交流接觸器主要售后故障原因分析及改善方案

阮啟彪

（桂林機床電器有限公司 桂林 541004）

引言

交流接觸器作為空調系統中直接控制負載的一個開關器件（非通即斷），它可以頻繁的接通或分斷交流電路，主要作用于空調密封制冷壓縮機中電動機的控制，具有控制容量大、使用壽命長、簡單經濟等特性，但由于其只是一個開關元器件，在實際使用過程中，并不會引起線路中電流電壓的變化，因此，交流接觸器在使用過程中發生故障的很大部分原因都是因非正常因素所致，這些非正常因素與安裝使用地的電網條件、環境以及所控的負載的工況正常與否等息息相關。

根據對交流接觸器多年售后故障現象的復核分析，其典型故障現象主要表現為：線圈故障、觸頭故障，經統計，上述兩種故障現象約占據交流接觸器售后故障總量的60～70 %，因此，本文重點對以上兩種故障現象的原因進行了系統分析，并提出了相應改善方案。

1 交流接觸器的工作原理（見圖1）

當線圈通電后，在線圈鐵芯組件中產生磁通及電磁吸力，此電磁吸力克服彈簧反力使得銜鐵吸合，帶動觸點機構動作，常閉觸點打開，常開觸點閉合，互鎖或接通線路。當線圈失電或線圈兩端電壓顯著降低時，一旦電磁吸力小于彈簧反力，就會使得銜鐵釋放，觸點機構復位，常開觸點斷開，常閉觸點閉合[3]。

2 故障分析

2.1 線圈故障

2.1.1 原因分析

根據多年對交流接觸器售后線圈故障統計，其主要故障現象表現為線圈整體過流過熱燒毀，線圈骨架熔毀，運動部件靈活無異常，銀觸頭無異常損耗，而造成線圈過流過熱燒毀的原因有兩種情況：

1） 接觸器因電壓低[5]或運動部件發生卡滯，造成動靜鐵芯不能完全吸持，線圈處于空心運行，由于空心線圈電抗值小，很低的電壓都會在線圈上產生很大的電流。

2）接觸器電壓處于高位運行，電流自然增加，由于線圈內部溫度受散熱條件影響分布是不均勻的，既使線圈平均溫升處于極限溫升以下，內部散熱最差的局部溫度實際上已超過漆包線的承受極限。

以CJX9B-25S/D產品為例，空心線圈施加140 V電壓產生的線圈電流相當于220 V正常工作時線圈電流的2倍以上，根據電磁鐵線圈溫升計算公式[2]：

式中：

τ—線圈通電發熱溫升；

I—線圈電流；

R—線圈電阻；

KT—線圈表面綜合散熱系數，W/（m2℃）；

A—線圈散熱面積 ，m2。

鑒于同一型號產品線圈散熱面積、線圈表面綜合散熱系數及線圈電阻幾乎一致，從式（1）可知，線圈發熱溫升與線圈電流的平方成正比，一旦線圈電流過大，此時線圈溫升將會急劇上升，長時間通電發熱后將造成線圈整體過熱燒毀。不同線圈控制電壓及產品吸持情況下線圈電流及發熱情況如表1。

2.1.2 改善方案

方案一：鑒于線圈售后故障現象主要表現為線圈整體過熱燒毀，為降低線圈售后故障率，則需降低線圈在異常情況下的發熱溫升。根據式（1）及表1，要降低線圈發熱溫升，則應降低線圈在不同控制電壓下的線圈電流。根據交流接觸器線圈電流公式：

式中：

U—線圈控制電壓；

R—線圈電阻，Ω；

XL—線圈感抗，Ω。

從式（2）中可以看出，降低線圈電流則應增大線圈電阻。根據線圈電阻公式：

式中：

ρ—導體的電阻率；

Lpj—線圈的平均匝長；

N—線圈匝數；

d—導線直徑。

圖1 交流接觸器工作原理

表1 不同線圈控制電壓及產品吸持情況下線圈電流及發熱情況

從式（3）中可知，增加線圈匝數或減小導線直徑均可導致線圈電阻增大，仍以CJX9B-25S/D產品為例，按式（3）對線圈參數進行調整后，線圈控制電壓為250 V正常吸持時，線圈溫升變化情況見表2，線圈溫升降低約25 %左右。不同線圈控制電壓及產品吸持情況下線圈電流及發熱情況如表3。

方案二：對線圈施加過熱保護，即對交流接觸器線圈串接PTC熱敏電阻：當電路正常工作時，熱敏電阻溫度與室溫相近，電阻很小，串聯在電路中不會阻礙電流通過；而當電路因故障出現過電流時，熱敏電阻由于發熱功率增加導致溫度上升，當溫度超過開關溫度時，熱敏電阻的電阻瞬間劇增，回路中的電流迅速減小，切斷電路工作，線圈電磁力減小，交流接觸器斷開，從而達到保護交流接觸器線圈的目的。

串接熱敏電阻后對交流接觸器的影響：

1）線圈串接PTC后，吸合電壓上升，釋放電壓下降。

2）PTC關斷后，若此時線圈兩端仍然接通電壓，則PTC不會自恢復。

3）PTC關斷后，若此時線圈兩端斷開電壓（即故障排除后），PTC一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復到初始值1.6倍左右的水平，此時熱敏電阻的維持電流已經恢復到額定值，電路即可正常工作。

