交流接触器无法合闸故障研究

交流接触器无法合闸故障研究

孔译庆 宋启榤  邵亚松  熊浩

中国人民解放军95662部队  西藏自治区拉萨市 850033

摘要：某型装备是新一代无人值守装备，采用了大量技术先进、集成度高的设备和模块，这对装备保障提出了更高的要求。本文结合某型装备在使用交流接触器时不能合闸的故障案例，对交流接触器故障机理进行了深入研究，提出了一种故障定位、故障消除的解决方法。实际测试验证,在相同条件下故障复现，通过文中方法则能完全消除故障。

1. 引言

交流接触器是一种低压控制电路，用于接通、分断线路或频繁的控制电动机等设备运行，并能有效的减少电路故障对整个电网的影响。以某型先进装备为例，在接入市电时，通过交流接触器，可以频繁接通或断开市电，既能保障装备的正常运行，又能防止装备的故障对电网造成影响。因此，交流接触器在保障设备正常运行和保护电网方面，具有重要的作用，从而有着广泛的应用 [1,2]。本文结合某型先进装备在使用交流接触器时遇到故障不能合闸，装备不能正常运行的案例，对故障定位、故障机理进行了深入分析，能复现故障，并给出了一种故障消除方法。

2.交流接触器合闸原理

2-120GC-B3.a供电系统市电供电交流接触器的控制链路如图1所示，远控端发送控制信号到本地嵌入式工控机中，之后经过两级交换机传输到采集卡，采集卡将控制信号传输到相应的控制继电器中实现接触器的合分闸，通讯方式采用TCP/IP。

图1 供电系统控制链路

3.故障现象

某装备配套2-120GC-B3.a供电系统（以下简称“供电系统”），在开机过程中,通过远控端综合监控界面操作市电供电开关进行合闸，无反馈回复，并且市电开关后端无电压。

4.无法合闸故障消除方法

4.1故障定位

造成交流接触器无法合闸的故障树如图2所示。

图2 交流接触器无法合闸故障树

针对故障树的每个事件进行原因分析和故障排查：

1、关于底事件G301远控端未发出信号造成接触器无法合闸的分析。

在远控端操作交流接触器合分闸按钮，在本控触摸屏上的数据库中可以查看到已经接收到了相应的控制信号，因此可以排除该原因。

2、关于底事件G302工控机未发出信号造成接触器无法合闸的分析。

在远控端操作交流接触器合分闸按钮，然后用万用表测量第二个分布式模块的DO2和DO3位置有相应的高电平出现，说明工控机发出了相应的合分闸信号，因此可以排除该原因。

3、关于底事件G303接触器线圈未接收到信号而造成接触器无法合闸的分析。

在远控端操作交流接触器合闸按钮，然后用万用表测量接触器线圈两端即546号线和N4号线之间的电压，测到电压为220V左右，因此控制线路正常，并将相应的控制信号给到线圈位置，因此可以排除该原因。

4、关于底事件G304触头熔焊引发触头故障导致交流接触器无法合闸的分析。

故障主要为控制交流接触器合闸时，接触器无法合闸，而由触头熔焊引发触头故障会使接触器一直处于合闸状态不能实现分闸操作，因此交流接触器无法合闸并非该原因造成。

5、关于底事件G305触头过热或灼伤引发触头故障导致接触器无法合闸的分析。

现场对该交流接触器进行检查时发现接触器并没有发热现象出现，因此可以排除该原因。

6、关于底事件G401线圈断线引发线圈故障导致交流接触器无法合闸的分析。

在正常断电状态下，线圈吸合绕组电阻值为37Ω。保持绕组电阻值为1kΩ，若出现线圈断线的情况，使用万用表测量其电阻值，电阻值为MΩ等级。但是现场的坏件测试出的电阻值为10Ω左右，因此可以排除由于线圈断线引发线圈故障导致交流接触器无法合闸的原因。

