以觸點(diǎn)接觸力越大，接觸電阻越小，這樣接觸電阻越小，這樣當(dāng)流過相同電流時(shí)觸點(diǎn)的發(fā)熱就會(huì)大大減輕。觸點(diǎn)接觸力的另一個(gè)作用是可以將表面膜壓碎，從而使接觸點(diǎn)則減小并保持穩(wěn)定(浙中能力稱為清膜能力)。

1.1.2 選擇合適的觸點(diǎn)接觸形式

一般有點(diǎn)接觸、線接觸、極面接觸三種接觸形式。一般來說面接觸的觸點(diǎn)數(shù)最多，其收縮電阻應(yīng)最小，點(diǎn)接觸的收縮電阻應(yīng)最大。但面接觸的接觸點(diǎn)壓強(qiáng)小，排除和破壞表面的能力小，所以其膜電阻大，而點(diǎn)接觸的接觸點(diǎn)壓強(qiáng)大，易破壞表面膜而使膜電阻減小。對(duì)于功率較小的接觸器式繼電器，由于觸點(diǎn)接觸力小，所以大多采用點(diǎn)接觸，最大限度的破壞和清除表面膜，以獲得低而穩(wěn)定的接觸電阻;當(dāng)觸點(diǎn)電流較大、操作次數(shù)頻繁時(shí)，則需采用面接觸，以提高其抗熔焊及抗磨損的能力。

1.1.3 采用合理的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)

在觸點(diǎn)閉合時(shí)動(dòng)靜觸點(diǎn)間應(yīng)有一定的滑動(dòng)，以破壞表面膜。

1.1.4 選擇適當(dāng)?shù)挠|點(diǎn)材料

當(dāng)觸點(diǎn)材料硬度較低時(shí)就容易被壓皺變形，材料的化學(xué)穩(wěn)定性高時(shí)抗污染和抗腐蝕的能力強(qiáng)，就不易產(chǎn)生機(jī)膜，材料的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能好時(shí)有利于改善觸點(diǎn)的發(fā)熱情況。所以要根據(jù)接觸器式繼電器的不同要求選用不同的觸點(diǎn)材料。

1.2 冷焊

冷焊是在未通電室溫下或通電時(shí)觸點(diǎn)溫度遠(yuǎn)未達(dá)到觸點(diǎn)的軟化溫度或熔化溫度時(shí)，閉合觸點(diǎn)出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象。觸點(diǎn)接觸表面在接觸力的作用下會(huì)產(chǎn)生塑性變形，一方面塑性變形使接觸表面增大，另一方面使動(dòng)靜觸點(diǎn)表面更為接近。在完全清潔的金屬面之間，傳導(dǎo)電子接觸面運(yùn)動(dòng)的頻繁程度和本體金屬晶體邊界處約相等，原子間的電子云吸引著原子，使它們束縛在一起，這就在金屬接觸面之間產(chǎn)生了金屬束縛，金屬束縛隨接觸力及接觸點(diǎn)的溫度的增大而增大;當(dāng)金屬束縛產(chǎn)生的粘結(jié)力大于使動(dòng)靜觸點(diǎn)分開的力時(shí)，動(dòng)靜觸點(diǎn)發(fā)生冷焊。

冷焊一般只發(fā)生在清潔的觸點(diǎn)上，觸點(diǎn)的表面膜可以防止純凈的金屬直接接觸。因而在不顯著增大接觸電阻的前提下，觸點(diǎn)表面膜的存在，可減輕冷焊。同時(shí)具有潤滑的觸點(diǎn)可減輕冷焊。冷焊在高靈敏的弱電電器中才表現(xiàn)突出，對(duì)于大功率的接觸器式繼電器，由于分?jǐn)嘤|點(diǎn)的力較大，冷焊造成的觸點(diǎn)粘結(jié)，不是主要的失效形式。

1.3 熔焊

觸頭的熔焊是指兩電極接觸區(qū)域靠金屬熔化而結(jié)合在一起的現(xiàn)象，根據(jù)形成原因，熔焊又分為靜熔焊和動(dòng)熔焊。

1.3.1 靜熔焊

靜熔焊指由接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱使兩觸頭接觸部分溶化，結(jié)合而不能斷開的現(xiàn)象。當(dāng)負(fù)載電流為小電流，由于接觸器式繼電器的接觸電阻的存在，負(fù)載電流流經(jīng)閉合觸點(diǎn)時(shí)，使導(dǎo)電斑點(diǎn)區(qū)域有更多的電能轉(zhuǎn)化為熱能，引起導(dǎo)電斑點(diǎn)區(qū)域的觸頭材料強(qiáng)烈發(fā)熱致使觸點(diǎn)過熱發(fā)生熔焊，不能分?jǐn)唷Ｋ恼辰Y(jié)的程度與觸點(diǎn)材料(熔點(diǎn)和硬度等)、觸點(diǎn)形狀和觸點(diǎn)壓力有很大的關(guān)系。

