探討低壓電器機械開關電接觸可靠性分析及應用

羅文浩

廣州開發區水質凈化管理中心

探討低壓電器機械開關電接觸可靠性分析及應用

羅文浩

廣州開發區水質凈化管理中心

本文將對低壓電器機械開關電接觸可靠性及應用策略展開簡單的分析，以期提升電接觸的可靠性，以期避免安全事故的發生。

低壓電器；機械開關；電接觸可靠性；應用策略

一、低壓電器機械開關電接觸可靠性分析

1.電觸頭造成的影響

電接觸是以順利達到電氣連接為主要目的，是一種機械的連接方式。電接觸可保持電路完成接通，或切斷其中一個電路的功能，同時將該操作進行不斷重復。依據電接觸的原理分析，電接觸的主要模式為固定接觸、滑動接觸、可分和接觸三種。而在這三種模式中，都是通過復雜的物理現象、化學現象、電現象、熱現象來實現的。對電接觸的主要要求便是可保持電路長時間、穩定地接觸電阻，連接材料必須具備較高的導電性能。而電觸頭作為保持接觸電阻低的主要元件，是影響電接觸可靠性的重要因素。電路接觸阻值的大小會與電觸頭的材料、粗糙度、接觸模式、表面膜情況、接觸力度、電流程度、接觸時間等方面有關。同時，電觸頭的使用條件還與電阻值的大小相關，例如環境溫度、濕度、空氣、負載種類、操作頻率等因素。因此在觸點中的接觸電阻是根據操作次數或時間進行變化的，其變化規律也較為復雜。其中影響電阻接觸的主要原因為：電磨損、機械彈跳、動態接觸、微振磨損、表面膜干擾效應、機械磨損。

2.對電觸頭的要求

對于電觸頭的要求可分為以下幾點：第一，要具備極高的導電性、導熱性；第二：具備抗熔焊性；第三：耐電磨損性；第四：在面對分斷大電流情況時，發生電弧重燃的幾率較低。電觸頭所使用的材料要具備較高的導電性、導熱性，其電接觸性能是由于制造過程中的接合工作、電鍍工藝[1]。制造電觸頭的材料多種多樣，其中主要以銀基金屬觸頭為主，而較為具備代表性的為銀氧化鉻（Ag-CdO）、銀鎳（Ag-Ni）、銀鎢（Ag-W）、銀碳（Ag-C）。

二、低壓電器中電觸頭可靠性分析

1.使用電觸頭原則

電觸頭的主要任務便是確保電路運行正常，并根據設計要求中的接通、切斷，來對電流進行良好控制。在使用電觸頭的電器制造商要遵循市場的使用規律，決定電器的額定電壓、電流、使用條件等各方面技術參數要求，從而確定各個部件結構中的機能，并將其考慮到整體設計中。電觸頭作為其中發揮作用的主要元件，要確定其形狀、材質，并在電器定型前對其進行反復實驗，從而確定最終定型。即使對電觸頭正確設計、正確選擇，在使用過程中，電觸頭依然會出現較多問題，在最后的組裝過程中，要將電觸頭組裝在實驗對象上，才能通過反復實驗最終決定。

2.電觸頭可靠性分析

電觸頭的可靠性主要是指在對其進行組裝后，低壓電氣遵循規定條件所使用，例如電壓、電流、開關頻率、負荷種類等環境，從而確保電路正常進行開關頻率。正常情況下，電觸頭所出現的故障多為弱電負荷領域中的接觸不良情況，而在高負荷領域則是為熔焊。因此，要想提升電觸頭的可靠性，對于弱電負荷領域，要利用耐腐蝕性較強的貴金屬材質制造的電觸頭；在中高負荷領域，可利用抗熔焊性較高的電觸頭；在大容量電器的設計過程中，為了讓電觸頭表面形成良好的電流分散狀態，可適當對電弧消耗與熔焊率進行降低，同時還可增加承載電流所用電觸頭的數量。

3.電觸頭故障分析

在使用電觸頭經常會出現的故障中，其主要表現為開閉功能方面，因此在設計過程中，要盡量避免此類故障的發生。電觸頭中的各類材料在電流范圍內的使用過程中，都會產生各種故障。即使在低壓情況下，也可能會出現熔焊現象。而在強電中，不能將接觸電阻問題忽視。最后，即使電觸頭的材料及設計方案沒有問題，也可能由于使用方法不當而產生故障。

三、電觸頭設計應用實例

下面將利用實際案例展開分析。在某公司的產品中，是采用一種機械式的雙金屬片溫度保護器，其具備極高的可靠性，并被人們應用在家用電器中，作為主要的溫度保護控制元件，同時也可將其利用在PTC制熱模塊中。而在測試過程中，測試人員發現個別模塊會出現接觸電阻偏大的現象，對其通電后再次測試，發現其接觸電阻恢復到正常值。

1.故障原因分析

首先從保護器的原理與結構進行分析，在保護器中的靜觸頭底座是采用金屬埋入成型工藝制作的，可有效保持底座的穩定性。其動觸頭被固定在力學性能較為優異的彈性臂上，以提升觸頭壓力的性。保溫器的整體裝配是利用金屬鉚釘相互連接的方式，可通過塑料外殼與灌封環氧樹脂實現與外界的充分隔離。該溫度保護器的主要原理是利用金屬片感應外界熱量，并產生突跳，從而將動觸頭頂開，分離動靜觸頭，充分實現保護功能。

2.改善方案分析

該溫度保護器是利用電觸頭的開合實現對電路通電、斷電工作，因此電觸頭的接觸性能優劣是影響對電流控制的重要因素。電觸頭的接觸性能主要取決于電觸頭的材料性能，同時其電觸頭接觸效果也會起到一定的影響作用。在選用合適的電觸頭材料后，電觸頭的接觸效果決定了溫度保護的整體接觸效果。一般情況下，電觸頭表面污漬、顆粒等雜物、電觸頭表面光滑程度都是影響接觸效果的主要因素。之后要通過嚴格的加工工序[3]，可以在一定程度上改善之前所出現的接觸問題，同時要對電觸頭的接觸形式采取相應的優化設計，可有效提升保護器電接觸的可靠性。

3.改善方案效果分析

在本案例中，對電觸頭設計、制作后便開始投入使用實驗，利用隨機抽取方式，選擇不同批次的100個溫度保護器進行了電觸頭壓力測試，普通觸頭與實驗觸頭的壓力波動均極小，且分布較為集中，經過統計可以發現實驗觸頭的壓力大于普通觸頭。通過分析可以看出，實驗觸頭在一次清內阻后的合格率高于普通觸頭，并有效提升了電接觸的可靠性，并可有效改善大阻及不導通的問題。

結語

影響低壓電器開關電接觸可靠性的因素有很多，要根據實際使用條件對其分析才能得出結論。因此要對開關的使用條件、材質條件、使用環境等多方面因素進行綜合考慮，才能有效提升電接觸的可靠性。而本文中所選用的案例便是對環境因素進行了全面分析，從而找到原因，通過對保護器電觸頭接觸點數的增加，提升了電接觸的可靠性。

[1]吳斌.低壓電器機械開關電接觸可靠性分析及應用[J].家電科技,2015,（11）:38-40.

[2]孫國霞.基于電接觸理論的GIS母線接頭過熱性故障的研究[D].武漢大學,2013.