探討低壓電器機(jī)械開關(guān)電接觸可靠性分析及應(yīng)用

羅文浩

廣州開發(fā)區(qū)水質(zhì)凈化管理中心

探討低壓電器機(jī)械開關(guān)電接觸可靠性分析及應(yīng)用

羅文浩

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本文將對(duì)低壓電器機(jī)械開關(guān)電接觸可靠性及應(yīng)用策略展開簡(jiǎn)單的分析，以期提升電接觸的可靠性，以期避免安全事故的發(fā)生。

低壓電器；機(jī)械開關(guān)；電接觸可靠性；應(yīng)用策略

一、低壓電器機(jī)械開關(guān)電接觸可靠性分析

1.電觸頭造成的影響

電接觸是以順利達(dá)到電氣連接為主要目的，是一種機(jī)械的連接方式。電接觸可保持電路完成接通，或切斷其中一個(gè)電路的功能，同時(shí)將該操作進(jìn)行不斷重復(fù)。依據(jù)電接觸的原理分析，電接觸的主要模式為固定接觸、滑動(dòng)接觸、可分和接觸三種。而在這三種模式中，都是通過(guò)復(fù)雜的物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象、電現(xiàn)象、熱現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)電接觸的主要要求便是可保持電路長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地接觸電阻，連接材料必須具備較高的導(dǎo)電性能。而電觸頭作為保持接觸電阻低的主要元件，是影響電接觸可靠性的重要因素。電路接觸阻值的大小會(huì)與電觸頭的材料、粗糙度、接觸模式、表面膜情況、接觸力度、電流程度、接觸時(shí)間等方面有關(guān)。同時(shí)，電觸頭的使用條件還與電阻值的大小相關(guān)，例如環(huán)境溫度、濕度、空氣、負(fù)載種類、操作頻率等因素。因此在觸點(diǎn)中的接觸電阻是根據(jù)操作次數(shù)或時(shí)間進(jìn)行變化的，其變化規(guī)律也較為復(fù)雜。其中影響電阻接觸的主要原因?yàn)椋弘娔p、機(jī)械彈跳、動(dòng)態(tài)接觸、微振磨損、表面膜干擾效應(yīng)、機(jī)械磨損。

2.對(duì)電觸頭的要求

對(duì)于電觸頭的要求可分為以下幾點(diǎn)：第一，要具備極高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；第二：具備抗熔焊性；第三：耐電磨損性；第四：在面對(duì)分?jǐn)啻箅娏髑闆r時(shí)，發(fā)生電弧重燃的幾率較低。電觸頭所使用的材料要具備較高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，其電接觸性能是由于制造過(guò)程中的接合工作、電鍍工藝[1]。制造電觸頭的材料多種多樣，其中主要以銀基金屬觸頭為主，而較為具備代表性的為銀氧化鉻（Ag-CdO）、銀鎳（Ag-Ni）、銀鎢（Ag-W）、銀碳（Ag-C）。

二、低壓電器中電觸頭可靠性分析

1.使用電觸頭原則

電觸頭的主要任務(wù)便是確保電路運(yùn)行正常，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求中的接通、切斷，來(lái)對(duì)電流進(jìn)行良好控制。在使用電觸頭的電器制造商要遵循市場(chǎng)的使用規(guī)律，決定電器的額定電壓、電流、使用條件等各方面技術(shù)參數(shù)要求，從而確定各個(gè)部件結(jié)構(gòu)中的機(jī)能，并將其考慮到整體設(shè)計(jì)中。電觸頭作為其中發(fā)揮作用的主要元件，要確定其形狀、材質(zhì)，并在電器定型前對(duì)其進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，從而確定最終定型。即使對(duì)電觸頭正確設(shè)計(jì)、正確選擇，在使用過(guò)程中，電觸頭依然會(huì)出現(xiàn)較多問(wèn)題，在最后的組裝過(guò)程中，要將電觸頭組裝在實(shí)驗(yàn)對(duì)象上，才能通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)最終決定。

2.電觸頭可靠性分析

電觸頭的可靠性主要是指在對(duì)其進(jìn)行組裝后，低壓電氣遵循規(guī)定條件所使用，例如電壓、電流、開關(guān)頻率、負(fù)荷種類等環(huán)境，從而確保電路正常進(jìn)行開關(guān)頻率。正常情況下，電觸頭所出現(xiàn)的故障多為弱電負(fù)荷領(lǐng)域中的接觸不良情況，而在高負(fù)荷領(lǐng)域則是為熔焊。因此，要想提升電觸頭的可靠性，對(duì)于弱電負(fù)荷領(lǐng)域，要利用耐腐蝕性較強(qiáng)的貴金屬材質(zhì)制造的電觸頭；在中高負(fù)荷領(lǐng)域，可利用抗熔焊性較高的電觸頭；在大容量電器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了讓電觸頭表面形成良好的電流分散狀態(tài)，可適當(dāng)對(duì)電弧消耗與熔焊率進(jìn)行降低，同時(shí)還可增加承載電流所用電觸頭的數(shù)量。

