某制導(dǎo)系統(tǒng)中繼電器常開觸點粘連故障分析

引言

在某型導(dǎo)引系統(tǒng)中，位標器采用陀螺穩(wěn)定平臺式結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)產(chǎn)品在掛飛狀態(tài)陀螺電機的正常工作，必須先由載 機三相交流電源（115 V/400 Hz）進行供電，陀螺電機啟動。 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行。系統(tǒng)工 作時繼電器根據(jù)控制信號進行動作，將載機交流電源供電模 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 無法實現(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

對繼電器切換控制采用三極管驅(qū)動繼電器線圈的工作方 式進行，當系統(tǒng)自檢正常，DSP根據(jù)相關(guān)的時序信號解算出 控制繼電器觸點動作的信號，使繼電器動作將載機三相交 流電切換到彈載三相交流電對陀螺電機進行供電。驅(qū)動電路 如圖1所示。

圖1中，當KZ5為高電平時，三極管V1導(dǎo)通，繼電器線 圈中有電流通過，則繼電器觸點進行動作。

1.2 繼電器

電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片田等 組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一 定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引啲作用 下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與 靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之 消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸 點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而 達到了在電路中的導(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。另外三組觸點連接載機和彈載三相交流電，逆 變器工作輸出交流電壓。常閉觸點連接載機交流電源輸出的三 相交流電，常開觸點連接彈載交流電源（逆變器）輸出的三相 交流電，公共觸點連接陀螺電機具體連接如表1所列。

表1繼電器觸點連接關(guān)系

當繼電器線圈中有電流流過時，繼電器四組觸點同時動作，不僅給逆變器進行供電，而且將彈載交流電源輸出的三 相交流電給陀螺電機供電。保證了陀螺電機正常工作。

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)樣機調(diào)試的過程中出現(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，按照正常 時序，陀螺電機達到一定轉(zhuǎn)速后系統(tǒng)才會產(chǎn)生相應(yīng)控制信號使逆變器啟動工作。

2.2原因分析

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

為了分析繼電器常開觸點出現(xiàn)粘連的原因，現(xiàn)進行如如 圖2所示的分析。

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

用電流探頭在系統(tǒng)上對繼電器給變流 機供電一組觸點進行啟動瞬間浪涌電流測試的測試結(jié)果如圖 3 所示。

從測試結(jié)果中可以看出，啟動瞬間過沖電流最大值為 70 A，已經(jīng)遠遠超過了繼電器觸點能夠承受的負載電流（一般該種繼電器能夠承受過沖電流為負載電流的 4 倍）。顯然，啟動電流過沖主要和繼電器的負載有關(guān)。所以，對繼電器帶有不同負載的情況進行的試驗分析如表 2 所列。

從表 2 中可以看出，當繼電器帶有容性或感性負載時，則啟動瞬間會有過沖電流產(chǎn)生。在反 L 型負載時相同電容狀態(tài)下，電感值增大對啟動瞬間過沖電流有明顯的抑制作用。同時，對不同批次變流機輸入端電路進行的分析如圖 4 所示。

當繼電器負載為容性負載時，觸點的帶負載能力會下降至額定阻性負載的 10% ～ 15%。因為帶容性負載時，觸點接通的瞬間，電容相當于短路狀態(tài)，此時電源對電容進行充電，電路中會產(chǎn)生很大的沖擊電流。沖擊電流的峰值和容性負載的容抗有關(guān)，容抗越大，沖擊電流的峰值就越大。此外，在接通瞬間，觸點會產(chǎn)生回跳，觸點回跳時接觸穩(wěn)定性較差，也就意味著動態(tài)接觸電阻會較穩(wěn)態(tài)時偏大，在大沖擊電流作用下容易引起熔融造成粘連。當沖擊電流通過接觸位置時造成小范圍局部金屬熔化，沖擊電流通過后電流迅速下降使熔化的金屬冷卻，致使粘連。

3 解決措施及試驗驗證

3.1 解決措施

在繼電器觸點帶有較大容性負載時，其觸點相對比較容易產(chǎn)生粘連，且粘連情況與電容容量的大小有關(guān)系，對相同 型號的繼電器，電容的容量大，產(chǎn)生粘接的頻率和幾率也大図。 所以對一定容量的電路，換用觸點負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大電流 的產(chǎn)生?；蛘呤墙尤胙訒r電路或是其他時間控制電路，使繼 電器觸點穩(wěn)定后再接入負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 在繼電器與變流機輸入端串聯(lián)功率電阻和更換帶負載能力更 大繼電器方案。具體是：串聯(lián)電阻型號：RX24-10W-0.5Q； 同時更改前后繼電器指標的對比如表3所列。

表3更改前后繼電器指標對比

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

3.2試驗驗證

根據(jù)對上述原因的分析，并對采取的措施進行試驗驗證, 其試驗布局如圖5所示。

模擬實際工作時序，陀螺達到穩(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 更換繼電器型號后電流脈沖峰值大大減小，在繼電器負載額 定電流5倍范圍內(nèi)，并對試驗產(chǎn)品進行了上百次的切換試驗, 沒有故障發(fā)生。說明該項措施有效。

4結(jié)語

目前該更改方案已經(jīng)應(yīng)用到實際產(chǎn)品中，經(jīng)過試驗驗證, 該方案更改有效。

事實上，在工程中，使用繼電器進行信號控制的切換方 式應(yīng)用越來越多，系統(tǒng)上電初態(tài)均有可能存在電流瞬間沖擊 現(xiàn)象。本文通過對某導(dǎo)引系統(tǒng)[10]中采用繼電器切換裝置的 實例，分析了在系統(tǒng)上電初態(tài)電流瞬間沖擊產(chǎn)生的故障機理, 并進行改進措施設(shè)計而且進行了試驗驗證。實驗數(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沖的故障 分析具有一定的參考意義。

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