本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202212/442077.htm

0   引言

電磁繼電器具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng),、體積小等優(yōu)點(diǎn),。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù),、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中,。電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng),，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中,，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié),、安全保護(hù),、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯,、線圈、銜鐵,、觸點(diǎn)簧片等組成,。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流,，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合,。電磁繼電器密封性不良,，容易使空氣中的水汽進(jìn)入，影響繼電器多個(gè)部件,，常見(jiàn)故障有絕緣不良,、觸點(diǎn)腐蝕。

1   背景

售后反饋糧庫(kù)安裝空調(diào)集中出現(xiàn)內(nèi)機(jī)控制器失效,，售后故障現(xiàn)象為外機(jī)壓縮機(jī)不停機(jī),，或不啟動(dòng)故障,。失效機(jī)型均為2 匹定頻掛機(jī)，機(jī)型名稱為綠滿園,，失效機(jī)器均為2014 與2015 年生產(chǎn),。糧庫(kù)集中出現(xiàn)多臺(tái)故障，經(jīng)分析均為控制器主板繼電器失效,，分析繼電器為觸點(diǎn)燒融粘連,。當(dāng)測(cè)試?yán)^電器發(fā)現(xiàn)繼電器釋放功能失效或者沒(méi)有給線圈電壓加額定電壓時(shí)就能測(cè)到閉點(diǎn)電阻，那么就能判斷繼電器觸點(diǎn)已發(fā)生粘黏,。導(dǎo)致這種情形的原因是由于繼電器在負(fù)載電路中有異常的大電流通過(guò),，而繼電器的推動(dòng)卡使用時(shí)間長(zhǎng)了之后無(wú)法拉斷大電流的電弧造成接點(diǎn)粘黏。

2   繼電器工作原理及應(yīng)用電路分析

2.1 繼電器工作原理

此控制器電路使用的是電磁繼電器,，當(dāng)線圈斷電后,，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置,，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)吸合,。這樣吸合、釋放,，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通,、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi),、常閉”觸點(diǎn),，繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”,；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”,。此繼電器在電路中主要作用是控制器壓縮機(jī)啟動(dòng)，負(fù)載壓縮機(jī)功率較大,。

2.2 應(yīng)用電路分析

由于繼電器是感性負(fù)載,，當(dāng)流經(jīng)一個(gè)電感的電流被突然關(guān)斷時(shí)，突然消失的磁場(chǎng)將會(huì)在電感線圈上產(chǎn)生一個(gè)高電壓脈沖,，這個(gè)電壓脈沖或瞬態(tài)的幅值可能會(huì)有幾百伏甚至更高,。電路中的二極管稱為續(xù)流二極管，并接在繼電器的線圈兩端,，可以給高壓脈沖提供一個(gè)短路通道以保護(hù)相鄰的電路,。由于在感應(yīng)脈沖出現(xiàn)時(shí)觸頭會(huì)快速閉合而受到強(qiáng)烈沖擊（當(dāng)線圈中產(chǎn)生尖峰脈沖時(shí)，接觸點(diǎn)就會(huì)遭到可移動(dòng)的金屬導(dǎo)電片的重?fù)簦?，所以它也保護(hù)了繼電器的機(jī)械觸頭,。在繼電器通電期間二極管是不起作用的。電路中阻容模塊起滅弧作用,，當(dāng)繼電器觸點(diǎn)瞬間導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓阻容模塊可以吸收釋放,，可以有效保護(hù)繼電器的觸點(diǎn)不被燒壞,，增加繼電器的壽命。

繼電器控制電路采用的是低電平動(dòng)作的方法如圖1所示,，在不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)繼電器線圈兩端均為12V,，需要?jiǎng)幼鲿r(shí)ULN2003 輸出低電平，繼電器動(dòng)作,；三極管控制繼電器電路原理相似,，當(dāng)三極管飽和繼電器上電，截止繼電器不導(dǎo)通,；售后常見(jiàn)故障點(diǎn)為繼電器燒毀,、不導(dǎo)通、破損,，少部分ULN2003燒毀,，其他器件較少失效。

