接触器断开延时的分析和试验 测试结果, 越位, 襄轴, 接触器

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关于接触器断开延时的分析和试验 前言：由于现场发生了多次动作设备越位现象。我们通过分析可能原因为接触器断开延时。为查找真正原因，我们做了如下试验。即：测试接触器延时断开的时间。并且编制了相应的趋势分析软件。经对故障接触器（来自襄轴客户现场，接触器型号：3TF4022－0XM0，220VAC）的测试数据如下。对故障接触器进行了五次通断试验，最后一次为修理后的测试结果。 其中第一次为903 次，时间：2009-3-4 17:00 到2009-3-5 8:00 共计持续 15 小时 累计通断：约 903 次。 其中第二次为1100 次，时间：2009-3-5 13:45 到2009-3-6 8:40 共计持续 20 个小时 累计通断：1200 次。第二次同时有一个新接触器（型号：3TF4022－0XB0，24VDC）用于对照。 试验数据表－1 名称 接触器型号 开始时间 结束时间 累计时间 通断次数 其中第一次 3TF4022 － 0XM0 ， 220VAC（故障） 2009-3-4 17:00 2009-3-5 8:00 约为 15 小时 有效903 其中第二次 3TF4022 － 0XB0 ， 24VDC（新） 2009-3-5 13:45 2009-3-6 8:40 约为 20 小时 有效1125 测试原理图如下： 为了减少 K1 延时对 K2 的影响。我们取了 K1 的开点给 PLC 的输入点。只有 PLC 检测到 K1 已经断开瞬间(I 0.1)，启动计数器（分辨率 1 ms），直到检测到 K2 断开（I 0.0），并且保持计数器的值到数据库。 实验中，PLC 采用了 CPU 317－2 DP，实际循环周期检测为 0 到 1 ms 之间变化。同时组态了 OB32 为固定1 毫秒循环中断。计数器放在 OB32 内。计数器的分辨率可以满足要求。注意：OB32 内不可有过多的程序段。保证其在 1 ms 内完成。实测，完全满足测试要求。 1：实测数据表如下：第 1 次测试（仅有故障接触器（来自襄轴现场）：3TF4022-1XM0）。 图1 由曲线可以看出，断开时间非常不稳定。其中最大的一次断开时间为：649 毫秒。此时动作设备停止位置基本已经过冲。图中，黄色线为我们期待的正常值：100 毫秒。按此计算，故障率为：24％。已经不能使用。 我们的门、推链、后限位等正常速度约为 80－100mm/s。电动推杆约为 40－50mm/s。如果断开时间大于等于 400ms，比如，我们取 400ms，同时由于我们的控制完全由 PLC 控制，因此 PLC 扫描时间影响较大，我们按正常（25ms）那末，PLC 从检测到输入信号，到发送停止命令，最大可能延时50ms，这样，延时时间为450ms， 对于，电动推杆将直接过冲距离为：0.45*40mm=18mm，已经非常危险。此时如果对于门和推链过冲距离为： 0.45*80mm=36mm 已经不能工作。实际上，由于干扰、通讯故障等PLC 的扫描时间在动态变化，有时可能瞬间超出50ms，那么PLC 从接到设备到位信号到发送停止命令最大可能延时100ms，而且这是随几的。如果此时接触器再不能迅速断开，后果将非常严重。因此我们非常有必要用外电路切断终端限位。 以上数据表明此接触器已不能使用。实际上，正常时，接触器延时断开不可避免，但是必须保证断开时间的一致性，即使延时200ms，也没有问题。关键是每次都要延时200ms，这样对我们的控制不会产生影响。我们可以通过调整限位的初始位置，更正此固定误差。 此次测试约为15 个小时，接触器 吸合30 秒断开30 秒，反复循环。共通断大约900 次。最大延时时间为649ms。 2：实测数据表如下：第 2 次测试（故障220AC 接触器：3TF4022-0M0 ；对照新24V 接触器：3TF4022-0XB0）。 图2 图中，黄色曲线为我们期待正常值：100ms，粉色为故障接触器（来自襄轴现场）和图一所用接触器为同一个元件。绿色为我们新增用于对比的 直流24VDC 新接触器，型号为：3TF4022-0XB0。 由图可以看出，故障接触器非常不稳定。按此计算，故障率为：29％。已经不能使用。 绿色曲线为，新接触器（未加二极管保护），最大时间为 13ms，最小为 11ms，一致性非常好。此次测试约为 20 个小时，接触器 吸合30 秒断开30 秒，反复循环。共通断大约1120 次。最大延时时间为607ms。 3：下图为第 3 次测试（故障接触器（来自于都现场）220AC 接触器：3TF4022-0M0 ；对照新24V 接触器： 3TF4022-0XB0（加二极管浪涌抑制））。 图3 此次运行检测约75 个小时，接触器 吸合30 秒断开30 秒，反复循环。共通断大约4500 次。最大延时时间为 1402ms 图3 中，黄色曲线为我们期待正常值：100ms，粉色为故障接触器（来自于都现场）。绿色为我们新增用于对比的 直流24VDC 新接触器，型号为：3TF4022-0XB0，和上两次所用为同一接触器但增加二极管抑制元件。 由图可以看出，故障接触器非常不稳定。按此计算，故障率为：7％。较上个接触器稍好，但依然已经不能使用，其中最大延时时间为1402ms。非常危险。 绿色曲线为新接触器（加二极管保护），延时断开时间为87-89ms，一致性非常好。