一、前言 開(kāi)關(guān)電器，尤其是低壓電器，是電氣自動(dòng)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。可靠性是產(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(wú)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(huì)增加，造成的經(jīng)濟(jì)損失也在加劇。因此，提高開(kāi)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(chǎng)合，用戶已不滿足于“產(chǎn)品質(zhì)量可靠”這種模糊的說(shuō)法，而要求對(duì)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(tái)具有2常開(kāi)和2常閉輔助觸頭的3TB40產(chǎn)品，在線監(jiān)測(cè)觸頭壓降、線圈電流和動(dòng)作時(shí)間。 （一）試驗(yàn)方法 觸頭壓降監(jiān)測(cè)是通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器給出觸頭壓降的門(mén)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(mén)限值時(shí)，判定為觸頭接觸良好，試品的觸頭此次監(jiān)測(cè)合格。否則，判定為觸頭接觸不良，試品的觸頭此次監(jiān)測(cè)不合格。線圈電流監(jiān)測(cè)首先通過(guò)電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后與D/A轉(zhuǎn)換器給出觸頭壓降的門(mén)限值比較，得出線圈電流的監(jiān)測(cè)結(jié)果。試品的吸合時(shí)間和復(fù)位時(shí)間監(jiān)測(cè)是通過(guò)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(mén)限值，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間門(mén)限值到時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖歸零，并發(fā)出信號(hào)，計(jì)算機(jī)接到信號(hào)后發(fā)出命令，監(jiān)測(cè)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(zhǎng)。 （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(wàn)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(cè)觸頭壓降、線圈電流和動(dòng)作時(shí)間。將監(jiān)測(cè)結(jié)果與失效判據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)的門(mén)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(guò)程中試品失效數(shù) 　　　 在無(wú)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(tái)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：?jiǎn)芜吂烙?jì)和雙邊估計(jì)。對(duì)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(duì)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(duì)于指數(shù)分布，失效率估算出來(lái)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(jiàn)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(jiàn)： 1．3TB40交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)可靠性水平較高，動(dòng)作時(shí)間沒(méi)有超標(biāo)，機(jī)構(gòu)沒(méi)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(guò)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(guò)程中不會(huì)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(kāi)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)作時(shí)間沒(méi)有超標(biāo)，機(jī)構(gòu)沒(méi)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(huì)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；