可靠性技術在繼電器控制中的應用探討

郭迎賓

(商丘裕東發電有限責任公司,河南商丘 476600)

可靠性技術在繼電器控制中的應用探討

郭迎賓

(商丘裕東發電有限責任公司,河南商丘 476600)

繼電器的可靠性主要取決于產品的設計、調試以及裝配,并在還會受到使用的影響。要想使繼電器保證其可靠性,合理的使用也是非常必要的,一般來說,主要是考慮設計、工藝,對于如何提高可靠性以及具體使用還沒有引起充分的重視,因此要認真做好可靠性技術在繼電器控制中的應用。

可靠性技術 繼電器控制 應用

繼電器的可靠性就是在規定的時間內和條件下，完成規定任務的能力，即產品工作的可靠性，由使用可靠性和自身固有可靠性所決定。繼電器的固有可靠性是由可靠性工藝和設計給予保證，但是人們往往忽視了可靠性使用，由于沒有合理地進行選用，加上在使用的過程中沒有進行科學的指導，從而導致可靠性方面嚴重偏離原有設計的可靠性指標。因此，繼電器的可靠性與固有的可靠性以及選型和使用都有著密切的關系。

1 繼電器的失效模式

通過大量的試驗發現，由于參數漂移(釋放、吸合參數超出規定界限)、絕緣失效(介質耐壓降低、絕緣電阻變小)、線圈失效(線圈短路、電阻值超差、斷線)出現的故障遠少于繼電器觸點故障。繼電器失效總數的70%是觸點失效，繼電器觸點失效主要表現為開路壓降過小或者該斷開時不斷；接觸電阻過大或者該接通時不通，甚至表現為觸點燒穿、觸點簧片斷裂、觸點脫落等現象。

故障函數λ(t)也稱為浴盆曲線，它反映著繼電器故障規律，是繼電器可靠性所遵循的規律，通過失效分析能夠有效地找到失效機理和失效模式，能夠更好地對產品設計和制造進行科學指導。繼電器可靠性主要通過浴盆曲線進行研究，對失效機理和失效模式進行分析，從而使早期故障得到降低。縮短早期故障期，有利于促進盆底水平下降，延長偶然故障期，推遲磨損故障期。

2 觸點負載與觸點故障率之間的關系

一旦超過觸點負載的允許值，明顯加大了觸點磨損和熔焊的概率。其主要表現的故障模式就是介質耐壓及絕緣電阻降低、動作時間及動作值超出規定的范圍、觸點發生粘接、觸點過度磨損、觸點間產生橋接等。依據電接觸理論，觸點建立的電連接概率與很多因素有著密切的關系，例如觸點到周圍環境的熱阻、觸點熱容量、觸點附著層厚度、觸點功率損耗、開路電壓。

3 繼電器觸點

繼電器的一個非常重要的組成部分就是觸點，它的性能在一定的程度上受到了觸點回跳、觸點形狀、通斷頻率、環境條件、負載類型、觸點電流、觸點電壓、觸點材料的影響。

結合上述情況，繼電器如果使用不當，很容易造成接觸電阻增大、觸點磨損、觸點粘接、觸點材料遷移以及一些其他的故障。因此，在使用繼電器的過程中要認真對各點進行考慮，從而使繼電器的可靠性得到提高。

3.1 繼電器觸點材料

繼電器觸點材料的選用是依據繼電器所使用的場所進行確定選用什么樣的觸點材料。

3.2 繼電器的觸點電壓

3.2.1 交流電壓

當感性負載存在于觸點控制回路時，一個較高的反電勢就會產生，從而造成觸點上的能量和電壓值增大，造成觸點材料轉移和觸點磨損。因此，在此感性負載存在的情況下，繼電器觸點應當選用抗材料轉移和抗磨損的材料，使繼電器觸點的可靠性得到提高。

3.2.2 直流電壓

因沒有交流過零，對于直流電壓來說，電流方向是固定的，產生陰極電弧是由每次動作產生，故較為嚴重的是觸點材料轉移現象。在繼電器使用的過程中，對材料的轉移能力和對繼電器抗電弧燒蝕能力可以參考觸點壽命曲線。

在交、直流情況下都能夠發生觸點材料轉移現象。當觸點汽化或者熔融都能夠使繼電器觸點的一部分材料向另一個材料進行轉移。繼電器觸點隨著不斷增加的通斷次數，電弧的大小決定了材料的遷移，過大的遷移會造成觸點的熔融或者觸點的粘接，從而造成增大了觸點的表面凸凹形狀。，這樣就會造成永久或者暫時性的繼電器失效。

