航天继电器浪涌电流作用下电接触寿命研究

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1、第30卷第6期航天器环境工程2013年12月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING623航天继电器浪涌电流作用下电接触寿命研究姜东升，张沛，柳新军（北京空间飞行器总体设计部，北京100094）摘要：近年来，卫星上的航天继电器在使用过程中发生了多次触点粘连故障，经分析发现，虽然在继电器设计中均根据其稳态工作电流进行了一级降额设计，但由于非纯阻性负载的存在，继电器在通断瞬间均存在一定程度的浪涌电流，该浪涌电流可以使触点迅速熔蚀，甚至熔焊失效。文章针对继电器接通瞬间浪涌电流对触点的熔蚀现象开展研究，利用试验测试并验证航天继电器的抗

2、浪涌电流能力，对触点熔蚀、熔焊机理进行分析研究，研究结论可以指导航天继电器的使用，提高继电器在轨应用的可靠性和安全性，延长其使用寿命。关键词：航天继电器；浪涌电流；触点；熔蚀；熔焊中图分类号：TM561文献标志码：A文章编号：1673-1379(2013)-06-0623-04DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2013.06.0110引言遗留的多余物，会在触点间电弧燃烧时提高电弧能量和延长燃弧时间，使镀层材料烧蚀加剧，从而诱继电器广泛应用于各个航天领域，其主要功能发触点粘连失效。是控制电源通断。继电器的安全、可靠使用关系到触点

3、故障约占所有继电器故障的90%以上。其整星的供电安全，甚至整星任务的成败。中，熔焊故障是继电器的严重故障之一。设计师在对2005—2012年出现的9起继电器失效故障使用继电器时虽然已充分考虑到继电器触点的降额进行统计分析，结果见表1。设计，但由于线路中分布式电感和电容的存在，导表1继电器失效模式统计表Table1Failuremodesofrelay致继电器触点开闭时会产生瞬态过压和过流，而过占故障总数电应力会导致继电器触点发生瞬态电弧烧蚀受损，失效模式故障数量百分比/%甚至粘连。研究表明继电器触点的粘连既可能发生过载电流引起触点粘连555.6在触点

4、闭合过程，也可能发生在触点分断过程[2]。触点接触电阻过大111.1本文通过开展航天继电器抗浪涌能力和电接外壳或引出杆损伤222.2触寿命试验研究，获取相关试验数据和分析现象机簧片行程小触点不通111.1理，以期用研究结论指导继电器在存在浪涌电流的总失效数9环境下安全使用。由表1可见，多数继电器的故障都出现在触点部分，其失效模式主要包括[1]：1航天继电器抗浪涌电流能力试验1）接触电阻由收缩电阻和膜电阻组成，触点熔焊是继电器失效的主要形式，在触头闭合过上的接触面凹凸不平，实际上只有少数点能够真正程中，闭合时的预击穿电弧或触头弹跳过程中形成接触，造成触

5、点接触电阻变大；的电弧使动、静触头接触面金属熔融而形成熔焊。2）当负载电流较大时，触点通断瞬间会出现影响熔焊的因素复杂，主要有弹跳特征、触头极性、明显的电弧现象，引起触点电弧熔焊，并造成触点[3]材料性质、电弧能量、电弧效应。对于定型的继的粘连；电器，电弧能量是影响触点粘连的主要因素。输入3）由于生产工艺控制不严而在触点表面区域触头表面的电弧能量为————————————收稿日期：2013-09-10；修回日期：2013-11-19作者简介：姜东升（1974—），男，硕士学位，从事卫星电源分系统总体技术研究工作。E-mail：jiang_dongsh

6、eng@sohu.com。624航天器环境工程第30卷taW=∫uitd，(1)电流（见图2～图4）下继电器触点的寿命。0式中：i为电弧电流；u为电弧电压；ta为电弧持续时间。对于容性负载，由电容引起的浪涌电流是造成[4]触点闭合粘连故障的主要因素。为了验证目前卫星上常用的国产3JB20-3型航天继电器和同级别某进口XX-XXX3602型继电器的抗浪涌电流能力，杜绝由于电路中浪涌电流超限造成继电器触点粘连的故障，特开展了这两个型号图260A/1ms浪涌电流曲线Fig.2Inrushcurrentcurveof60A/1ms航天继电器抗浪涌电流能力对比

7、试验。试验电路如图1所示。K为被试继电器功率触点，R0为限流电阻，R1为稳流电阻，C为负载电容，rC为电容等效串联电阻；R2、C1、R3、C2组成触点电弧电压分压器，R4、C3、R5、C4组成B点电压测量分压器，数据采集系统采集分压后的A、B两点的电压。图390A/1ms浪涌电流曲线Fig.3Inrushcurrentcurveof90A/1ms图1浪涌电流测试试验系统电路图Fig.1Circuitofinrushcurrenttestsystem调整R1、R0和C的大小，在继电器触点K闭合时，回路中就会产生不同浪涌条件下的浪涌电流。如表2所示。表2

8、不同浪涌条件下各元件参数Table2Componentparametersunderdifferentinr