接触器式继电器可靠性指标的确定

接触器式继电器可靠性指标的确定

【摘要】接触器式继电器是控制类电器，在控制电路中进行频繁的闭合分断：当线圈通电时，触点系统能否可靠的接通；当线圈断电时，触点系统能否可靠的断开，是评价它的可靠性高低的关键。根据接触器式继电器的工作特点和失效模式，我们以失效率作为研究其可靠性的指标。

【关键词】开关检测；继电器；可靠性；失效概率；接触电阻；化学稳定性

０引言

目前，国际上对控制类电器的可靠性指标研究已经相当成熟，提出了失效率作为可靠性标准，以失效率的高低划分可靠性等级，并制定了其可靠性标准。国外典型的可靠性标准MIS-R-39016《有可靠性指标的电磁继电器总规范》、日本的工业标准JIS C 5440《有可靠性要求的控制用小型继电器通则》等，都将失效概率的高低作为评价可靠性的指标。我国也制订了一些电器的可靠性标准，如GB/T15510国家标准《控制用电磁继电器可靠性试验通则》、GBl0962《机床电器可靠性通则》、JB/Tl0522-2005《小容量交流接触器可靠性试验方法》等，为电器可靠性研究提供了基础。

１接触器式继电器的失效模式

１．１触点间接触电阻过大

接触电阻由收缩电阻和膜电阻组成。触点上的接触面实际上是凹凸不平的，只有少数的点发生)真正的接触，电流通过这些点时，电流发生收缩，电流路径增长，有效导电截面减小，导致了收缩区的电阻增大，这就是收缩电阻。导电斑点表面存在有一定电导率的膜，则电流流过触点接触面时还会有膜电阻。这两部分附加的总电阻称为接触电阻。接触电阻过大，会造成触点间接触不良。

生产工艺污染，触点材料氧化或化学腐蚀，以及触点表面附着污物，这些均会导致接触器式继电器的接触电阻过大。当触点用来接通小电流时，触点间被污染的形成的表面膜会使接触电阻不稳定，从而使触点电路可能发生时通时断，即触点间接触不良现象，甚至触点间根本电流不通的现象，这些都严重影响着接触器式继电器的工作可靠性。

对于触点间接触电阻过大造成的失效，可以采取以下措施来减小与稳定接触电阻。

１．１．１选择足够的触点接触力

触点接触力的作用一方面是将已接触的点压皱变形，使这点的接触面积增加，同时又使更多的点发生接触。所以触点接触力越大，接触电阻越小，这样接触电阻越小，这样当流过相同电流时触点的发热就会大大减轻。触点接触力的另一个作用是可以将表面膜压碎，从而使接触点则减小并保持稳定(浙中能力称为清膜能力)。

１．１．２选择合适的触点接触形式

一般有点接触、线接触、极面接触三种接触形式。一般来说面接触的触点数最多，其收缩电阻应最小，点接触的收缩电阻应最大。但面接触的接触点压强小，排除和破坏表面的能力小，所以其膜电阻大，而点接触的接触点压强大，易破坏表面膜而使膜电阻减小。对于功率较小的接触器式继电器，由于触点接触力小，所以大多采用点接触，最大限度的破坏和清除表面膜，以获得低而稳定的接触电阻;当触点电流较大、操作次数频繁时，则需采用面接触，以提高其抗熔焊及抗磨损的能力。

１．１．３采用合理的触点结构

在触点闭合时动静触点间应有一定的滑动，以破坏表面膜。

１．１．４选择适当的触点材料

当触点材料硬度较低时就容易被压皱变形，材料的化学稳定性高时抗污染和抗腐蚀的能力强，就不易产生机膜，材料的导热和导电性能好时有利于改善触点的发热情况。所以要根据接触器式继电器的不同要求选用不同的触点材料。

