一、前言

    開關電器，尤其是低壓電器，是電氣自動化設備不可缺少的元件，其可靠性至關重要。產品的可靠性是指產品在規定的條件下及規定的時間內完成規定功能的能力。可靠性是產品的重要質量特征，它不同于產品的功能指標及其它質量指標。它隨時間的推移而變化，表示了產品的耐久性、無故障性和有效性等特征。

    隨著低壓電器產品容量的增大，使用的范圍也變得更為廣泛，從而導致產品、部件及組成的設備或系統發生故障的機會增加，造成的經濟損失也在加劇。因此，提高開關電器的可靠性水平，是電器行業一個緊迫而又嚴峻的任務。在許多使用場合，用戶已不滿足于“產品質量可靠”這種模糊的說法，而要求對產品可靠性有明確的定量指標。因此科學的建立在可靠性理論基礎上的可靠性試驗的方法便顯得尤為重要。作為一個范例，本文的方法同樣可用于其它電氣組件以及電氣系統的可靠性分析。

二、可靠性試驗方法及失效判據

    3TB40交流接觸器輔助觸頭的可靠性試驗是在多功能繼電器、接觸器可靠性微機試驗系統上進行的。隨機抽取某廠生產的16臺具有2常開和2常閉輔助觸頭的3TB40產品，在線監測觸頭壓降、線圈電流和動作時間。

    （一）試驗方法

    觸頭壓降監測是通過D/A轉換器給出觸頭壓降的門限值，將此值和實際的觸頭壓降值比較，當實際的觸頭壓降值低于門限值時，判定為觸頭接觸良好，試品的觸頭此次監測合格。否則，判定為觸頭接觸不良，試品的觸頭此次監測不合格。線圈電流監測首先通過電阻將電流信號轉換為電壓信號，然后與D/A轉換器給出觸頭壓降的門限值比較，得出線圈電流的監測結果。試品的吸合時間和復位時間監測是通過8253定時器定時，給出試品吸合時間和復位時間的標準門限值，當標準時間門限值到時，定時器計數脈沖歸零，并發出信號，計算機接到信號后發出命令，監測觸頭壓降。若觸頭壓降合格，判為試品吸合時間或復位時間合格，否則，判為試品吸合時間或復位時間長。

    （二）試驗條件

    每個輔助觸頭回路施加24V直流電壓，串接240Ω電阻，即輔助觸頭回路的電流大約 100mA。連續試驗的操作頻率為7200次/小時。

    試驗截止時間位30萬次，是一次定時截尾的壽命試驗。

    （三）失效判據

    多功能繼電器、接觸器可靠性微機試驗系統在線監測觸頭壓降、線圈電流和動作時間。將監測結果與失效判據（標準的門檻值）比較，給出試品此次是否合格的結論。

三、試驗結果及失效分析

    （一）失效分析

    當產品的壽命服從指數分布時，其失效率估算有二種方法：

    點估計法 λ=γ/T

    失效率按下式估算：式中，T—總試驗時間（次數） γ—試驗過程中試品失效數 　　　

    在無替換定時截尾壽命試驗中，總試驗時間為：式中，n—試品總數 ti—第i臺試品的失效時間（次數）t0—試驗截止時間 　　　　　　　　　

    （二）區間估計法

    區間估計有兩種形式：單邊估計和雙邊估計。對于單邊估計，失效率的估計區間為：

    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分布下的下側分位數對于雙邊估計，失效率的估計區間為：式中，X20.2（2γ）—自由度為2γ，置信度為0.2（α/2=0.2）的X2分布下的上側分位數
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）下側分位數

    對于指數分布，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：　　　　　　　　　

    將試驗的結果數據代入式（1）～（10），得到了3TB40交流接觸器的可靠性特征量，見表5。同時，根據試驗數據，用威布爾概率估算其形狀參數m，得m=0.95≈1.0。故可認為其壽命失效服從指數分布，用指數分布估算其可靠性特征量是有效的。

    （四）失效機理

    試驗結果可知，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構可靠性水平較高，動作時間沒有超標，機構沒有發生故障。

    2．3TB40交流接觸器的輔助觸頭出現多次接觸失效。這是因為在試驗過程中，觸頭負載電壓為直流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，導致接觸壓降增大，觸頭出現了接觸失效。

    3．輔助觸頭的接觸失效可能是材質缺陷造成的。由表2可知，第七個試品的第二個常開觸頭（即7.2K）在44796～123215次范圍內，故障類型均為接觸故障三檔。其形成機理可能是膜電阻，也可能是觸頭材料中的雜質或材質不均所引起的。又如15 2B，接觸壓降不穩定，這也反映了接觸壓降Rj很不穩定。

    4．在試驗過程中發現，有故障的觸頭，歷經104次通斷后，故障消失，或故障出現的頻數大大地減小。這一現象可能是由于通斷過程中的機械沖擊力和火花放電（輝光放電）清理了觸頭表面無機膜、塵埃膜和表面雜質等。尤其是機械力和電熱效應使觸頭表面得以調質處理，使觸頭在機械加工過程中形成的表面應力得以消除或改善，提高了導熱能力，改善了表面接觸情況，使接觸電阻下降。

四、結論

    本文介紹了3TB－40交流接觸器輔助觸頭的可靠性試驗方法及失效判據。通過試驗監測的結果，對其可靠性進行了試驗研究，給出了可靠性的特征指標。找出了影響產品可靠性指標的主要因素。對產品的失效機理進行了探討。為接觸器的可靠性設計提供參考。針對此批3TB－40交流接觸器輔助觸頭，得出以下結論：

    1．產品的壽命失效分布服從規律指數分布；

    2．電磁機構可靠性水平較高。動作時間沒有超標，機構沒有發生故障；

    3．輔助觸頭出現多次接觸失效。主要是輔助觸頭的膜電阻Rj大、輔助觸頭的材質有缺陷造成的；

    4．機械力和電熱效應會使觸頭表面得以調質處理，改善了表面接觸情況，使接觸電阻下降.