1.3.2 動(dòng)熔焊

動(dòng)熔焊則指分?jǐn)嗷蚪油娐愤^程中，觸頭接觸壓力在零值及以上附近變化時(shí)，觸頭間產(chǎn)生液態(tài)金屬橋接，或由于電弧熱流使觸頭溶化而產(chǎn)生的熔焊現(xiàn)象。當(dāng)負(fù)載電流為較大電流時(shí)，將出現(xiàn)明顯的電弧現(xiàn)象，很容易擊穿觸點(diǎn)表面的表面膜;觸點(diǎn)閉合時(shí)流經(jīng)的電流較大，在結(jié)合部位接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱很大，會(huì)去除觸點(diǎn)間的有機(jī)物，降低接觸電阻中的膜電阻。這時(shí)，觸點(diǎn)系統(tǒng)主要體現(xiàn)出的失效是觸點(diǎn)電弧熔焊，或稱為動(dòng)熔焊。當(dāng)觸點(diǎn)閉合接近接觸時(shí)，觸點(diǎn)間有線路電壓，間隙可能被擊穿而產(chǎn)生短時(shí)電弧，觸點(diǎn)一旦接觸，電弧熄滅，電流接通，觸點(diǎn)碰撞后，一方面由于觸點(diǎn)碰撞時(shí)具有動(dòng)能，另一方面觸點(diǎn)的電動(dòng)斥力的作用，觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生彈跳，觸點(diǎn)接觸面分離產(chǎn)生電弧，電弧使接觸面金屬熔化、氣化。觸點(diǎn)彈跳到最大距離后又開始重新閉合，觸點(diǎn)重新接觸，電弧熄滅，觸點(diǎn)表面熔化的金屬被擠壓散開迅速冷卻，觸點(diǎn)焊接。

2 接觸器式繼電器的可靠性指標(biāo)

根據(jù)上述接觸器式繼電器的工作特點(diǎn)及其失效模式，借鑒對(duì)其他繼電器、接觸器的可靠性研究成果，選取失效率等級(jí)作為接觸器式繼電器的可靠性指標(biāo)，來定量反映接觸器式繼電器的可靠性水平。失效率是指產(chǎn)品工作到t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。接觸器式繼電器屬于控制類頻繁操作的電器，對(duì)它提出的要求是投入使用后，應(yīng)保證可靠工作，不發(fā)生故障。選用失效率作為接觸器式繼電器的可靠性指標(biāo)，可以方便地定量評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性。

參考了GB/T15510-1995《控制用電磁繼電器可靠性試驗(yàn)通則》和JB/T10522-2005《小容量交流接觸器可靠性試驗(yàn)方法》后，為能夠準(zhǔn)確反映產(chǎn)品的可靠性等級(jí)，本文推薦按最大失效率λmax的數(shù)值將失效率等級(jí)分為亞五級(jí)、五級(jí)、亞六級(jí)、六級(jí)、亞七級(jí)、七級(jí)(即 YW、W、YL、L、YQ、Q)。 這樣做并不是降低了可靠性要求，而是進(jìn)一步細(xì)分了可靠性等級(jí)。

3 結(jié)束語

總之，進(jìn)行接觸器式繼電器的可靠性研究，首先要進(jìn)行接觸器式繼電器的可靠性指標(biāo)的研究。可靠性指標(biāo)要能全面定量反映接觸器式繼電器的可靠性。在完整地反映其可靠性特征的情況下，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)盡可能少；另外，可靠性指標(biāo)的制定必須深入分析接觸器式繼電器的工作特點(diǎn)和故障模式。可靠性指標(biāo)還應(yīng)反映使用要求和當(dāng)前產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)。

［l］譚德群.提高中間繼電器動(dòng)作可靠性的有效措施[J].繼電器，1998，l28(3):60-61.

［2］郭彥濤，陸儉國.操作頻率對(duì)接觸器可靠性的影響[J].低壓電器，1993(6):7-10.