3.電觸頭故障分析

在使用電觸頭經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的故障中，其主要表現(xiàn)為開閉功能方面，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要盡量避免此類故障的發(fā)生。電觸頭中的各類材料在電流范圍內(nèi)的使用過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生各種故障。即使在低壓情況下，也可能會(huì)出現(xiàn)熔焊現(xiàn)象。而在強(qiáng)電中，不能將接觸電阻問(wèn)題忽視。最后，即使電觸頭的材料及設(shè)計(jì)方案沒(méi)有問(wèn)題，也可能由于使用方法不當(dāng)而產(chǎn)生故障。

三、電觸頭設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

下面將利用實(shí)際案例展開分析。在某公司的產(chǎn)品中，是采用一種機(jī)械式的雙金屬片溫度保護(hù)器，其具備極高的可靠性，并被人們應(yīng)用在家用電器中，作為主要的溫度保護(hù)控制元件，同時(shí)也可將其利用在PTC制熱模塊中。而在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試人員發(fā)現(xiàn)個(gè)別模塊會(huì)出現(xiàn)接觸電阻偏大的現(xiàn)象，對(duì)其通電后再次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其接觸電阻恢復(fù)到正常值。

1.故障原因分析

首先從保護(hù)器的原理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在保護(hù)器中的靜觸頭底座是采用金屬埋入成型工藝制作的，可有效保持底座的穩(wěn)定性。其動(dòng)觸頭被固定在力學(xué)性能較為優(yōu)異的彈性臂上，以提升觸頭壓力的性。保溫器的整體裝配是利用金屬鉚釘相互連接的方式，可通過(guò)塑料外殼與灌封環(huán)氧樹脂實(shí)現(xiàn)與外界的充分隔離。該溫度保護(hù)器的主要原理是利用金屬片感應(yīng)外界熱量，并產(chǎn)生突跳，從而將動(dòng)觸頭頂開，分離動(dòng)靜觸頭，充分實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

2.改善方案分析

該溫度保護(hù)器是利用電觸頭的開合實(shí)現(xiàn)對(duì)電路通電、斷電工作，因此電觸頭的接觸性能優(yōu)劣是影響對(duì)電流控制的重要因素。電觸頭的接觸性能主要取決于電觸頭的材料性能，同時(shí)其電觸頭接觸效果也會(huì)起到一定的影響作用。在選用合適的電觸頭材料后，電觸頭的接觸效果決定了溫度保護(hù)的整體接觸效果。一般情況下，電觸頭表面污漬、顆粒等雜物、電觸頭表面光滑程度都是影響接觸效果的主要因素。之后要通過(guò)嚴(yán)格的加工工序[3]，可以在一定程度上改善之前所出現(xiàn)的接觸問(wèn)題，同時(shí)要對(duì)電觸頭的接觸形式采取相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效提升保護(hù)器電接觸的可靠性。

3.改善方案效果分析

在本案例中，對(duì)電觸頭設(shè)計(jì)、制作后便開始投入使用實(shí)驗(yàn)，利用隨機(jī)抽取方式，選擇不同批次的100個(gè)溫度保護(hù)器進(jìn)行了電觸頭壓力測(cè)試，普通觸頭與實(shí)驗(yàn)觸頭的壓力波動(dòng)均極小，且分布較為集中，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)觸頭的壓力大于普通觸頭。通過(guò)分析可以看出，實(shí)驗(yàn)觸頭在一次清內(nèi)阻后的合格率高于普通觸頭，并有效提升了電接觸的可靠性，并可有效改善大阻及不導(dǎo)通的問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

影響低壓電器開關(guān)電接觸可靠性的因素有很多，要根據(jù)實(shí)際使用條件對(duì)其分析才能得出結(jié)論。因此要對(duì)開關(guān)的使用條件、材質(zhì)條件、使用環(huán)境等多方面因素進(jìn)行綜合考慮，才能有效提升電接觸的可靠性。而本文中所選用的案例便是對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行了全面分析，從而找到原因，通過(guò)對(duì)保護(hù)器電觸頭接觸點(diǎn)數(shù)的增加，提升了電接觸的可靠性。

[1]吳斌.低壓電器機(jī)械開關(guān)電接觸可靠性分析及應(yīng)用[J].家電科技,2015,（11）:38-40.

[2]孫國(guó)霞.基于電接觸理論的GIS母線接頭過(guò)熱性故障的研究[D].武漢大學(xué),2013.