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文檔簡介

1、小型繼電器可靠性與選用問題的研究摘要:針對如何合理選用繼電器,切實提高其現(xiàn)場運行可靠性問題,提出了具體分析和一般方法,以及幾個典型問題的解決辦法。 關(guān)鍵詞:繼電器; 可靠性引言 繼電器廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品,如空調(diào)器、彩電、冰箱、洗衣機等;也應(yīng)用于工業(yè)自動化控制和儀表。但是在所有電子元件中,繼電器一般被認(rèn)為是一種最不可靠的電子元件,在整機可靠性設(shè)計中,把繼電器、電位器、可調(diào)電感器及可變電容器列為建議不用或少用的元件。繼電器對電力系統(tǒng)自動化裝置的現(xiàn)場運行可靠性至關(guān)重要。如何恰當(dāng)選擇、合理使用繼電器,切實提高繼電器固有可靠性,是擺在電力系統(tǒng)自動化裝置制造、運行單位及繼電器制造廠商面前的緊迫課題。在本學(xué)

2、期,在學(xué)習(xí)了梁老師所教授的電力系統(tǒng)可靠性分析課程后,我對小型繼電器的可靠性及其影響因素做了初步分析。一 影響繼電器可靠性的因素 1  繼電器應(yīng)用環(huán)境條件 氣候應(yīng)力作用要素,主要指溫度、濕度、大氣壓力(海拔高度)、沿海大氣(鹽霧腐蝕)、砂塵污染、化學(xué)氣體和電磁干擾等要素。考慮到系統(tǒng)在全國各地各行業(yè)及自然環(huán)境的普遍適用性,兼顧必須長年累月可靠運行的特殊性,系統(tǒng)關(guān)鍵部位必須選用具有高絕緣、強抗電性能的全密封型(金屬罩密封或塑封型,金屬罩密封產(chǎn)品優(yōu)于塑封產(chǎn)品)繼電器產(chǎn)品。因為只有全密封繼電器才具有優(yōu)良的長期耐受惡劣環(huán)境性能、良好的電接觸穩(wěn)定、可靠性和穩(wěn)定的切換負(fù)載能力(不

3、受外部氣候環(huán)境影響)。    2  溫度對繼電器的影響 繼電器是怕熱元件,高溫可加速繼電器內(nèi)部塑料及絕緣材料的老化、觸點氧化腐蝕、熄弧困難、電參數(shù)變壞,使可靠性降低,所以,要求設(shè)計時使繼電器不要靠近發(fā)熱元件,并有良好的通風(fēng)散熱條件。 繼電器雖然是怕熱元件,但對過低溫度(如軍用航空條件55)也不能忽視。低溫可使觸點冷粘作用加劇,觸點表面起露,銜鐵表面產(chǎn)生冰膜,使觸點不能正常轉(zhuǎn)換,尤其是小功率繼電器更為嚴(yán)重。試驗證明,對于有些按部標(biāo)生產(chǎn)的國產(chǎn)小功率繼電器,雖然使用條件規(guī)定低溫為55,但實際上在此條件下繼電器根本無法進(jìn)行正常轉(zhuǎn)換,建議在選擇時要留有充

4、分的余量,對于重要的軍用電子整機,建議選用國軍標(biāo)產(chǎn)品。    3   低氣壓對繼電器的影響 在低氣壓條件下,繼電器散熱條件變壞,線圈溫度升高,使繼電器給定的吸合、釋放參數(shù)發(fā)生變化,影響繼電器的正常工作;低氣壓還可使繼電器絕緣電阻降低、觸點熄弧困難,容易使觸點燒熔,影響繼電器的可靠性。對于使用環(huán)境較惡劣的條件,建議采用整機密封的辦法。     4  機械應(yīng)力對繼電器的影響 主要指振動、沖擊、碰撞等應(yīng)力作用要素。對控制系統(tǒng)主要考慮的是抗地震應(yīng)力作用、抗機械應(yīng)力作用能力,宜選用采用平衡銜鐵機構(gòu)的小型中

