弱电开关接点的降磨设计

弱电开关接点的降磨设计

张晓 ,吕老仔 ,周阮国

温州市麦特力克电器有限公司  浙江温州 325609

摘要：

针对现有弱电开关控制器使用过程中存在的控制精度较低、性能较差等问题，对弱电开关控制系统进行优化升级改进。在对现有弱电开关控制器现状进行研究的基础上，通过对控制器结构组成及功能分析，从控制器硬件系统开展弱电开关控制器的优化改进研究。该设计对提高设备运行故障的远程监控能力和工作效率具有重要意义，也可为后期弱电开关控制器的综合控制性能的提升提供有利的参考支撑。

关键词：煤矿;弱电开关;控制器;

电子设备弱电开关接点(以下简称接点)是通过施加一定的外力,借助金属接点通断或转换电路的元件。因其结构简单、使用可靠,应用十分广泛。

接点在工作过程中磨损到一定程度,就会使电子设备失效,成为制约电子设备可靠性的重要因素之一。尽管接点的磨损不可避免,但完善的接点降磨损设计却可以将接点的磨损降到最低限度,从而保证电子设备在使用寿命期内可靠地工作。因此,这项设计技术受到高度重视。

1 井下低压供电系统结构

随着经济发展，为满足日常生产所需电压，矿井不断升级自身供电系统，系统内的电压等级、装机容量等持续扩大。综采设备的装机容量可以实现2 500 kW，电压也逐渐提升到3 300 V。矿井中为了实现低压电网的持续供电，采取了变电站结合放射式供电的模式。低压供电系统的构造包含了五个部分：变压器；分支弱电开关；总弱电开关；磁力启动装置；高压配电设备。在低压供电电网工作的过程中，系统主要维持三个状态。本文主要针对其故障状态及异常状态进行详细分析。

2 开关的金属表面

粗糙度是对金属表面高低不平程度的评价,如果放大金属表面,可以看到许许多多象地球表面的山峰和山谷,对于波长很短的微观峰谷的不平度称为微观粗糙度,对于波长很长的宏观峰谷的不平度则称宏观粗糙度<也称波度),微观粗糙度和会观粗糙度就构成了实际的金属表面。

化学吸附是一种很复杂的过程,它不仅与气体种类有关,还与金属的物理性质有密切的关系。化学吸附层形成之后,气体继续与金属作用,形成化合物,其键能比化学吸附能要大得多。在金属表面膜层达到一定厚度,化合物的生成主要依赖于扩散,大多数是金属原子通过膜层向金属表面扩散,然后与化学吸附层中的气体离子相结合生成化合物,而化学吸附层中的金属则与新的气体原子结合,少数情况则是气体原子向金属方向扩散。

3接点磨损的物理机理

由物理作用产生的接点磨损有以下几种类型:

3.1机械磨损

接点在闭合过程中,因接点间的摩擦而产生的磨损。

3.2微振磨损

接点在闭合状态下因热膨胀、电磁感应或振动、摆动,使接点间产生往复式相对运动而导致的磨损。

3.3电磨损

接点在断开过程中,分断较大的工作电流时,接点间会产生电弧放电;而分断较小的工作电流时,接点间又会产生火花放电。另一方面,接点在闭合过程中,因接点的碰撞产生回跳,也会产生接点间的电弧或火花放电。接点因电弧或火花放电使接点表面受到损伤而产生的磨损即称为电磨损。

4.影响接点磨损的因紊及降磨设计

在接点结构设计中,影响接点磨损的因素较多,主要应从以下几个方面考虑:

4.1接点的接触形式

接点的接触形式主要有3种:点接触、线接触和面接触.在相同的接点接触压力下,点接触的接触面积最小,故压强最大,最易磨损。因此,就机械磨损而言,线接触优于点接触,而面接触又优于线接触。功率较大的电子设备则多采用面接触.