圖1 繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖

多次測(cè)試壓縮機(jī)接通瞬間沖擊電流,，最大約10A,，見(jiàn)圖2，低于繼電器標(biāo)稱值20A,，繼電器壽命試驗(yàn)1 萬(wàn)次合格,，證明電路設(shè)計(jì)電流余量充足，不會(huì)導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)因過(guò)電流燒壞,。通過(guò)以上分析驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)與繼電器選型均無(wú)異常,。

圖2 整機(jī)運(yùn)行電流波形圖

3   繼電器失效原因及失效機(jī)理分析

3.1 故障效信息分析

統(tǒng)計(jì)6 單主板失效故障數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1,，失效繼電器廠家不集中,，3 個(gè)繼電器廠家各失效2 單，且器件失效批次不集中,。繼電器失效故障原因?yàn)? 單觸點(diǎn)常閉,，1 單觸點(diǎn)不動(dòng)作。用戶機(jī)器均已使用4 年以上,，因機(jī)型相同故失效使用主板編碼相同。

用戶均為糧庫(kù),，樓層整體高度7 m,，空調(diào)安裝糧庫(kù)墻壁6 m 處，裝空調(diào)主要作用為制冷,，以降低糧庫(kù)內(nèi)的溫度,。經(jīng)調(diào)查糧庫(kù)每年要對(duì)糧食外表面噴灑1 ～ 2次殺蟲(chóng)劑，為了殺蟲(chóng)劑能起到絕佳效果,，打完殺蟲(chóng)劑后糧庫(kù)均是封閉的,，空氣不流通,。

3.2 繼電器失效分析

部分繼電器銅插片外觀明顯可以看到已經(jīng)腐蝕，見(jiàn)下圖3所示,，銅插片外表面在放大鏡下觀察已腐蝕生成銅綠,。

圖3 銅插片腐蝕

解剖6單繼電器，側(cè)面觀察觸點(diǎn),，見(jiàn)下圖4 所示,，5單觸點(diǎn)粘連在一起，1單觸點(diǎn)燒壞,，4單觸點(diǎn)側(cè)面可以明顯看到有銅綠產(chǎn)生,，觸點(diǎn)側(cè)面燒融痕跡明顯。

圖4 繼電器解剖側(cè)面

正面觀察放大鏡觸點(diǎn),，見(jiàn)圖5 所示,，觸點(diǎn)中心表面已完全碳化燒融，是不斷形成的損傷累積的結(jié)果,?？照{(diào)反復(fù)運(yùn)行停止，殺蟲(chóng)劑多次腐蝕,，長(zhǎng)時(shí)間使用觸點(diǎn)逐漸被腐蝕碳化燒融,。

圖5 繼電器觸點(diǎn)燒融

3.3 繼電器使用電路以及結(jié)構(gòu)分析

磷化鋁的作用原理：吸收空氣中的水分后，發(fā)生雙水解反應(yīng),，生成氫氧化鋁Al(OH)3和磷化氫氣體PH3（有劇毒）,，化學(xué)反應(yīng)方程式為：AlP+3H2O=Al (OH)3PH3( 氣態(tài))，每克磷化鋁片劑能產(chǎn)生大約1 克磷化氫氣體,，當(dāng)空氣中含0.01 mg/L 磷化氫就對(duì)害蟲(chóng)有致死作用,。

糧庫(kù)使用殺蟲(chóng)劑內(nèi)部含有DOP、環(huán)己酮,、乙酸等化學(xué)物質(zhì),，糧庫(kù)殺蟲(chóng)劑磷化鋁遇水和酸時(shí)生成劇毒磷化氫氣體，磷化氫對(duì)銅有強(qiáng)烈的腐蝕性,，導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)燒壞,，觸點(diǎn)粘連，以及內(nèi)部燒壞,，出現(xiàn)無(wú)法關(guān)機(jī)情況,。