5、間繼電器。電磁繼電器的簧片均為懸梁結(jié)構(gòu),固有頻率低,振動和沖擊可引起諧振,導(dǎo)致繼電器觸點壓力下降,容易產(chǎn)生瞬間斷開或觸點出現(xiàn)抖動,嚴(yán)重時可造成結(jié)構(gòu)損壞,可動的銜鐵部分可產(chǎn)生誤動作,影響繼電器的可靠性。建議在設(shè)計中盡量采取防振措施以防產(chǎn)生諧振。     5  絕緣耐壓 非密封或密封繼電器的引出端外露絕緣子長期受塵埃、水氣污染,導(dǎo)致其絕緣強度下降,在切換感性負(fù)載時的過電壓作用下,引起絕緣擊穿失效。針對繼電器絕緣固有特性,在選型時必須依據(jù)繼電器的以下技術(shù)特性:     1) 足夠的爬電距離:一般要求3

6、mm(工作AC 220V);    2 ) 足夠的絕緣強度:無電氣聯(lián)系的導(dǎo)體之間AC 2000V(工作AC 220V),同組觸點之間AC 1000V;     3)  足夠的負(fù)載能力:DC 220V感性;540ms,50W;     4)  長期耐受氣候應(yīng)力的能力:線圈防霉斷、絕緣抗電水平長期穩(wěn)定可靠。二  激勵線圈輸入?yún)⒘康挠绊懼饕侵高^激勵、欠激勵、低壓激勵與高壓(220V)輸出隔離

7、、溫度變化影響、遠(yuǎn)距離有線激勵、電磁干擾等要素,這些都是確保系統(tǒng)可靠運行必須認(rèn)真考慮的因素。按繼電器所規(guī)定的激勵量激勵是確保它可靠、穩(wěn)定工作的必要條件。 繼電器的技術(shù)條件一般對線圈的電壓都給出工作電壓、吸合電壓、釋放電壓。要保證繼電器的正常工作,在電路連接時,一定要保證在任何情況下都要使給定的三個電壓滿足技術(shù)條件規(guī)定的數(shù)值。否則,繼電器無法正常轉(zhuǎn)換。     1  關(guān)于串聯(lián)供電激勵方式 不少用戶采用串聯(lián)分壓供電方式給繼電器線圈施加激勵量,驅(qū)動繼電器動作。這種激勵方式一般是不可取的。因繼電器的吸合時間主要取決于回路的時間常數(shù)T,且TL/

8、R。當(dāng)串聯(lián)電阻R1給繼電器線圈供電時,RR1+R2,則有L/R2>L/(R1+R2);顯然,串聯(lián)R1后使T減小,繼電器的吸合時間加速。特別是當(dāng)R1>>R2,電壓很高時,吸合時間將大大減少。運動部件的過快動作,將加大運動部件接合時的沖擊、碰撞、反彈,從而增大觸點回跳,加速機械磨損,降低觸點的負(fù)載能力與機械壽命。因此,串聯(lián)供電激勵方式改變了繼電器原設(shè)計所規(guī)定的正常工作狀態(tài),一般是不可取的。當(dāng)觸點回跳、機械磨損對實際使用不構(gòu)成利害關(guān)系,且特別需要加快動作速度時,才可以采用提高激勵電壓或串聯(lián)電阻供電激勵方式。     2  

9、繼電器線圈串聯(lián)的使用 采用多個繼電器線圈串聯(lián)后,再用DC 220V電源去激勵,這種激勵方式必須謹(jǐn)慎采用。       對相同類型、相同規(guī)格繼電器產(chǎn)品而言,由于各線圈的阻抗(含直流電阻與瞬時感抗)大體相同,差值較小,故采用串聯(lián)分壓激勵方式使用問題不大。實踐證明也是可行的。      對不同類型或不同規(guī)格的繼電器產(chǎn)品言之,由于不同繼電器線圈的阻抗不一致,且差值隨瞬時感抗的不同而相差很大,故串聯(lián)激勵瞬間,各繼電器線圈上所分得的激勵電壓(由瞬時分壓比決定)差值必然很大,勢必出現(xiàn)有的繼

