某制導(dǎo)系統(tǒng)中繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)粘連故障分析

引言

在某型導(dǎo)引系統(tǒng)中，位標(biāo)器采用陀螺穩(wěn)定平臺(tái)式結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在掛飛狀態(tài)陀螺電機(jī)的正常工作，必須先由載 機(jī)三相交流電源（115 V/400 Hz）進(jìn)行供電，陀螺電機(jī)啟動(dòng)。 系統(tǒng)自檢正常后切換為彈載交流電源（又稱逆變器）供電。系 統(tǒng)中兩種交流電源的切換采用控制電路加繼電器進(jìn)行。系統(tǒng)工 作時(shí)繼電器根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，將載機(jī)交流電源供電模 式切換到彈載交流電源的工作模式，如果繼電器工作不正常將 無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩種交流電源的正常切換，從而影響系統(tǒng)的正常工作。 1切換裝置工作原理

1.1控制電路工作原理

對(duì)繼電器切換控制采用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器線圈的工作方 式進(jìn)行，當(dāng)系統(tǒng)自檢正常，DSP根據(jù)相關(guān)的時(shí)序信號(hào)解算出 控制繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作的信號(hào)，使繼電器動(dòng)作將載機(jī)三相交 流電切換到彈載三相交流電對(duì)陀螺電機(jī)進(jìn)行供電。驅(qū)動(dòng)電路 如圖1所示。

圖1中，當(dāng)KZ5為高電平時(shí)，三極管V1導(dǎo)通，繼電器線 圈中有電流通過(guò)，則繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)作。

1.2 繼電器

電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片田等 組成的。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)在電磁力吸引啲作用 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)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之 消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸 點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(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。該系統(tǒng)中所使用繼電器 四組觸點(diǎn)中其中一組控制直流電源供電（DC/DC），逆變器工 作輸入電壓。另外三組觸點(diǎn)連接載機(jī)和彈載三相交流電，逆 變器工作輸出交流電壓。常閉觸點(diǎn)連接載機(jī)交流電源輸出的三 相交流電，常開(kāi)觸點(diǎn)連接彈載交流電源（逆變器）輸出的三相 交流電，公共觸點(diǎn)連接陀螺電機(jī)具體連接如表1所列。

表1繼電器觸點(diǎn)連接關(guān)系

當(dāng)繼電器線圈中有電流流過(guò)時(shí)，繼電器四組觸點(diǎn)同時(shí)動(dòng)作，不僅給逆變器進(jìn)行供電，而且將彈載交流電源輸出的三 相交流電給陀螺電機(jī)供電。保證了陀螺電機(jī)正常工作。

2故障現(xiàn)象及原因分析

2.1故障現(xiàn)象

在某階段制導(dǎo)系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試的過(guò)程中出現(xiàn)切換裝置工作 不正常，即首次工作后，再次上電逆變器直接啟動(dòng)，按照正常 時(shí)序，陀螺電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后系統(tǒng)才會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)使逆變器啟動(dòng)工作。

2.2原因分析

從切換裝置工作原理進(jìn)行分析，只有一種可能，即彈載 交流電源供電端直接供電才會(huì)出現(xiàn)變流機(jī)直接啟動(dòng)。最終確 定只有繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)粘連才會(huì)出現(xiàn)上述的故障現(xiàn)象。

為了分析繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)出現(xiàn)粘連的原因，現(xiàn)進(jìn)行如如 圖2所示的分析。

從圖2中可以看出，因繼電器負(fù)載如果是感性或容性等 儲(chǔ)能元件或是繼電器觸點(diǎn)負(fù)載能力不夠則是產(chǎn)生常開(kāi)觸點(diǎn)粘 連的主要原因。繼電器的技術(shù)指標(biāo)有：繼 電器型號(hào):JZX-16M；繼電器負(fù)載電流：0.1~10 A ；繼電器線圈電壓為：27 V ；繼電器觸點(diǎn) 工作壽命為：104次。

用電流探頭在系統(tǒng)上對(duì)繼電器給變流 機(jī)供電一組觸點(diǎn)進(jìn)行啟動(dòng)瞬間浪涌電流測(cè)試的測(cè)試結(jié)果如圖 3 所示。

從測(cè)試結(jié)果中可以看出，啟動(dòng)瞬間過(guò)沖電流最大值為 70 A，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了繼電器觸點(diǎn)能夠承受的負(fù)載電流（一般該種繼電器能夠承受過(guò)沖電流為負(fù)載電流的 4 倍）。顯然，啟動(dòng)電流過(guò)沖主要和繼電器的負(fù)載有關(guān)。所以，對(duì)繼電器帶有不同負(fù)載的情況進(jìn)行的試驗(yàn)分析如表 2 所列。

