關(guān)于一種新型大負(fù)載繼電器常見問題-元?jiǎng)t電器

1、.一種新型大負(fù)載繼電器研制中的幾個(gè)問題元?jiǎng)t繼電器廠 小殷編著一、前言我們元?jiǎng)t繼電器廠為某用戶研制一新產(chǎn)品，該新產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)如下：壽命：15A 、220d.c. ， L=300mH共5000次沖擊：294m/s2振動(dòng)：10500Hz，58.8m/s2（6g）觸點(diǎn)形式：一組動(dòng)合耐壓：2000Vr.m.s.體積：100mm×100mm ×100mm分析該產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，考慮到感性負(fù)載的浪涌電流、觸點(diǎn)實(shí)際切換負(fù)載最大已達(dá)220Vd.c.×50A。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)初步定為拍合式電磁系統(tǒng)、接觸系統(tǒng)為多個(gè)觸點(diǎn)間隙串聯(lián)的橋式接觸形式。二、試驗(yàn)過程限于我廠的試驗(yàn)條件，實(shí)際摸底試驗(yàn)

2、中負(fù)載最大只能做到110Vd.c.×40A（阻性）。首先選用我廠的某產(chǎn)品做摸底試驗(yàn)，該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為拍合式電磁系統(tǒng)，接觸系統(tǒng)為橋式一組動(dòng)合接觸形式，額定負(fù)載為28Vd.c.×30A（阻性）。兩只繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)，線圈并聯(lián)，兩個(gè)繼電器當(dāng)做一個(gè)繼電器使用，繼電器由兩個(gè)斷點(diǎn)變成4個(gè)斷點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果能通過110Vd.c.×40A（阻性）試驗(yàn)。但是，這種繼電器振動(dòng)指標(biāo)較低，線圈加激勵(lì)時(shí)，當(dāng)振動(dòng)至100Hz左右觸點(diǎn)出現(xiàn)斷故障。這是由于彈簧諧振引起的?？紤]到彈簧做復(fù)原反力無法滿足振動(dòng)試驗(yàn)的要求，改用磁鋼提供反力。將平衡旋轉(zhuǎn)式電磁結(jié)構(gòu)的銜鐵改制成一頭大、另一頭小的結(jié)構(gòu)?？紤]到產(chǎn)品的耐電

3、壓指標(biāo)高，研制周期短，底板選用玻璃布板材料。接觸形式采用橋式4個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)的形式。繼電器拿到用戶處做試驗(yàn)，繼電器實(shí)際線路如圖1 所示。220Va.c.經(jīng)整流、濾波后輸出實(shí)測空載電壓為330Vd.c.，這樣繼電器的實(shí)際切換負(fù)載已達(dá)330Vd.c.×10A（感性）?？紤]感性負(fù)載的浪涌電流，負(fù)載實(shí)際最大切換已達(dá)330Vd.c.×30A。繼電器動(dòng)作了二十幾下后，銜鐵不轉(zhuǎn)換，觸點(diǎn)停在釋放位置。4只某產(chǎn)品產(chǎn)品觸點(diǎn)串聯(lián)，在用戶處做試驗(yàn)，試驗(yàn)通過。回來后自己搭接線路，繞制電感，將該產(chǎn)品兩只繼電器合為一只繼電器，繼電器由4個(gè)斷點(diǎn)變成8個(gè)斷點(diǎn)，體積增大一倍，功耗由8W增大至18W。重新做試驗(yàn)

4、（未裝罩子）做了七百多次后出現(xiàn)動(dòng)合斷故障。 圖1 試驗(yàn)線路三、試驗(yàn)情況分析首先對比某產(chǎn)品與該新產(chǎn)品的參數(shù)某產(chǎn)品新產(chǎn)品功耗1.44W18W觸點(diǎn)間隙0.7mm1.2mm跟蹤0.12mm0.5mm觸點(diǎn)材料復(fù)合AgSnO2純AgSnO2觸點(diǎn)尺寸動(dòng)觸點(diǎn)6.5平頭，厚1.4靜觸點(diǎn)6.5平頭，厚1.4同左由參數(shù)對比看，新產(chǎn)品的負(fù)載能力應(yīng)比某產(chǎn)品強(qiáng)，為什么會(huì)出現(xiàn)動(dòng)合斷故障呢.第一，考慮感性負(fù)載的浪涌電流、切換負(fù)載最大可達(dá)330Vd.c.×30A。觸點(diǎn)開始斷開的瞬間面積急劇減小，電流密度急劇增大（可達(dá)幾千安培/厘米2），致使觸點(diǎn)表面急劇發(fā)熱（溫度可達(dá)6000K以上）。在觸點(diǎn)間產(chǎn)生液體金屬橋，一部分金屬

5、變成蒸汽進(jìn)入觸頭間隙中，另一部分隨著觸點(diǎn)的逐漸分開，金屬橋被逐漸拉長，最后被機(jī)械拉斷。由于溫度在液體橋的全長上分布是不平衡的，而且溫度最高點(diǎn)在陽極。因此，液體橋極易在陽極處變細(xì)而被拉斷，從而使陽極金屬轉(zhuǎn)移到陰極上。經(jīng)過多次壽命試驗(yàn)，金屬轉(zhuǎn)移不斷累積，即陽極形成凹坑，陰極形成針狀凸起。在壽命試驗(yàn)中，形成凹坑的觸點(diǎn)接線柱與火線連接，即為陽極，與它配對的觸頭因?yàn)殡妷航导礊殛帢O。第二，該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為一組動(dòng)合，8對觸點(diǎn)串聯(lián)的接觸形式。該結(jié)構(gòu)如圖所示。觸點(diǎn)在斷開電路時(shí)，觸點(diǎn)間隙起到了串聯(lián)的作用，有利于斷弧。但是，由于裝配、校正的原因，觸點(diǎn)間隙、動(dòng)合壓力不可能完全一致，觸點(diǎn)對在實(shí)際接通和斷開時(shí)，不可能完全同