7、关于底事件G402铁芯机械卡阻造成的线圈故障引发交流接触器无法合闸的分析。

将坏件拆开，并没有发现铁芯部位出现卡阻情况，因此排除该原因。

8、关于底事件G403线圈长时间过大电流造成线圈损坏导致接触器无法合闸的分析。

将坏件拆开，发现启动绕组的漆包线粘在一起，抽开时会把绝缘皮拉破，说明启动绕组已过热烧毁，绝缘皮已受热损坏。测量整流桥中的二极管，发现PN结压降为0，说明已烧毁，回路短路。故判定是因为线圈承受过大电流，使启动绕组的漆包线绝缘层过热受损且启动回路短路，导致接触器无法合闸。

4.2故障机理分析与消除

4.2.1 故障机理分析

图3 接触器控制原理图

如图3所示，PC系统通过579号线和580号线发送控制信号到KA53和KA54继电器的线圈控制继电器触点动作，其中KA53继电器的一组常开触点用于控制交流接触器的合闸，KA54继电器的一组常闭触点用于控制接触器的分闸，而KM02的常开触点为交流接触器的一组辅助触点，实现对合闸操作的自锁。

通过底事件G303的分析可知，在远控端发出合闸信号时，交流接触器线圈两端546号线和N4号线电压值为220V，因此可以判断控制信号已经作用在上。

该型交流接触器线圈的正常启动时间只有40-75毫秒，此过程中启动绕组产生的热量不足以把线圈烧毁。可推断出启动绕组是因为线圈吸合不成功使切换开关无法完成切换，导致启动绕组长时间流过大电流而烧毁。造成此现象的原因有两种可能：

一是电源的驱动容量不足，无法满足线圈启动时对电流的要求，导致接触器无法吸合。

二是加在线圈接线端子上的电压不足，导致接触器无法吸合。

分析原因1，本接触器使用的电源驱动为市电，故不存在电源驱动容量不足的情况，排除原因1。

分析原因2，线圈接线端子上电压不足。理想状态下，线圈接线端子电压应和市电提供电压一致为220V。考虑实际情况，线圈接线端子两端可能会出现压降。压降计算过程如下。

1、根据负载端计算电流

                       (1)

其中P为负载端功率，线圈额定吸合功率为1075VA，U为额定电压220V。是视在功率和有功功率的夹角的余弦函数，在纯阻性负载下等于1。计算得出I=4.88A。

2、根据电缆材料电缆截面积计算电阻

                       (2)

为电缆电阻率，一般20℃时，铜芯电缆其值为0.018Ωmm，铝芯电缆其值一般为0.028Ωmm。L为现场电线长度,长度为3米。S为电缆横截面积。计算得出R=0.108Ω。

3、根据电阻计算压降

                    (3)

计算得出。

由于线圈启动时的电流比保持时大30倍，因此启动时控制回路分担的压降也会比保持时大30倍。故启动时，启动线圈接线端子分担的压降为15.81V。

线圈正常吸合所需的最小电压为额定电压的85%，即220V×0.85=187V。

线路产生的压降加上市电不稳定等导致线圈两端电压不足187V,即线圈两端的电压低于线圈吸合最小电压，从而使切换开关无法完成切换，导致启动回路长时间流过大电流而烧毁。

4.2.2 故障消除

搭建与现场情况一致的接触器控制回路。电线长度、材质均与现场一致。反复试验，改变线圈接线端子两端电压。将线圈接线端子两端电压设置为185V时，接触器合闸时间明显变长，接触器出现无法合闸情况，故障复现。

根据上述分析原因，明确了接触器损坏产生的原因后，采取如下措施：

更换接触器线圈端子上电线。原为0.5mm2线，现改为1.5mm2线。现压降为5.27V，为原压降1/3。

更换电线后，反复测试接触器合分闸，测量线圈两端电压，接触器均可正常工作。

5.结束语

本文结合某型先进装备在使用交流接触器时不能合闸的故障案例，通过深入分析故障定位、故障机理，给出了一种有效的解决方法。经过实际测试验证,在一定条件下能够复现故障，通过文中方法，则能完全消除故障。下一步还将研究温度对交流接触器的影响。

参考文献：

[1]皮磊.交流接触器正确使用及常见故障维修方法分析与研究[J]. 现代制造技术与装备.2024.02

[2]何伟，姬华，巩烨霖.交流接触器载流能力提升研究与试验[J].电器与能效管理技术. 2024.01.

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