從表 2 中可以看出，當(dāng)繼電器帶有容性或感性負(fù)載時(shí)，則啟動(dòng)瞬間會(huì)有過(guò)沖電流產(chǎn)生。在反 L 型負(fù)載時(shí)相同電容狀態(tài)下，電感值增大對(duì)啟動(dòng)瞬間過(guò)沖電流有明顯的抑制作用。同時(shí)，對(duì)不同批次變流機(jī)輸入端電路進(jìn)行的分析如圖 4 所示。

當(dāng)繼電器負(fù)載為容性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)的帶負(fù)載能力會(huì)下降至額定阻性負(fù)載的 10% ～ 15%。因?yàn)閹菪载?fù)載時(shí)，觸點(diǎn)接通的瞬間，電容相當(dāng)于短路狀態(tài)，此時(shí)電源對(duì)電容進(jìn)行充電，電路中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流。沖擊電流的峰值和容性負(fù)載的容抗有關(guān)，容抗越大，沖擊電流的峰值就越大。此外，在接通瞬間，觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生回跳，觸點(diǎn)回跳時(shí)接觸穩(wěn)定性較差，也就意味著動(dòng)態(tài)接觸電阻會(huì)較穩(wěn)態(tài)時(shí)偏大，在大沖擊電流作用下容易引起熔融造成粘連。當(dāng)沖擊電流通過(guò)接觸位置時(shí)造成小范圍局部金屬熔化，沖擊電流通過(guò)后電流迅速下降使熔化的金屬冷卻，致使粘連。

3 解決措施及試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 解決措施

在繼電器觸點(diǎn)帶有較大容性負(fù)載時(shí)，其觸點(diǎn)相對(duì)比較容易產(chǎn)生粘連，且粘連情況與電容容量的大小有關(guān)系，對(duì)相同 型號(hào)的繼電器，電容的容量大，產(chǎn)生粘接的頻率和幾率也大図。 所以對(duì)一定容量的電路，換用觸點(diǎn)負(fù)載能力較大的繼電器，產(chǎn) 生故障的幾率和頻率也下降，粘接故障得到改善和克服。

在電路中接入限流電阻，可有效抑制電路中瞬時(shí)大電流 的產(chǎn)生?；蛘呤墙尤胙訒r(shí)電路或是其他時(shí)間控制電路，使繼 電器觸點(diǎn)穩(wěn)定后再接入負(fù)載電路也能有效緩解繼電器失效。

在考慮更改難易程度及空間體積的限制的條件下，最終 在繼電器與變流機(jī)輸入端串聯(lián)功率電阻和更換帶負(fù)載能力更 大繼電器方案。具體是：串聯(lián)電阻型號(hào)：RX24-10W-0.5Q； 同時(shí)更改前后繼電器指標(biāo)的對(duì)比如表3所列。

表3更改前后繼電器指標(biāo)對(duì)比

繼電器JQX-4015M是永磁激勵(lì)平衡力式結(jié)構(gòu)，不同于JZX-16M結(jié)構(gòu)，該種結(jié)果觸點(diǎn)力臂更短，抗負(fù)載過(guò)沖能力更強(qiáng), 一般抗浪涌能力為額定負(fù)載電流的6?8倍左右。

3.2試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)對(duì)上述原因的分析，并對(duì)采取的措施進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證, 其試驗(yàn)布局如圖5所示。

模擬實(shí)際工作時(shí)序，陀螺達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，切換繼電器, 電流脈沖峰值最大35 A，之后以穩(wěn)態(tài)電流工作。串聯(lián)電阻和 更換繼電器型號(hào)后電流脈沖峰值大大減小，在繼電器負(fù)載額 定電流5倍范圍內(nèi)，并對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行了上百次的切換試驗(yàn), 沒(méi)有故障發(fā)生。說(shuō)明該項(xiàng)措施有效。

4結(jié)語(yǔ)

目前該更改方案已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證, 該方案更改有效。

事實(shí)上，在工程中，使用繼電器進(jìn)行信號(hào)控制的切換方 式應(yīng)用越來(lái)越多，系統(tǒng)上電初態(tài)均有可能存在電流瞬間沖擊 現(xiàn)象。本文通過(guò)對(duì)某導(dǎo)引系統(tǒng)[10]中采用繼電器切換裝置的 實(shí)例，分析了在系統(tǒng)上電初態(tài)電流瞬間沖擊產(chǎn)生的故障機(jī)理, 并進(jìn)行改進(jìn)措施設(shè)計(jì)而且進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)該方法 在解決系統(tǒng)上電初態(tài)電流瞬間沖擊或是上電電流過(guò)沖的故障 分析具有一定的參考意義。

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