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基于可靠性理論的交流接觸器可靠性試驗(yàn)研究

時(shí)間:2008-06-12 09:01:00來源:fenghy

導(dǎo)語:?本文介紹了3TB-40交流接觸器輔助觸頭的可靠性試驗(yàn)方法及失效判據(jù)。
一、前言 開關(guān)電器,尤其是低壓電器,是電氣自動化設(shè)備不可缺少的元件,其可靠性至關(guān)重要。產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力??煽啃允钱a(chǎn)品的重要質(zhì)量特征,它不同于產(chǎn)品的功能指標(biāo)及其它質(zhì)量指標(biāo)。它隨時(shí)間的推移而變化,表示了產(chǎn)品的耐久性、無故障性和有效性等特征。 隨著低壓電器產(chǎn)品容量的增大,使用的范圍也變得更為廣泛,從而導(dǎo)致產(chǎn)品、部件及組成的設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生故障的機(jī)會增加,造成的經(jīng)濟(jì)損失也在加劇。因此,提高開關(guān)電器的可靠性水平,是電器行業(yè)一個(gè)緊迫而又嚴(yán)峻的任務(wù)。在許多使用場合,用戶已不滿足于“產(chǎn)品質(zhì)量可靠”這種模糊的說法,而要求對產(chǎn)品可靠性有明確的定量指標(biāo)。因此科學(xué)的建立在可靠性理論基礎(chǔ)上的可靠性試驗(yàn)的方法便顯得尤為重要。作為一個(gè)范例,本文的方法同樣可用于其它電氣組件以及電氣系統(tǒng)的可靠性分析。 二、可靠性試驗(yàn)方法及失效判據(jù) 3TB40交流接觸器輔助觸頭的可靠性試驗(yàn)是在多功能繼電器、接觸器可靠性微機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行的。隨機(jī)抽取某廠生產(chǎn)的16臺具有2常開和2常閉輔助觸頭的3TB40產(chǎn)品,在線監(jiān)測觸頭壓降、線圈電流和動作時(shí)間。 (一)試驗(yàn)方法 觸頭壓降監(jiān)測是通過D/A轉(zhuǎn)換器給出觸頭壓降的門限值,將此值和實(shí)際的觸頭壓降值比較,當(dāng)實(shí)際的觸頭壓降值低于門限值時(shí),判定為觸頭接觸良好,試品的觸頭此次監(jiān)測合格。否則,判定為觸頭接觸不良,試品的觸頭此次監(jiān)測不合格。線圈電流監(jiān)測首先通過電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,然后與D/A轉(zhuǎn)換器給出觸頭壓降的門限值比較,得出線圈電流的監(jiān)測結(jié)果。試品的吸合時(shí)間和復(fù)位時(shí)間監(jiān)測是通過8253定時(shí)器定時(shí),給出試品吸合時(shí)間和復(fù)位時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)門限值,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間門限值到時(shí),定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖歸零,并發(fā)出信號,計(jì)算機(jī)接到信號后發(fā)出命令,監(jiān)測觸頭壓降。若觸頭壓降合格,判為試品吸合時(shí)間或復(fù)位時(shí)間合格,否則,判為試品吸合時(shí)間或復(fù)位時(shí)間長。 (二)試驗(yàn)條件 每個(gè)輔助觸頭回路施加24V直流電壓,串接240Ω電阻,即輔助觸頭回路的電流大約 100mA。連續(xù)試驗(yàn)的操作頻率為7200次/小時(shí)。 試驗(yàn)截止時(shí)間位30萬次,是一次定時(shí)截尾的壽命試驗(yàn)。 (三)失效判據(jù) 多功能繼電器、接觸器可靠性微機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)在線監(jiān)測觸頭壓降、線圈電流和動作時(shí)間。將監(jiān)測結(jié)果與失效判據(jù)(標(biāo)準(zhǔn)的門檻值)比較,給出試品此次是否合格的結(jié)論。 三、試驗(yàn)結(jié)果及失效分析 (一)失效分析 當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布時(shí),其失效率估算有二種方法: 點(diǎn)估計(jì)法 λ=γ/T 失效率按下式估算:式中,T—總試驗(yàn)時(shí)間(次數(shù)) γ—試驗(yàn)過程中試品失效數(shù)     在無替換定時(shí)截尾壽命試驗(yàn)中,總試驗(yàn)時(shí)間為:式中,n—試品總數(shù) ti—第i臺試品的失效時(shí)間(次數(shù))t0—試驗(yàn)截止時(shí)間           (二)區(qū)間估計(jì)法 區(qū)間估計(jì)有兩種形式:單邊估計(jì)和雙邊估計(jì)。