低壓電器機械開關(guān)電接觸可靠性分析及應(yīng)用的研究

陳國洪　章聰聰　楊劍英　楊堅　楊凱　楊選華

摘要：社會的進一步發(fā)展，促使現(xiàn)階段我國電力事業(yè)發(fā)展速度不斷加快，此種背景下，如何通過保證電力設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量，提升低壓電器應(yīng)用效果，成為亟待解決的問題之一?；诖?，本文立足于低壓電器機械開關(guān)角度，分析了內(nèi)部電接觸的可靠性，研究了具體應(yīng)用方法。希望以下內(nèi)容的論述，可以推動我國機械行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：低壓電器;電觸頭;可靠性

引言：近幾年，隨著經(jīng)濟水平的不斷提升，我國機械制造行業(yè)需求量不斷增加，低壓電器機械開關(guān)作為其中的一個重要組成部分，應(yīng)用范圍更加廣泛，電觸頭作為此類開關(guān)的關(guān)鍵構(gòu)件，其質(zhì)量將會直接影響低壓電器開關(guān)應(yīng)用可靠性，嚴(yán)重情況下還會導(dǎo)致安全事故。因此，對低壓電器機械開關(guān)電接觸可靠性分析及應(yīng)用研究有著鮮明現(xiàn)實意義。

1電接觸可靠性

1.1電觸頭影響

通常情況下會將電接觸總結(jié)為以下內(nèi)容：是一種以電氣連接為目的的接觸方式。如果按照原理進行考慮，電接觸可以分為三種形式：第一種形式為固定接觸，按照具體連接方式進行連接;第二種為滑動接觸，此種接觸方式適應(yīng)性較好;第三種為可分合接觸。以上三種接觸方法，接觸形式并不相同，并且在接觸的過渡區(qū)中都會產(chǎn)生各類復(fù)雜物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象以及機械現(xiàn)象等。

對于電接觸而言，最為需要注意與考慮的問題就是接觸電阻，因為低壓電器主要應(yīng)用在低壓電路當(dāng)中，所以要求接觸電阻較低，并且可以持續(xù)保持穩(wěn)定性。鑒于此，連接過程中應(yīng)用到的連接件需要具有良好的導(dǎo)電性能。電觸頭的作用便是降低電阻，提升穩(wěn)定性的重要構(gòu)件，也是影響設(shè)備應(yīng)用可靠性的重要因素。

從實際應(yīng)用角度而言，電觸頭本身對于接觸電阻大小的影響較為明顯，無論是構(gòu)件材料、表面積大小、接觸力還是電流大小都會對基礎(chǔ)電阻產(chǎn)生不同影響。除此之外，電觸頭應(yīng)用條件也是影響接觸電阻大小的重要因素之一，例如外界環(huán)境條件：溫度、濕度等。鑒于此，可以認(rèn)為接觸電阻并非一層不變，會隨著各類影響因素的變化而發(fā)生動態(tài)變化。具體而言，可以將接觸電阻影響因素總結(jié)為以下內(nèi)容：設(shè)備電磨損、機械磨損、機械彈跳、動態(tài)接觸等。

1.2電觸頭的要求

作為影響設(shè)備接觸電阻以及應(yīng)用可靠性的重要元件，必須對電觸頭應(yīng)用進行綜合論證，從基本角度進行控制。通常情況下，低壓電器對于電觸頭材料要求可以分為以下幾種：①要求應(yīng)用的電觸頭材料具有良好的導(dǎo)電性以及導(dǎo)熱性。②要求材料具有一定的抗熔焊性以及抗磨損性。③如果應(yīng)用過程中發(fā)生分段大電流時，要求材料不會發(fā)生電弧重燃。電觸頭材料種類很多，常見的材料多數(shù)都是以銀基為主，例如銀氧化鉻、銀鎢以及銀炭等。

2電觸頭可靠性

2.1電觸頭使用原則

從電觸頭的應(yīng)用角度而言，其存在目的是為了保證電路可以正常運行，并且可以按照設(shè)計內(nèi)容切斷電路。電觸頭的選擇應(yīng)該結(jié)合相關(guān)電器實際應(yīng)用需求，必須明確整體電路的額定電壓、額定電流以及其它類型數(shù)據(jù)參數(shù)，除此之外，還需要合理考慮到各個構(gòu)建的具體機能，以免發(fā)生高配低走的問題。總的來說，需要立足于整體設(shè)計角度進行考慮。具體而言，電觸頭的選擇應(yīng)該經(jīng)歷以下幾個階段：首先，需要明確電觸頭材料、規(guī)格、形狀等內(nèi)容;其次，需要在經(jīng)電器定型前進行反復(fù)試驗，以求保證應(yīng)用質(zhì)量;最后，需要保證電觸頭安裝質(zhì)量，確定電觸頭可以與低壓電器開關(guān)形成一個完整的整體。需要注意，即使電觸頭的選擇按照規(guī)定進行，在后續(xù)的使用過程中也會因為使用不當(dāng)影響電觸頭質(zhì)量，因此最終還需要在投入正常使用之前進行測試。