4.2接点表面粗糙度.接点表面粗糙度高,机械磨损和电磨损大,接触表面粗糙度过低,会增大接点的接触电阻和成本。一般接点表面粗糙度参数值以Ral.25~0.63拜m为宜。

4.3接点材料。选用接点材料在降磨损设计中,着重考虑材料的抗机械磨损和电磨损性能,并尽量降低成本。

早期的接点多采用铂金属,因价格昂贵被把、银取代,目前多采用把银合金或金镍合金等材料,以改善抗机械磨损、微振磨损和电磨损性能。另一方面,动静接点还应尽量采用同一种金属材料,避免因热膨胀系数不同而加剧微振磨损。

4.4接点压力

接点接触压力大,可抑制微振磨损,但会增大机械磨损。接点接触压力小,电接触性能变坏。设计时一般接点接触压力值选取中等偏上。

4.5接点的密封性

敞开式接点结构最易受尘埃、有害气体的侵蚀,故多采用密封式接点结构,保持接点的洁净,减少磨损。

4.6接点回跳

接点回跳不仅会增大机械磨损还会增大电磨损。良好的接点结构设计,可减小接点回跳,其主要方法是:1)接点的簧片应具有适宜的厚度,其刚度不宜过小;2)簧片应避免采用过长的悬臂梁结构形式.以减小或抑制接点的抖动;3)簧片应具有良好的弹性,使回跳得以缓冲。这些措施都可减小接点回跳,同时对微振磨损也有所改普。

4.7摘片材料

赞片的弹性是选择黄片材料的主要特征t,一般多采用铜荃合金材料,如锡磷青铜和锌白铜金属。其中锌白铜性能优于锡磷青铜。8.熄弧设计.由于弱电接点分断的电流较小,一般不豁要设计专门的熄弧装t,主要是依靠设计合理的接点开距来保证.从而减小电磨损。

5电路及工艺设计

5.1电路设计

接点降磨损在电路设计中主要是熄火花设计,特别是在感性负载电路中,不可忽视。

熄火花放电设计多采用RC电路与接点并接,或采用二极管电路消除电火花放电,用以降低接点的电损。但RC参数值要合理,二极管的极向要正确,否则不但不能熄灭火花,反而会使磨损加剧。只有当工作电流很小时才可不考虑熄火花的电路设计。

5.2工艺设计

除在接点的结构和电路采用降磨损设计外,还应进行工艺降磨损设计。

l)簧片的稳定性处理工艺。簧片经冷加工硬化后,其内部仍残留一定的应力,使簧片产生时效变形,影响接点的开距和压力等,使接点的磨损增大,故应对簧片进行稳定性处理。采用温度人工时效或振动人工时效等新工艺技术,可消除、降低或均化簧片的残余应力,从而达到强化簧片基体、增强变形抗力,提高尺寸精度和稳定性的目的。

2)接点中间层镀镍工艺。在接点表面与基体之间,预先镀一层镍中间层。因镍的硬度高,使接点表面的中间层具有较硬的支撑面,可提高接点表面较软的贵金属的耐机械磨损性能。

3)接点润滑。传统的接点是在无润滑的状态下工作,对改善接点的机械磨损、微振磨损和电磨损十分不利。对此,国内外学者进行了广泛深入的研究,相继提出了液体和固体润滑理论,并研制出了一系列液态、油膏态(半固态)和固态接点润滑剂,使接点润滑在理论和实践上都有了突破性的进展。不论是液态和固态接点润滑剂均可极大地降低接点的机械磨损、微振磨损和电磨损。

结论

本文选择矿井之内的低压供电系统来开展研究，先后开发了关于弱电开关保护装置的软硬件设计。首先，关于硬件设计，其中主要包含了电源、通信、模拟量采集等多个板块，并研发了相应的变压器电路及系统，以实现抗干扰的作用；其次，关于软件设计，其所涉及到的板块主要有数据收集及分析、人机交互、故障保护等，本文仅仅对软件设计中的主程序及故障保护等板块进行阐述，研究了主程序的具体实施流程及漏电故障的保护流程等，以期推动煤矿行业的发展。

参考文献

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