10、電器處于過壓激勵狀態(tài),有的則處于欠壓激勵狀態(tài),各繼電器觸點的開關(guān)時序與速度將會發(fā)生本質(zhì)性變化,必然會出現(xiàn)動作先、后、快、慢顛倒,開關(guān)不可靠等情況。因此,不同類型、不同規(guī)格的繼電器線圈不宜采用串聯(lián)分壓激勵方式。     3  關(guān)于繼電器線圈并聯(lián)使用 在復(fù)雜的控制回路中,將2只(或多只)不同類型的繼電器(如接觸器K1、小型靈敏繼電器K2)線圈并聯(lián)使用的情況時有發(fā)生,在這種情況下,有可能產(chǎn)生Kl延遲釋放、觸點斷弧能力下降,K2被反向重復(fù)激勵、觸點誤動作等實際問題。在直流控制回路中,K1,K2線圈所貯存的磁能可能相差很大。當(dāng)線圈電源失電后,K1(磁能大

11、)的貯能將通過K2(磁能小)的線圈泄放,產(chǎn)生反向電流。從而導(dǎo)致K1釋放時間延長,觸點斷弧速度遲緩,觸點間燃弧時間延長;K2的釋放時間短,隨后被反向泄放電流所激勵,甚至釋放后瞬間重復(fù)吸合,產(chǎn)生誤動作故障。在實際應(yīng)用時應(yīng)注意避免上述因疏于研究而導(dǎo)致的不可靠現(xiàn)象。 三 繼電器的觸點故障繼電器觸點故障是繼電器失效的核心所在,當(dāng)觸點實際切換的負(fù)載電壓小于起弧電壓,電流小于lA時,特別是在中等電流(試驗標(biāo)準(zhǔn)為DC 28V,0.1A)、低電平(1030mV,l050A)或干電路(指繼電器觸點先閉合,后接通毫伏微安級負(fù)載)條件下,觸點實際工作時的失效機理、失效方式與實際切換額定功率負(fù)載全然不同。正是

12、為了滿足不同負(fù)載的不同要求,不同產(chǎn)品在設(shè)計、制造工藝、檢測、試驗要求也各不相同。因此,在實際選用繼電器產(chǎn)品時,一定不能錯誤地認(rèn)為:繼電器的觸點開關(guān)適用于從零到規(guī)定額定值的所有負(fù)載,更不能認(rèn)為通過觸點的實際負(fù)載比產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的額定負(fù)載越小越可靠。例如能可靠切換220V,10A負(fù)載的觸點,并不一定能可靠地切換10mA的實際負(fù)載,更不可用它去換接低電平或干電路負(fù)載。因此,對中等電流、低電平,干電路負(fù)載建議選用接觸可靠性優(yōu)良的金屬罩全密封產(chǎn)品。 一般在可靠性設(shè)計中,降額設(shè)計是提高可靠性最有效的措施,對其它元器件來講,如果不考慮其它的因素,如成本、體積等,降額越多,可靠性越高。但是,繼電器與其它元器件

13、有不同之處,并不是觸點所加的負(fù)荷應(yīng)力越小越可靠,這主要是由觸點失效機理決定的。當(dāng)觸點電流使用到100毫安時,觸點的電弧作用明顯減弱,觸點在高溫條件下析出的含碳物質(zhì)不能被電弧燒掉而沉積在觸點表面,使觸點接觸電阻增大,影響接觸可靠性。 當(dāng)觸點負(fù)荷使用在10毫安以下或50毫伏以下時,接觸可靠性明顯降低,因為這時電壓無法擊穿觸點表面的膜電阻,將出現(xiàn)低電平失效。尤其在高溫條件下,加速了觸點的氧化,低電平失效表現(xiàn)得更為嚴(yán)重,所以把10毫安以上,50毫伏以下的負(fù)載稱為低電平負(fù)載。 繼電器的負(fù)荷應(yīng)力雖然不能過小,但是,技術(shù)條件給出的負(fù)荷應(yīng)力,是觸點的最大額定值,是在任何情況下都不應(yīng)該超過的參數(shù)。如果在使用中超過,輕者可造成壽命縮短,可靠性降低,重點可燒毀觸點,造成失效。 這主要是繼電器觸點在大負(fù)荷下工作時所產(chǎn)生的飛弧導(dǎo)致觸點被燒熔,在觸點表面形成凹凸不平,形成機械咬合而無法分開,觸點負(fù)荷越大,

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