此次测试增加二极管保护元件，致使断开时间增加（6-7 倍），但是波动非常一致，不会影响控制，同时吸收了干扰杂波。保护了中间继电器的触点。当然，我们使用压敏电阻将会有5 ms 固定延时。比二极管延时短。 故障原因分析： 我们分析可能的故障有如下原因： 1）：鉄芯剩磁太大。导致释放缓慢 2）：铁心表面有油或者使用一段时间有油腻尘土，铁心表面要求平整，但是不宜过光，否则易于造成延时释放。 3）：反作用弹簧失效或丢失、主触头熔焊 经我们对故障接触器和正常新接触器对照：发现故障接触器的吸合鉄芯接触面，有较多的发黑的油样的物质，我们估计为接触器鉄芯端面有脏物，并且和防锈油混合导致鉄芯释放缓慢。 下面我们做了如下测试方案： 首先清理两个上面参与测试的故障接触器鉄芯端面的褐色油装物质，用普通的白纸很容易清除。 清除后，我们按照上面的方法，单独对处理后的接触器进行试验。数据如下 图 4 此次运行检测约 12 个小时，接触器 吸合 30 秒断开30 秒，反复循环。共通断大约 720 次。最大延时时间为 28ms 两个接触器的断开延时一致性非常好，而且小于30 毫秒。参数和新接触器相仿。 按西门子的3TF 系列中小功率接触器的厂家参数，典型断开时间 25ms 最大不超过50ms。 由上分析，我们得出如下结论： 1）：接触器断开延时不是由鉄芯剩磁的影响。即接触器剩磁符合相关标准。 2）：反作用弹簧未失效； 3）：引起原因为：接触器鉄芯端面，由于尘土和端面防锈油的结合，导致端面物理亲和力增大。致使释放缓慢。这是罪魁祸首。 首先我们，我们简单的介绍一下接触器工作原理： 当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压或减 5％)时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路，辅助接点随之动作。 一般所耗有功功率铁芯约占65～75％， 短路环约占25～30％， 线圈约占3～5％， 所以可以将交流吸持电流改为直流吸持， 或者采用机械结构吸持、限电流吸持等方法， 可以节省铁芯及短路环中所占得 大部分功率 损耗， 还可消除、降低噪声， 改善环境! 接触器用途分类 接触器是一种自动化的控制电器，主要用于频繁接通或分断交、直流电路，控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路；其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。本文将主要介绍常用的交流接触器。 1.1 交流接触器接触器触头按通断能力，可分为主触头和辅助触头。主触头主要用于通断较大电流的电路(此电路称主电路)，它的体积较大，一般由三对常开触头组成。辅助触头主要用于通断较小电流的电路(此电路称控制电路)，它的体积较小，有常开触头和常闭触头之分。交流接触器的外形和结构(见图1)。 当给交流接触器的线圈5 通人交流电时，在铁心6 上会产生电磁吸力，克服弹簧4 的反作用力，将衔铁3 吸合，衔铁的动作带动动触桥1 运动，和静触点2 闭合。当电磁线圈断电后，铁心上的电磁吸力消失，衔铁在弹簧的作用下回到原位，各触点也随之回到原始状态。交流接触器的铁心断面上有短路环，是为了防止交变电流所造成的吸合时的抖动。 直流接触器通人直流电，吸合时没有冲击启动电流，不会产生猛烈撞击现象，因此使用寿命长，适宜频繁操作场合。 长期使用后，由于尘埃的污染，在其铁芯端面堆积污垢形成“粘合剂”，每当线圈断电后，仍吸住衔铁再“亲和”一下后释放，造成控制电路功能紊乱，不能正常工作，甚至会危及生命、财产安全。这种故障只偶尔发生。工业电器一般发生在电磁式继电器和小容量接触器上，当其铁芯端面“粘合剂”积厚，粘合力达到它们衔铁的返回弹簧作用力时才会发生。 即使新的接触器也会因铁芯表面的防锈油粘连造成延时释放。线圈断电后接触器释放缓慢或不释放。 此类故障是接触器的常见故障之一。引起此类故障的主要原因有： (1) 铁芯表面涂层粘连,其原因有： ①接触器的铁芯粘有油污或铁芯片间绝缘漆及外表油漆变热熔化,流到铁芯表面; ②新购置的接触器,铁芯表面的防锈油脂未擦除。 (2) 触头粘连 接触器触头抗熔焊性能差,较大时间通过大电流时,使触头熔焊粘连而不能释放,其中以纯银触头见多。 (3) 剩磁过大 由于铁芯与衔铁之间的去磁间隙过小,断电后接触器的导磁铁芯和衔铁剩磁过大,其吸引力增大而不能释放。 (4) 机械故障卡住 此类故障存在于负荷过大而配用的接触容量较小，以及起动操作过于频繁等。 通过我们的现场反馈和实测数据，我们的问题为： 铁芯表面涂层粘连。 因此对于解决方法，我们推荐如下： 1）：用无水酒精擦拭，故障接触器的鉄芯端面。注意：必须整个控制柜断电操作！ 2）：更换新接触器。 3）：提高柜体的密封性，即提高防护等级。比较困难。比如，SKF 项目，我们使用了施奈德的控制柜，施奈德的控制柜，防护等级标称值：IP55。可是我们组装完毕后，我想连IP35 就很难达到。 我们对国产的苏州西门子直流接触器和交流接触器进行解剖，发现直流接触器为一个整体镀锌衔铁，没有防锈油，不存在交流接触器的铁芯表面涂层粘连。可靠性应当较高。我们现场项目比如，安国特，福斯罗。以及在调的美国，印度，大连B 线等均使用的国产直流接触器。 我们编制了相应的测试软件，对故障接触器和直流新接触器，以及擦拭修理的故障接触器的曲线，和数据表等进行保存和打印分析等。