继电器触点常见故障的成因及处理研究

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  摘要:在电力拖动系统、电力控制系统中,继电器作为其中的主要元器件,在实际使用中非常容易发生故障,本文主要在继电器触点故障产生的原因基础上,分析了继电器触点故障主要表现,并提出了继电器触点部分故障解决的具体方法。
  关键词:继电器触点;常见故障;成因分析;处理方法
   继电器的使用在控制系统实际运行过程中发挥着关键作用,但由于继电器实际使用量非常大,同时其应用广泛,再加上种类非常多,所以不可避免的会出现故障,这就需要及时处理,否则非常容易对系统造成更严重的危害,甚至导致系统出现瘫痪,无法运行,影响实际作业。结合相关资料显示,继电器故障中,大多数都发生在触点部分,此部分故障率高达整体故障率的90%,因此,非常有必要分析其故障成因,并做以相应处理,提升系统运行安全性。
  一、继电器触点产生故障的影响因素分析
   从继电器触点故障情况看,主要有不接通、不分断两种态,简单说就是接触不良、分断不良。当继电器经过长时间使用后,其触点部分会从一开始的间断故障,到后来的极端故障,最终功能失效。从影响故障的因素看,与触点的表面的情况、材质、化学稳定性以及机械性能有关,此外,还会受到使用环境影响。在判断触点寿命时,主要就是根据触点开合准确次数而定,其中触点间接触电阻的大小会对其产生直接影响,如果电阻值超过范围时,会对电路正常工作造成直接影响,从而导致不能很好的接触,再有,如果触点金属,受到热效应影响时,会发生融化,形成电磨损,进而造成触点之间出现相互粘连的情况,无法正常运行[1]。对此,可以将发生继电器触点故障原因总结为以下几点:
  (一)化学磨损
  继电器出现故障,可能会受到化学磨损的影响,发生这一情况的主要原因可能与周围介质中腐蚀性气体和蒸汽有关,因为这些会造成触点被侵蚀,导致触点表面会出现绝缘膜,使得金属出现更加严重的腐蚀,甚至脱落的情况,最终损坏。
  (二)机械磨损
  对于机械磨损,主要就是由于触点间的滑动磨擦,或者因为发生振动后出现不同程度上的碰撞。如果触点间压力增加,滑动距离增加,此时机械磨损量也会增加,但与金属材料的硬度却是反比关系
  (三)电磨损
   正常情况下,当继电器在实际运行过程中,会产生高温作用,促使触点金属形态发生变化,从一开始的固态经液态经过电弧放电后,高温下向汽态转变,最终导致金属扩散。所谓的电磨损,主要指的就是在触点分断过程中,液态金属会受到碰撞、接触、挤压等影响,发生飞溅的情况,并且此种情况持续不间断,这就导致原有形状、厚度发生改变,同时呈现出相应的减薄情况。由于在触点分断过程中,相应的电弧温度会达到金属材料的熔点,所以,高温下电弧无法做到及时熄灭,如果恶性负载放电时间过长,将会继续加重电磨损[2]。
  (四)接触电阻
   如果两导体进行机械接触时,并且在接触过程中存在电流,那么此时两接触表面间会出现相应的接触电阻,而此接触电阻大小还不同,分为收缩电阻、膜电阻两部分。其中的收缩电阻,主要指的就是平触点,但是由于受到加工精度影响,所以无法做到触点间的接触绝对平面,正常情况下,与固有截面积相比较,其实际接触面积要更小,如果仅仅是若干凸起区域,会集中收缩电流,这就造成了电流密度的增大,同时电阻就会增加,此为收缩电阻。此外,就是膜电阻,通常情况下,在继电器触点表面,会存在一层气体吸附薄膜,由于会受到氧化、硫化等作用,最终会形成相应的非金属薄膜,但在程度上有所区别,出现这一情况的主要原因在于,受到了氧、氮、硫等化学物质的污染,在轻负荷、小电流时,膜电阻具有较高的绝缘性[3]。
  (五)液桥、金属转移