１．２冷焊

冷焊是在未通电室温下或通电时触点温度远未达到触点的软化温度或熔化温度时，闭合触点出现粘结现象。触点接触表面在接触力的作用下会产生塑性变形，一方面塑性变形使接触表面增大，另一方面使动静触点表面更为接近。在完全清洁的金属面之间，传导电子接触面运动的频繁程度和本体金属晶体边界处约相等，原子间的电子云吸引着原子，使它们束缚在一起，这就在金属接触面之间产生了金属束缚，金属束缚随接触力及接触点的温度的增大而增大;当金属束缚产生的粘结力大于使动静触点分开的力时，动静触点发生冷焊。

冷焊一般只发生在清洁的触点上，触点的表面膜可以防止纯净的金属直接接触。因而在不显著增大接触电阻的前提下，触点表面膜的存在，可减轻冷焊。同时具有润滑的触点可减轻冷焊。冷焊在高灵敏的弱电电器中才表现突出，对于大功率的接触器式继电器，由于分断触点的力较大，冷焊造成的触点粘结，不是主要的失效形式。

１.3熔焊

触头的熔焊是指两电极接触区域靠金属熔化而结合在一起的现象，根据形成原因，熔焊又分为静熔焊和动熔焊。

１．３．１静熔焊

静熔焊指由接触电阻产生的焦耳热使两触头接触部分溶化，结合而不能断开的现象。当负载电流为小电流，由于接触器式继电器的接触电阻的存在，负载电流流经闭合触点时，使导电斑点区域有更多的电能转化为热能，引起导电斑点区域的触头材料强烈发热致使触点过热发生熔焊，不能分断。它的粘结的程度与触点材料(熔点和硬度等)、触点形状和触点压力有很大的关系。

１．３．２动熔焊

动熔焊则指分断或接通电路过程中，触头接触压力在零值及以上附近变化时，触头间产生液态金属桥接，或由于电弧热流使触头溶化而产生的熔焊现象。当负载电流为较大电流时，将出现明显的电弧现象，很容易击穿触点表面的表面膜;触点闭合时流经的电流较大，在结合部位接触电阻产生的焦耳热很大，会去除触点间的有机物，降低接触电阻中的膜电阻。这时，触点系统主要体现出的失效是触点电弧熔焊，或称为动熔焊。当触点闭合接近接触时，触点间有线路电压，间隙可能被击穿而产生短时电弧，触点一旦接触，电弧熄灭，电流接通，触点碰撞后，一方面由于触点碰撞时具有动能，另一方面触点的电动斥力的作用，触点会产生弹跳，触点接触面分离产生电弧，电弧使接触面金属熔化、气化。触点弹跳到最大距离后又开始重新闭合，触点重新接触，电弧熄灭，触点表面熔化的金属被挤压散开迅速冷却，触点焊接。

２接触器式继电器的可靠性指标

根据上述接触器式继电器的工作特点及其失效模式，借鉴对其他继电器、接触器的可靠性研究成果，选取失效率等级作为接触器式继电器的可靠性指标，来定量反映接触器式继电器的可靠性水平。失效率是指产品工作到t时刻后单位时间内发生失效的概率。接触器式继电器属于控制类频繁操作的电器，对它提出的要求是投入使用后，应保证可靠工作，不发生故障。选用失效率作为接触器式继电器的可靠性指标，可以方便地定量评价产品的可靠性。

参考了GB/T15510-1995《控制用电磁继电器可靠性试验通则》和JB/T10522-2005《小容量交流接触器可靠性试验方法》后，为能够准确反映产品的可靠性等级，本文推荐按最大失效率?的数值将失效率等级分为亚五级、五级、亚六级、六级、亚七级、七级(即YW、W、YL、L、YQ、Q)。这样做并不是降低了可靠性要求，而是进一步细分了可靠性等级。

３结束语

总之，进行接触器式继电器的可靠性研究，首先要进行接触器式继电器的可靠性指标的研究。可靠性指标要能全面定量反映接触器式继电器的可靠性。在完