某制导系统中继电器常开触点粘连故障分析

引言

在某型导引系统中，位标器采用陀螺稳定平台式结构为了实现产品在挂飞状态陀螺电机的正常工作，必须先由载 机三相交流电源（115 V/400 Hz）进行供电，陀螺电机启动。 系统自检正常后切换为弹载交流电源（又称逆变器）供电。系 统中两种交流电源的切换采用控制电路加继电器进行。系统工 作时继电器根据控制信号进行动作，将载机交流电源供电模 式切换到弹载交流电源的工作模式，如果继电器工作不正常将 无法实现两种交流电源的正常切换，从而影响系统的正常工作。 1切换装置工作原理

1.1控制电路工作原理

对继电器切换控制采用三极管驱动继电器线圈的工作方 式进行，当系统自检正常，DSP根据相关的时序信号解算出 控制继电器触点动作的信号，使继电器动作将载机三相交 流电切换到弹载三相交流电对陀螺电机进行供电。驱动电路 如图1所示。

图1中，当KZ5为高电平时，三极管V1导通，继电器线 圈中有电流通过，则继电器触点进行动作。

1.2 继电器

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片田等 组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一 定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引啲作用 下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与 静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之 消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触 点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而 达到了在电路中的导通、切断的目的。该系统中所使用继电器 四组触点中其中一组控制直流电源供电（DC/DC），逆变器工 作输入电压。另外三组触点连接载机和弹载三相交流电，逆 变器工作输出交流电压。常闭触点连接载机交流电源输出的三 相交流电，常开触点连接弹载交流电源（逆变器）输出的三相 交流电，公共触点连接陀螺电机具体连接如表1所列。

表1继电器触点连接关系

当继电器线圈中有电流流过时，继电器四组触点同时动作，不仅给逆变器进行供电，而且将弹载交流电源输出的三 相交流电给陀螺电机供电。保证了陀螺电机正常工作。

2故障现象及原因分析

2.1故障现象

在某阶段制导系统样机调试的过程中出现切换装置工作 不正常，即首次工作后，再次上电逆变器直接启动，按照正常 时序，陀螺电机达到一定转速后系统才会产生相应控制信号使逆变器启动工作。

2.2原因分析

从切换装置工作原理进行分析，只有一种可能，即弹载 交流电源供电端直接供电才会出现变流机直接启动。最终确 定只有继电器常开触点粘连才会出现上述的故障现象。

为了分析继电器常开触点出现粘连的原因，现进行如如 图2所示的分析。

从图2中可以看出，因继电器负载如果是感性或容性等 储能元件或是继电器触点负载能力不够则是产生常开触点粘 连的主要原因。继电器的技术指标有：继 电器型号:JZX-16M；继电器负载电流：0.1~10 A ；继电器线圈电压为：27 V ；继电器触点 工作寿命为：104次。

用电流探头在系统上对继电器给变流 机供电一组触点进行启动瞬间浪涌电流测试的测试结果如图 3 所示。

从测试结果中可以看出，启动瞬间过冲电流最大值为 70 A，已经远远超过了继电器触点能够承受的负载电流（一般该种继电器能够承受过冲电流为负载电流的 4 倍）。显然，启动电流过冲主要和继电器的负载有关。所以，对继电器带有不同负载的情况进行的试验分析如表 2 所列。

从表 2 中可以看出，当继电器带有容性或感性负载时，则启动瞬间会有过冲电流产生。在反 L 型负载时相同电容状态下，电感值增大对启动瞬间过冲电流有明显的抑制作用。同时，对不同批次变流机输入端电路进行的分析如图 4 所示。

当继电器负载为容性负载时，触点的带负载能力会下降至额定阻性负载的 10% ～ 15%。因为带容性负载时，触点接通的瞬间，电容相当于短路状态，此时电源对电容进行充电，电路中会产生很大的冲击电流。冲击电流的峰值和容性负载的容抗有关，容抗越大，冲击电流的峰值就越大。此外，在接通瞬间，触点会产生回跳，触点回跳时接触稳定性较差，也就意味着动态接触电阻会较稳态时偏大，在大冲击电流作用下容易引起熔融造成粘连。当冲击电流通过接触位置时造成小范围局部金属熔化，冲击电流通过后电流迅速下降使熔化的金属冷却，致使粘连。

3 解决措施及试验验证

3.1 解决措施

在继电器触点带有较大容性负载时，其触点相对比较容易产生粘连，且粘连情况与电容容量的大小有关系，对相同 型号的继电器，电容的容量大，产生粘接的频率和几率也大図。 所以对一定容量的电路，换用触点负载能力较大的继电器，产 生故障的几率和频率也下降，粘接故障得到改善和克服。

在电路中接入限流电阻，可有效抑制电路中瞬时大电流 的产生。或者是接入延时电路或是其他时间控制电路，使继 电器触点稳定后再接入负载电路也能有效缓解继电器失效。

在考虑更改难易程度及空间体积的限制的条件下，最终 在继电器与变流机输入端串联功率电阻和更换带负载能力更 大继电器方案。具体是：串联电阻型号：RX24-10W-0.5Q； 同时更改前后继电器指标的对比如表3所列。

表3更改前后继电器指标对比

继电器JQX-4015M是永磁激励平衡力式结构，不同于JZX-16M结构，该种结果触点力臂更短，抗负载过冲能力更强, 一般抗浪涌能力为额定负载电流的6〜8倍左右。

3.2试验验证

根据对上述原因的分析，并对采取的措施进行试验验证, 其试验布局如图5所示。

模拟实际工作时序，陀螺达到稳定转速后，切换继电器, 电流脉冲峰值最大35 A，之后以稳态电流工作。串联电阻和 更换继电器型号后电流脉冲峰值大大减小，在继电器负载额 定电流5倍范围内，并对试验产品进行了上百次的切换试验, 没有故障发生。说明该项措施有效。

4结语

目前该更改方案已经应用到实际产品中，经过试验验证, 该方案更改有效。

事实上，在工程中，使用继电器进行信号控制的切换方 式应用越来越多，系统上电初态均有可能存在电流瞬间冲击 现象。本文通过对某导引系统[10]中采用继电器切换装置的 实例，分析了在系统上电初态电流瞬间冲击产生的故障机理, 并进行改进措施设计而且进行了试验验证。实验数据该方法 在解决系统上电初态电流瞬间冲击或是上电电流过冲的故障 分析具有一定的参考意义。

20211121_619a00076da82__某制导系统中继电器常开触点粘连故障分析