4   繼電器失效解決方案

此單故障主板使用為非防爆繼電器，密封不良,，糧庫(kù)環(huán)境潮濕惡劣,，導(dǎo)致繼電器內(nèi)部進(jìn)入水汽，以及殺蟲(chóng)劑等腐蝕物質(zhì)，空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)出現(xiàn)腐蝕打火燒毀,。非防爆繼電器密封性較差,，防爆繼電器密封性能優(yōu)良，能有效阻止腐蝕物質(zhì)通過(guò)氣態(tài)進(jìn)入繼電器內(nèi)部,，造成繼電器觸點(diǎn)腐蝕燒壞失效,。密封式（防爆）電磁繼電器工作不受環(huán)境條件影響，將繼電器的觸點(diǎn)或整個(gè)繼電器的機(jī)構(gòu)全部封在金屬密封的殼體中,。

防爆繼電器可用于特殊場(chǎng)合( 如有可燃性氣體) 的繼電器,，平常的繼電器有負(fù)載時(shí)通斷繼電器觸點(diǎn)拉火，有可燃性氣體,，如煤礦,，觸點(diǎn)拉火能引起火災(zāi)。防爆繼電器就能應(yīng)用此種場(chǎng)合,，避免火災(zāi)發(fā)生,。由于防爆繼電器良好的密封性能，被廣泛使用在開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁,，防爆耐潮,，耐腐蝕等特殊場(chǎng)所。防爆繼電器密封性檢測(cè)較為嚴(yán)格,，各部件之間都用UV 膠( 光硬化樹(shù)脂),，不可有間隙。檢測(cè)密封性主要使用為真空測(cè)試機(jī),、真空測(cè)試罩,。將待測(cè)品端腳朝上放入乙醇中，放入真空機(jī)機(jī)進(jìn)行測(cè)試,，觀察待測(cè)品,，如有氣泡產(chǎn)生，則表示密封不良,，真空測(cè)試良品用風(fēng)扇吹干表面酒精,。測(cè)試時(shí)真空測(cè)試容器負(fù)壓控制閥上的設(shè)置需依據(jù)具體的生產(chǎn)產(chǎn)品要求設(shè)定，工位控制閥一般為-48 kPa ～ -53 kPa,，真空泵閥：-50 kPa ～ -55 kPa,，當(dāng)測(cè)試負(fù)壓達(dá)到規(guī)定值時(shí)，記時(shí)器自動(dòng)開(kāi)始記時(shí),，即測(cè)試開(kāi)始,。整個(gè)測(cè)試過(guò)程要看視容器中的產(chǎn)品否有氣泡冒出。如沒(méi)有氣泡產(chǎn)生,，則表示產(chǎn)品的密封性能OK，反之為NG,。

5   失效整改總結(jié)及意義

電磁繼電器密封不良,，當(dāng)水汽和外界氣氛進(jìn)入繼電器時(shí)污物遇水離解,，使觸點(diǎn)腐蝕并引起金屬飛濺或含碳物沉積在絕緣零件表面，導(dǎo)致絕緣電阻減小,，長(zhǎng)時(shí)間工作出現(xiàn)觸點(diǎn)燒壞,。通過(guò)產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的問(wèn)題反饋信息，本文從涉及繼電器觸點(diǎn)粘連的多方面因素進(jìn)行分析,，對(duì)單體物料進(jìn)行優(yōu)化,，解決了器件在應(yīng)用環(huán)境中工作可靠性問(wèn)題，顯著提高實(shí)際應(yīng)運(yùn)中的可靠性,。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉建,恩云飛,等.電磁繼電器密封絕緣壽命評(píng)價(jià)方法研究[J].失效分析與預(yù)防,2006(3):43-45.

[2] 李凌,徐偉.密封式電磁繼電器加速壽命試驗(yàn)最優(yōu)方案設(shè)計(jì)與分析[J].低壓電器,2010(4):13-16.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年12月期）

更多信息可以來(lái)這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<