浅谈接触器式继电器实效模式及预防措施

浅谈接触器式继电器实效模式及预防措施

一、引言

在一个控制系统中，经常用到接触器式继电器，它是控制回路中起信号传递、保护隔离或功率放大等作用的电器。控制系统中任何一台设备、一个元器件、一个单点的失效，都可能造成可靠性的闭环链断开，从而影响到整个设备、系统的可靠性。所以接触器式继电器的可靠性水平的高低对于整个系统的运行起着至关重要的作用。故障模式与影响分析（fault modes and effects analysis以下简称FMEA）是指：研究产品的每个组成部分可能存在的故障模式并确定各个故障模式对产品其他组成部分和产品要求的影响的一种定性的可靠性分析方法，是可靠性定性分析的一种技术。

二、系统组成

目前，针对我所的小通断试验系统，在试验台控制系统中，大量接触器式继电器作为逻辑控制、设计的主要控制器件而大量使用。可以看到接触器式继电器群与控制系统可靠性框图为串联模型，接触器式继电器的可靠性水平直接决定着整个系统的可靠性。我们只针对系统中的接触器式继电器进行单元分析。

接触器式继电器的组成部分和控制原理如图2。而接触器式继电器按逻辑结构，可以划分为电磁系统、转换和返回系统、接触系统这三个单元，分别的功能如表一所示。

三、可靠性分析与故障模式

3.1故障模式、影响及危害性分析（FMEA）

依据以往的可靠性试验和现场调查，根据继电器各功能单元，按照故障模式影响分析（FMEA）程序，在表1列出我所试验系统中接触器式继电器的故障模式、故障原因、故障影响以及严重度分析。可以看到，无论继电器中的哪一个功能单元失效，就会导致继电器不能正常工作，从而无法正常控制试验系统中的断路器等开关的通断，导致试验系统的功能丧失无法正常工作，甚至可能造成试验人员带电作业，形成人身伤害的潜在危害。该故障影响严重级别为1。

3.3机理分析

3.3.1电磁系统的故障及机理 主要有漆包线断线，磁路闭合受阻或卡顿。（1）漆包线断线主要在生产过程中出现压伤拉伤，或者引脚沾锡残留的松香，导致使用寿命过程中的腐蚀断线。（2）磁路衔铁动作遇到阻碍主要原因可能是外来异物或者磨损产生的异物停留在衔铁吸合面，导致磁路无法闭合或者闭合行程不够，从而接触系统无法闭合。

3.3.2转换、返回系统中的故障及机理

动触头的绝缘支撑件，通常起着绝缘和转换衔铁行程为动触头行程的作用，而动触头在使用寿命过程中异常严重发热时，绝缘支撑件有些出现变形，或者多次动作后产生磨损，而导致衔铁的行程无法完全的转换成动触头的行程，动静触头就无法接触闭合，或者超程太小接触不稳定。

表1 试验系统故障模式影响分析

名称 功能单元 故障原因判断 故障影响 严重级别

局部影响 最终影响

接触器式继电器 电磁系统 线圈开路或者磁路卡顿 继电器不能正常工作

试验系统操作指令丢失，无法正常试验 1

转换、返回系统 线圈上电后，磁路动作无法传递给接触系统 继电器不能正常工作 试验系统操作指令丢失，无法正常试验 1

接触系统 线圈上电后，接触系统异常，能满足输出要求 继电器不能正常工作 试验系统操作指令丢失，无法正常试验 1

3.3.3接触系统主要故障模式及机理

最基本的接触系统，即为动触头和静触头组成，主要故障模式表现为不导通、接触电阻大和动静触点熔焊。（1）动静触点不导通最直观表现为接触不到静触点，原因是动触头行程不够，或者触点材料的烧蚀损耗量高度大于触点超程，导致动触点接触不到动触点。（2）膜电阻的增大或者收缩电阻增大都将造成动静触点的接触电阻偏大。接触电阻主要由膜电阻和收缩电阻组成。由于加工精度所限，触点表面并非绝对平面状态，触点面的实际接触面积远小于触点的固有截面，动静触点闭合接触时，实际上只有少数几个点发生了真正的接触，电流通过这些点导通时电流会发生收缩，电流路径增长以及有效导电面积的减小共同导致了收缩区的电阻变大，产生收缩电阻；触点表面通常有一层气体吸附薄膜，以及他们是在空气中氧、氮、硫等物质的污染作用下逐渐形成的金属氧化物金属硫化物等，组成的一层且电阻率很高的薄层，如在轻负荷小电流情况下，有绝缘性很高的膜电阻。

四、结论与对策

（1）应加强继电器生产工序过程的把控，避免线圈断线压伤，沾锡松香残留等；对于外来异物，应该采取“产前不带入、产中去除、产后检出”等措施；（2）实际应用中，对应负载选用适当容量的继电器并施加额定的控制电压；安装方式应保证稳固并采取一定的防护；在燃弧严重的电路中，为减少触头磨损，可采用吸收电路，如触头断口上并联电阻电容。（3）触桥变形造成的接触不良或者熔焊，也占相当故障比例，在选购继电器时，应针对负载选择特定的触点材料，有明显的改善效果，并在系统调试过程中，检查继电器触点的情况是否符合要求。继电器在电气回路中到处可见，上述分析故障产生的主要原因及采用的处理办法，具有普遍性和通用性。对接触器式继电器故障原因的分析，采取的相应措施，在实际应用上取得明显的改善效果。

参考文献

[1]GB/T 7826-2012系统可靠性分析技术失效模式和影响分析（FMFA）程序.中国标准出版社，2012.

[2]陆俭国.电工产品的失效模式和效应分析.河北机械，1993，1，33-36.