   如果保持继电器触点处于不断的通断状态,接触压力以及实际接触面积会随着间隙的改变而发生改变,此种情况会新一步增加接触电阻数值,同时也会进一步增加电流密度,而受到热效应的作用后,会出现局部升温的情况,在极短的时间内,局部温度就会高达1600℃以上,不仅如此,还会受到电压、电流、电感等多方面因素影响下,会持续产生电弧火花的现象,此种情况会直接导致大部分触点材料达到熔点、沸点,进而促使金属散发并不断四处飞溅,还会出现相互相熔接的现象。需要注意的是,一旦触点材料达到熔点,此时各点就会呈现液滴状态,进而形成液桥。由于在小液柱之间,集合所有线路上的电压,而后经过高电场的作用下,会发生放电反应形成火花,在此过程中,还会使熔液在火花下向外飞溅,此外,也会促使金属材料发生转移的情况,这些都会导致在触点表面上出出现凸凹不平的情况,情况严重时,还会发生熔焊粘连,但凸包、凹坑主要就是在接触点的中心部位形成。
  二、继电器触点故障主要表现
   通过上文的分析,可以将继电器触点故障总结为几种表现形式:
  (一)接触对粘连
   在继电器触点中,出现接触对粘连的情况,主要是由触点熔焊导致的,可能在实际使用中不够妥当,也可能是因为安装不当,导致负载过重,过于频繁的操作,进而出现解除对粘连[4]。
  (二)触桥变形
   如果触桥、弹性連接片、弹性系数等发生变化,都会导致触点接触不良。
  (三)触点接触松懈
   在继电器实际使用过程中,经过长期摩擦后,触点会发生氧化、电弧烧蚀等情况,这就会导致出现缺陷、毛刺等形态,增加接触电阻,从接触面转变成了接触点,最终导致不导通情况。
  (四)触点磨损过快
   当继电器吸合、分断过程中,会受到拉弧影响, 出现液桥以及金属转移的情况,这会对触点造成极大的磨损,进而严重影响了继电器的使用寿命。
  三、继电器触点部分故障解决的具体方法
  (一)接触对粘连的解决措施
   为有效解决接触对粘连的情况,需要对继电器进行全面的检查,不要安装在冲击大、易振动区域。当电器在电压波动到最小值时,要检查其吸合以及触点压力情况,并做以随时调整。要在继电器的各项承载能力基础上,核查负载容量。避免出现负载过大,对继电器正常工作造成不利影响[5]。
  (二)触点接触不牢靠的解决措施
   可以使用小挫轻轻去除触点表面的毛刺,但不能使用砂纸打磨,而后,可以使用棉纱沾酒精去除脏物,在此基础上再检查触点的接触面性能。同时,对于触点其它参数需要进行相应的调整、检查,确保无误进行通电使用。
  (三)触点磨损过快的解决措施
   要对回路进行检查,判断其有感性负载,可以采取灭弧措施解决电感负载,比如加装灭弧罩,还可以采用熄灭弧电路可以减少触点的磨损。
  结语:
  总之,通过本文对继电器触点常见故障的成因及处理的分析,不难发现,继电器的使用会直接影响系统运行,所以,有必要全面分析继电器触点故障,而后结合实际情况,采取有效措施解决,为系统正常运作提供良好保障。
  参考文献:
  [1]姚文国, 杨英华, 胡朝灵. 继电器触点表面形貌及失效机理分析[J]. 科学与信息化, 2019, 12(008):109-110.
  [2]周哲锋. TO-5电磁继电器触点熔焊粘接现象分析和控制措施研究[D].  2020,56(02):100-101.
  [3]张开淋, 刘向军. 高压直流继电器触点三维动态特性测试与分析[J]. 电器与能效管理技术, 2018, 023(004):113-119.
  [4]周学, 周雨馨, 郭振国,等. 常开型继电器触点回弹抑制仿真与试验研究[J]. 低压电器, 2019, 023(005):223-227.
  [5]黄俊才, 李贤富. 电磁继电器触点三连通失效机理研究及控制措施[J]. 机电元件, 2019,67(13):200-201.
  作者简介:
  王超(1990.01—),男,汉族,籍贯山东省高密市,工程师,大学本科,中车青岛四方机车车辆股份有限公司,主要从事动车组运用技术支持工作。
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