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        電磁繼電器觸點(diǎn)腐蝕失效的分析研究

        2022-02-02 19:03:55楊守武
        電子產(chǎn)品世界 2022年12期
        關(guān)鍵詞:磷化氫

        楊守武

        摘要:電磁繼電器的密封絕緣性能與外界條件有較大的關(guān)系, 當(dāng)貯存條件或使用環(huán)境不當(dāng)時(shí)會(huì)加速電磁繼電器內(nèi)部腔體潮氣的侵入, 對(duì)其可靠性產(chǎn)生影響。電磁繼電器在使用中出現(xiàn)多單觸點(diǎn)腐蝕失效故障,經(jīng)分析為繼電器密封不良導(dǎo)致觸點(diǎn)與磷化氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)失效。本文主要針對(duì)空調(diào)主板使用繼電器失效的故障進(jìn)行分析分析,通過外觀檢查,用戶實(shí)際使用環(huán)境,使用電路等多方面因素分析出故障失效原因,通過使用密封性能良好的防爆(密封)繼電器解決此故障。

        關(guān)鍵詞:密封不良;磷化氫;觸點(diǎn)腐蝕;絕緣下降;密封繼電器

        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,而繼電器的推動(dòng)卡使用時(shí)間長(zhǎng)了之后無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的位置,使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(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、常閉”觸點(diǎn),繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn),稱為“常開觸點(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运脖Wo(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 12 V,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。

        多次測(cè)試壓縮機(jī)接通瞬間沖擊電流,最大約 10 A,見圖 2,低于繼電器標(biāo)稱值20 A,繼電器壽命試驗(yàn) 1 萬次合格,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)因過電流燒壞。通過以上分析驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)與繼電器選型均無異常。

        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次殺蟲劑,為了殺蟲劑能起到絕佳效果,打完殺蟲劑后糧庫(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。

        解剖6單繼電器,側(cè)面觀察觸點(diǎn),見下圖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。

        正面觀察放大鏡觸點(diǎn),見圖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,殺蟲劑多次腐蝕,長(zhǎng)時(shí)間使用觸點(diǎn)逐漸被腐蝕碳化燒融。

        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)3+ PH3(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)害蟲有致死作用。

        糧庫(kù)使用殺蟲劑內(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)開始記時(shí),即測(cè)試開始。整個(gè)測(cè)試過程要看視容器中的產(chǎn)品否有氣泡冒出。如沒有氣泡產(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。通過產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用過程中的問題反饋信息,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.

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