2.2電觸頭的可靠性

電觸頭可靠性論證需要立足于規(guī)定使用條件之下，可靠性的具體體現(xiàn)為電路無故障條件下的開閉次次數(shù)與概率。

通過對各類電觸頭故障案例進行分析發(fā)現(xiàn)，低壓負(fù)荷區(qū)域造成電觸頭故障的主要原因其實是接觸不良，高壓負(fù)荷區(qū)域造成電觸頭故障的主要原因多數(shù)為熔焊。鑒于此，為提高低壓電器開關(guān)質(zhì)量，保證電觸頭正常發(fā)揮作用，可以在低壓負(fù)荷區(qū)域應(yīng)用耐腐蝕性較強的觸頭，而在高壓負(fù)荷區(qū)域則可以應(yīng)用抗熔焊性能較好的觸頭。在部分大容量電氣中，為了進一步降低熔焊率，通常情況下會采用增加觸頭數(shù)量的方法將電流分散。

2.3電觸頭設(shè)計要素

電觸頭作為低壓電器開關(guān)中的一個重要組成部分，可以說是影響可靠性的重要因素，因此，為保證電觸頭質(zhì)量，就需要從設(shè)計角度進行綜合分析，通常情況下需要考慮到以下幾種問題：①電氣條件。設(shè)計過程中需要明確考慮到電壓、電流以及電源類型等多方面內(nèi)容。②機械條件。需要充分考慮到接觸壓力、設(shè)備開閉速度以及實際斷開力等內(nèi)容[1]。③電氣使用條件。使用條件其實是外部環(huán)境，例如溫度、濕度等，內(nèi)部環(huán)境：例如開閉頻率以及通電時間等。④電觸頭材料。需要結(jié)合實際應(yīng)用情況進行綜合考慮。

3電觸頭設(shè)計改進與應(yīng)用

3.1設(shè)計與實際案例概述

對于電觸頭的設(shè)計需要從多個角度進行綜合分析，具體的設(shè)計原則上文已經(jīng)論述，在此不做過多贅述。

本次研究選取格力公司曾經(jīng)應(yīng)用到的一種機械式雙金屬溫度保護器為例，此種設(shè)備因為實際應(yīng)用過程中具有良好的應(yīng)用效果以及經(jīng)濟性，所以被廣泛的應(yīng)用到各類家用電器當(dāng)中。通過對這類構(gòu)件進行測試分析發(fā)現(xiàn)：一部分構(gòu)件在倉庫中長期放置之后出現(xiàn)接觸電阻增大的問題，而在通電測試之后又發(fā)生電阻變小的現(xiàn)象，證明該類設(shè)備可靠性有待考證。

3.2問題分析

從保護器基礎(chǔ)構(gòu)成角度而言，沒有發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)定的設(shè)計內(nèi)容，最終將保護器長時間放置發(fā)生電阻波動的問題總結(jié)為倉庫環(huán)境較為潮濕，觸頭表面形成一層氧化膜。

3.3改善方案確定

溫度保護器在實際應(yīng)用過程中主要通過觸頭的開合完成電路控制，所以觸頭接觸性能便顯得十分重要，通過上述論述內(nèi)容分析，觸頭接觸性能主要受材料與接觸性能的影響。在完成材料的選擇之后，需要對觸頭接觸效果進行論證。通常情況下，基礎(chǔ)效果的質(zhì)量可以通過加強加工管理的方法實現(xiàn)。

一般而言，常規(guī)保護器觸頭接觸形式多數(shù)為單點接觸，從理論角度上進行分析，適當(dāng)增加接觸點數(shù)量，可以提升觸頭應(yīng)用的可靠性。因為當(dāng)一個點發(fā)生故障之后，還有其它點可以正常支撐作業(yè)[2]。鑒于此，改善方案最終確定，在保護器表面進行開槽處理，通過增加接觸點個數(shù)提升設(shè)備應(yīng)用可靠性。

3.4性能驗證

觸頭壓力對比：改造完成之后分別從原有保護器以及改造保護器中各抽取100件樣品進行壓力測試，測試結(jié)果顯示，新保護器觸頭壓力檢測平均數(shù)值要高于常規(guī)觸頭，但是二者平均檢測結(jié)果差異性并不明顯。

初始電阻測試：同樣是在以上檢測條件下對樣品初始電阻值進行檢測，檢測結(jié)果證明，二者平均初始電阻測試值差異性并不明顯，證明改造之后的觸頭不會影響保護器電阻質(zhì)量。

產(chǎn)品壽命對比：以規(guī)定的觸頭容量進行測試，設(shè)置外部應(yīng)用環(huán)境為：250VAC、7A、0.7pf。從最初的5k次測試逐漸提升，達(dá)到20k次之后，保護器仍然可以正常運行。

結(jié)論：綜上所述，對于低壓電器機械開關(guān)而言，影響其使用可靠性的因素有很多，這就要求在使用過程中需要從多個角度進行綜合考慮，保證外部應(yīng)用條件質(zhì)量，以求提升設(shè)備應(yīng)用效果。除此之外，現(xiàn)階段市面上流通的低壓電器機械開關(guān)可以在正常環(huán)境下發(fā)揮作用，但是特殊環(huán)境下的使用情況還有待商榷，需要用戶自行斟酌。

參考文獻：

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[2]王秀平，許曉峰，曲春雨，趙君有.基于能源電力行業(yè)崗位需求的電氣工程與智能控制專業(yè)培養(yǎng)方案的研究與實踐[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2017，13（04）：536-539.