對于單邊估計(jì),失效率的估計(jì)區(qū)間為: λL=00式中,X206(2γ+2)—自由度為2γ+2,置信度為0.6(1-α=0.6)的X2分布下的下側(cè)分位數(shù)對于雙邊估計(jì),失效率的估計(jì)區(qū)間為:式中,X20.2(2γ)—自由度為2γ,置信度為0.2(α/2=0.2)的X2分布下的上側(cè)分位數(shù) X20.8(2γ+2)—自由度為2γ+2,置信度為 0.8(1-α/2=0.8)的X2分布下的 (三)下側(cè)分位數(shù) 對于指數(shù)分布,失效率估算出來以后,其它特征量即可求出: 可靠度:R(t)=e-μλt      平均壽命:可靠壽命:中位壽命:          將試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)代入式(1)~(10),得到了3TB40交流接觸器的可靠性特征量,見表5。同時(shí),根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),用威布爾概率估算其形狀參數(shù)m,得m=0.95≈1.0。故可認(rèn)為其壽命失效服從指數(shù)分布,用指數(shù)分布估算其可靠性特征量是有效的。 (四)失效機(jī)理 試驗(yàn)結(jié)果可知,試品的失效模式只有一種,即觸頭的接觸失效。由此可見: 1.3TB40交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)可靠性水平較高,動作時(shí)間沒有超標(biāo),機(jī)構(gòu)沒有發(fā)生故障。 2.3TB40交流接觸器的輔助觸頭出現(xiàn)多次接觸失效。這是因?yàn)樵谠囼?yàn)過程中,觸頭負(fù)載電壓為直流24V,電流100mA。電流低于銀觸頭的起弧電流,故在通電過程中不會形成電弧放電。由于輔助觸頭在空氣中的氧化,使得輔助觸頭的膜電阻Rj增大,導(dǎo)致接觸壓降增大,觸頭出現(xiàn)了接觸失效。 3.輔助觸頭的接觸失效可能是材質(zhì)缺陷造成的。由表2可知,第七個(gè)試品的第二個(gè)常開觸頭(即7.2K)在44796~123215次范圍內(nèi),故障類型均為接觸故障三檔。其形成機(jī)理可能是膜電阻,也可能是觸頭材料中的雜質(zhì)或材質(zhì)不均所引起的。又如15 2B,接觸壓降不穩(wěn)定,這也反映了接觸壓降Rj很不穩(wěn)定。 4.在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),有故障的觸頭,歷經(jīng)104次通斷后,故障消失,或故障出現(xiàn)的頻數(shù)大大地減小。這一現(xiàn)象可能是由于通斷過程中的機(jī)械沖擊力和火花放電(輝光放電)清理了觸頭表面無機(jī)膜、塵埃膜和表面雜質(zhì)等。尤其是機(jī)械力和電熱效應(yīng)使觸頭表面得以調(diào)質(zhì)處理,使觸頭在機(jī)械加工過程中形成的表面應(yīng)力得以消除或改善,提高了導(dǎo)熱能力,改善了表面接觸情況,使接觸電阻下降。 四、結(jié)論 本文介紹了3TB-40交流接觸器輔助觸頭的可靠性試驗(yàn)方法及失效判據(jù)。通過試驗(yàn)監(jiān)測的結(jié)果,對其可靠性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,給出了可靠性的特征指標(biāo)。找出了影響產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的主要因素。對產(chǎn)品的失效機(jī)理進(jìn)行了探討。為接觸器的可靠性設(shè)計(jì)提供參考。針對此批3TB-40交流接觸器輔助觸頭,得出以下結(jié)論: 1.產(chǎn)品的壽命失效分布服從規(guī)律指數(shù)分布; 2.電磁機(jī)構(gòu)可靠性水平較高。動作時(shí)間沒有超標(biāo),機(jī)構(gòu)沒有發(fā)生故障; 3.輔助觸頭出現(xiàn)多次接觸失效。主要是輔助觸頭的膜電阻Rj大、輔助觸頭的材質(zhì)有缺陷造成的; 4.機(jī)械力和電熱效應(yīng)會使觸頭表面得以調(diào)質(zhì)處理,改善了表面接觸情況,使接觸電阻下降;

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