2.1.3 小結

進一步降低交流接觸器線圈發熱溫升，可有效減少交流接觸器線圈在非正常控制電壓下發生過熱燒毀的概率。而對交流接觸器線圈串接PTC熱敏電阻則可有效防止線圈在異常發熱時出現過熱燒毀，從而達到降低線圈售后故障率的目的。

2.2 觸頭故障

2.2.1 原因分析

售后觸頭故障的發生原因比較復雜，根據多年對交流接觸器售后觸點故障統計，其主要故障現象表現為：

1）單相或兩相交流接觸器觸頭發生燒損，觸頭表面有明顯飛濺或觸頭異常發熱變色，熱塑性基座熔毀（如圖1），并可能造成運動部件卡死，接線端子過熱變色，線圈通電正常。

其原因可能有：

①當壓機發生起動異常、堵轉等故障時，接觸器的觸頭將嚴重受損，使用壽命大為降低；當壓機發生短路故障時，接觸器觸頭必壞無疑；

表2 線圈參數調整前后溫升情況

表3 不同線圈控制電壓及產品吸持情況下線圈電流及發熱情況

②電壓不穩定，再加重載起動時電壓跌落，導致接觸器吸合困難并產生吸合抖動現象，引起觸頭間拉弧；

③接線端子接插件接插不良，長時間使用發熱后，引起接插件松動而出現接線端子過熱，加速觸頭故障的發生。

2）三相交流接觸器中其中一相或兩相觸頭發生燒損，燒損（粘連）觸頭表面有明顯金屬飛濺現象，其余觸頭相對完好無異常，線圈通電正常。

其原因可能有：

①由于三相電路中發生相間不平衡或缺相等故障現象，造成其中一相或兩相出現異常電流，進而導致三相交流接觸器中局部觸頭發生燒損粘連；

②電機負載繞組有短路現象；

③外部連接導線過熱出現絕緣老化而發生短路燒毀。

2.2.2 改善方案

針對銀觸頭發熱情況，我們對Ie=25 A的單相交流接觸器進行過相關的模擬試驗[4]，將觸頭表面模擬氧化處理后，進行通電試驗，在強電作用下，觸頭表面氧化膜瞬間被破壞，形成導電斑，觸頭接觸電阻并未發生異常，其發熱情況如下：

①按實際使用情況，對觸頭接通15 A電流，3對6只觸頭發熱溫度穩定后分布在30～36 ℃溫度帶，如圖2（圖中縱向每小格為3 ℃）。

②對觸頭接通約定發熱電流32 A，3對6只觸頭發熱溫度穩定后分布在53～65 ℃溫度帶，如圖3（圖中縱向每小格為3 ℃）。

③在50 A（異常過載）條件下，3對6只觸頭溫度穩定后分布在87～108 ℃溫度帶，溫度變化帶明顯變寬，且呈非線性波動，如圖4（圖中縱向每小格為3 ℃）。

從上述試驗情況可清楚看到，在正常情況下壓機運行電流產生的溫度僅有很低的溫度，在過載情況下運行溫度最高為123 ℃，遠未達到使基座熔毀的高溫，也未見載流部件有變色的情況。而實際使用中發生的觸頭嚴重過熱故障，是典型的因為使用條件異常或有故障大電流通過等外在因素所造成。因此，特提出以下幾種改善方案，以降低觸頭在異常故障大電流時發生故障的概率。

1）將承載靜觸頭的熱塑性基座改用為不易熔化變形的熱固性酚醛樹脂塑料，當偶爾發生因電壓異常的持續拉弧或其他過載運行時，支承載流銅板的基座至少不會熔化，可減少類似故障發生。

2）提高接插件的接觸可靠性及連接導線的耐溫等級。

3）縮短交流接觸器在吸合過程中的抖動范圍，可減少因電網電壓降低造成交流接觸器觸點抖動拉弧的概率。

4）在三相交流接觸器控制負載線路中增加缺相保護，防止因缺相造成異常故障電流而燒毀交流接觸器觸頭。

5）采用耐熱性更高、耐電弧性能更好的材料作為交流接觸器運動支架，以降低運動支架在使用過程中，因異常發熱發生變形而將動觸頭卡死在運動支架窗口中的概率。

2.2.3 小結

采用上述改善方案中的一種或多種，均可有效減少交流接觸器觸點在異常情況下發生燒毀的概率，從而達到降低交流接觸器觸頭售后故障率的目的。

3 結語

本文針對交流接觸器的主要售后故障現象作出了簡要分析，并提出了一些解決方案，但在實際使用過程中，受不同的使用環境及工況影響，還會發生一些其它不同的故障現象，因此只要我們熟練掌握了交流接觸器的工作原理，在客戶使用時，給出相對合理的選型意見[1]，切忌不要出現小馬拉大車的情況，然后結合長期的試驗積累，不斷提升產品質量，就能達到有效降低產品售后故障率的目的。

圖2 電流15 A時觸頭發熱曲線

圖3 電流32 A時觸頭發熱曲線

圖4 電流50 A時觸頭發熱曲線