6、時(shí)，存在時(shí)間差。觸點(diǎn)閉合時(shí)，最后閉合的一對觸點(diǎn)起著接通電路的作用，而觸點(diǎn)斷開時(shí)，最先斷開的觸點(diǎn)起到了斷開電路的作用。也就是起到了切斷電弧的作用。第三，產(chǎn)品功耗由8W提高到18W，功耗增加，可以加快觸點(diǎn)閉合速度，可以使觸點(diǎn)壓力很快增大，避免出現(xiàn)熔焊現(xiàn)象。但觸點(diǎn)閉合速度加大，則會(huì)使觸點(diǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的回跳。T回mV，m、V分別為觸點(diǎn)的質(zhì)量、閉合速度。觸點(diǎn)回跳時(shí)接觸電阻周期性的增大，甚至分離產(chǎn)生電弧，使觸點(diǎn)熔焊和燒損，嚴(yán)重影響觸頭工作。四、該結(jié)構(gòu)需解決的兩個(gè)問題壽命試驗(yàn)時(shí)，觸點(diǎn)閉弧幾乎看不見，觸點(diǎn)斷弧時(shí)，有可見弧光，能聽見電弧連續(xù)放電的聲音。我們知道斷弧比閉弧對觸點(diǎn)的燒蝕影響更大。如何保證動(dòng)合觸點(diǎn)斷開的同

7、時(shí)性是解決壽命試驗(yàn)可靠切換的關(guān)鍵問題。通常我們會(huì)用一定的跟蹤來保證觸點(diǎn)間可靠接觸。但是由于該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特殊性，所測得的真實(shí)跟蹤只不過是8對觸點(diǎn)的跟蹤最小值。8個(gè)觸點(diǎn)對跟蹤大的動(dòng)合壓力大，觸點(diǎn)先斷開，先斷開的觸點(diǎn)起著切斷負(fù)載的作用，所以燒蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)了金屬轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，用測量動(dòng)合壓力的方法更能保證斷開的同時(shí)性，動(dòng)合壓力的測量要注意受力點(diǎn)和受力方向的一致性，避免人為原因造成誤差。電動(dòng)力的熄弧問題是解決壽命試驗(yàn)又一關(guān)鍵問題。1. 分析觸點(diǎn)對之間的電動(dòng)力。1動(dòng)觸點(diǎn) 2受電動(dòng)力的電弧 3靜觸點(diǎn)I為切換的電流，箭頭所指為電流的方向F12電弧受到觸點(diǎn)對的電動(dòng)力F32電弧受到觸點(diǎn)對的電動(dòng)力當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)與靜觸點(diǎn)

8、分離時(shí)，斷開的間隙中產(chǎn)生被此串聯(lián)的電弧，電弧受到導(dǎo)體回路中磁場產(chǎn)生的電動(dòng)力作用，以第對觸點(diǎn)為例，分析其電弧受到的電動(dòng)力。電弧受到觸點(diǎn)對的電動(dòng)力F12=I1I2K12電弧受到觸點(diǎn)對的電動(dòng)力F32=I2I3K32式中K為回路因素，K=由公式可知，K只與L（導(dǎo)體長度）d（導(dǎo)體間距離）有關(guān)，而觸點(diǎn)對之間的L、d分別相等?；芈冯娏鱅1=I2=I3=I，因此F12=F32。由左手定則可知F12與F32方向相反。由公式可知電動(dòng)力與d（導(dǎo)體間距離）成反比，因而忽略相隔觸點(diǎn)對之間電動(dòng)力的影響，只考慮相鄰觸點(diǎn)間電動(dòng)力的影響，由此而類推，第第觸點(diǎn)對之間產(chǎn)生的電動(dòng)力因?yàn)榇笮∠嗟?、方向相反而抵消了。而只有第、第觸點(diǎn)對的電弧因受到相鄰觸點(diǎn)的作用向外側(cè)作法向運(yùn)動(dòng)，使電弧拉長而冷卻。2. 觸點(diǎn)間的電動(dòng)斥力當(dāng)電流通過觸點(diǎn)，由于電流線在接觸面附近發(fā)生收縮，因而在觸點(diǎn)間會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)斥力。這是一種電流自身磁場作用下的電動(dòng)力，觸點(diǎn)間的電動(dòng)斥力，不利于觸點(diǎn)間的可靠接觸，但是對觸點(diǎn)減少斷弧燃燒時(shí)間、降低觸點(diǎn)磨損是有益處的。3. 磁鋼的電動(dòng)力由于該結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，一些滅弧裝置并不適用，如磁吹弧線圈，絕緣柵片滅弧裝置，利用壓縮空氣吹弧，利用SF6氣體吹弧等。在觸點(diǎn)與罩子之間增加一吹弧磁鋼（鍶鐵氧體）充磁方向?yàn)榇配摰拈L度方向，當(dāng)截流導(dǎo)體接通，開斷電流時(shí)，電弧必然受到磁鋼產(chǎn)生的磁場的電動(dòng)力的作用。F=BLIsin（是B 與L之