3.3 繼電器觸點控制相位轉換以及極性

繼電器在使用的過程中，主要對負載進行控制，而且還對相位進行轉換控制，還對電源極性進行控制。

由于進行極性的轉換并不完全是對負載的控制，因此在對繼電器進行選擇時應當把三位置觸點繼電器作為首選。如果選用常規的繼電器進行使用，開始的時候還能保證工作需要，隨著不斷增加的轉換次數，如果觸點釋放或者動作時間小于燃弧時間，就會造成電源短路。

3.4 沖擊電流和負載類型

繼電器觸點通斷所承受的沖擊電流延續時間和沖擊電流，而觸點分斷頻率和沖擊電流共同構成了觸點粘接的重要因素。因此在繼電器使用時，要測量沖擊電流和穩定電流，選擇具有一定裕量和安全系數的繼電器。

3.5 抑制部件與切換負載

在電動機、容性、感性、大電流負載下，當取決于觸點材料和切換電流的電弧的臨界電壓超出時，放電過程就會出現在繼電器的觸點上，材料的遷移受到了破壞。為了獲得高可靠性和長壽命，可以采取觸點保護裝置和電弧抑制，使切換可靠性得到提高，觸點壽命得以延長。切換負載主要是以下幾種：(1)電容性負載。觸頭閉合時，就會產生較大的起始電流，造成觸頭熔焊。(2)電阻性負載。應當在觸頭要求的范圍內對控制負載電壓和電流進行控制。(3)電感性直流負載。(4)鎢絲燈負載。

3.6 繼電器觸點的工作特性

繼電器負載接法是否科學，對繼電器觸點工作狀態有著較大的影響。為了保證觸點的正常工作就應當滿足觸點的工作特性。

3.6.1 沒有合理使用觸點

被控負載為大的容性負載或者感性負載，觸點斷開，浪涌電流就會出現，就會燒蝕觸點閉合端，對負載造成損壞，還有可能將地線燒斷。在觸點電壓小于額定電壓負載時，采取串聯觸點(不合理使用)；在觸點控制容量小于負載時采取并聯觸點滿足負載(不合理使用)。上述這兩種不合理的觸點控制在使用的過程中是經常發生的。這兩種方式的不合理是：兩個觸點的釋放和動作是不同時的，并聯使用時，很有可能使先斷后合負載變為先合后斷，從而造成其中一個并聯觸點要承受全部的負載，造成了繼電器過早的老化；加在繼電器觸點上的負載要在觸點額定范圍內，不按負載類型或者額定范圍加負載就很容易使繼電器出現問題。

3.6.2 繼電器觸點最大額定值

繼電器在使用時，要選擇觸點能夠通斷的最大的電流值和電壓值。最大通斷電流和最大通斷電壓相關參數可以參考繼電器的使用說明，為了使繼電器觸點的可靠性得到提高，一般是采取繼電器觸點降額使用。繼電器在降額使用時，一定要關注繼電器的觸點電流，一旦降到0.2A以下，繼電器的觸點性能就會大大降低。要參考繼電器觸點參數中的最大切換電壓、最小切換負載等相關參數，從而使繼電器的觸點性能得以保證。

3.6.3 繼電器的其他工作特性

在繼電器實際使用過程中，由于其工作特性決定了繼電器用于控制直流負載的就不能用于交流產品。操作頻率要低于繼電器使用說明規定的最大操作頻率，如果操作頻率過高，就會使繼電器觸點溫度快速升高，從而影響到繼電器觸點的可靠性和壽命。另外，繼電器觸點在吸合時也會造成回跳，從而造成繼電器觸點加劇電蝕，對繼電器造成不良的影響。

4 繼電器的安裝

對于繼電器來說安裝方向對于性能有著非常大的影響。

4.1 觸點可靠

為了防止其他金屬附到觸點表面，防止觸點材料的飛濺物附到觸點表面，就應當觸點表面垂直安裝。另外，不要在一個繼電器上同時轉換低電平負載和轉換大負載，以保證繼電器觸點的可靠性。在繼電器安裝使用的時候，還應當對熱溫度進行考慮，為了防止熱積累應當留有一定的空隙。

4.2 耐沖壓

繼電器的科學安裝就是使銜鐵部分和觸點的運動方向與沖擊或者振動方向垂直，繼電器安裝方向嚴重影響著繼電器的抗沖擊、振動性能。

5 結語

繼電器的可靠性不但受設計、調試影響，而且還會受到使用中的使用、選型等方面的影響。繼電器的合理使用才能使可靠性得到保證，談到繼電器的可靠性往往是注重設計和工藝方面，對如何科學使用繼電器和可靠性的提高沒有引起重視，因此要想使繼電器的可靠性得到提高，就應當對可靠性有一個全面認識。

[1]鄭富春.可靠性技術在繼電器控制中的作用分析[J].中國科技財富,2012(9).

[2]周紅梅.繼電器控制系統的PLC改造[J].華人時刊(中旬刊),2013(4).

[3]錢金川,朱守敏.可靠性技術在繼電器控制中的應用[J].低壓電器,2007(7).