电磁继电器常见的失效模式
一例电磁继电器失效的故障树分析法
一例电磁继电器失效的故障树分析法作者：朱亮亮，等来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2016年第3期朱亮亮张世明杨季玲上海航天设备制造总厂上海200245摘要本文主要介绍了某型电磁继电器一种金属多余物产生及导致失效的故障模式，通过故障树分析法对继电器生产过程分析，确定了多余物产生的根本原因，采取了有效措施避免类似故障重复发生。
关键词电磁继电器；失效；多余物；工艺改进电磁继电器是一种由控制电流通过线圈时产生的电磁吸力来驱动磁路中的可动部分，从而实现触点的开、闭或转换功能的控制元件，其结构较为复杂。
所以在电子设备中，电磁继电器属于失效率比较高的元器件。
例如，1971 年日本发射第一颗科学卫星，共用了1400 个电子元器件，其中，继电器仅占0.9%，但其失效数量占到元器件失效总数的4.7%。
内部存在可动多余物，是引起电磁继电器失效的主要失效模式之一。
1 背景介绍及故障分析方法上海航天设备制造总厂某型产品使用国内生产的电磁继电器，连续4 个月内发生多个继电器失效，失效现象都为继电器内部发现多余物。
按照航天质量管理要求，对连续发生的多起产品质量问题进行了“归零”。
由于连续出现质量问题，用户方代表也对前期已交付产品质量情况产生了怀疑，为消除用户担心，避免发生更多的质量问题，需找出问题根本原因，采取有效措施，确保交付产品质量可靠。
故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）技术是1962 年在美国贝尔电报公司的电话实验室开发的。
它采用逻辑的方法，可以形象地进行故障的分析，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，不仅可以作定性分析，还可作定量分析，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，是安全系统工程的主要分析方法之一。
本文即利用故障树分析法，对该单位承制型号产品中出现电气继电器失效问题进行分析，找出故障点，分析失效机理，提出了具体改进措施，保证交付产品的质量可靠。
电磁继电器常见故障原因
电磁继电器常见故障原因电磁继电器是一种常见的电器元件，它通过电磁激励产生电磁力来控制电路的开关动作。
然而，在使用过程中，电磁继电器可能会出现各种故障，导致其无法正常工作。
以下是电磁继电器常见故障的原因：1. 线圈开路：电磁继电器的线圈是通过通电产生电磁力，若线圈中导线出现断路，则无法产生足够的电磁力来吸合触点，导致继电器无法正常工作。
2. 线圈短路：与线圈开路相反，线圈的导线出现短路，会导致电流过大，线圈发热或烧毁，最终导致继电器无法正常工作。
3. 触点烧焦：在电磁继电器的使用过程中，由于触点的频繁接通和断开，可能会引起触点的电弧和火花，并在触点上产生高温，导致触点的烧焦。
触点烧焦会导致接点电阻增大，甚至完全失去导电能力，从而无法实现正常的开关控制。
4. 触点粘连：在某些情况下，电磁继电器的触点可能会因为接触电流过大，以及灰尘、污染物的积累等原因，导致触点之间出现粘连。
触点粘连会导致继电器不能迅速分离，影响开关的正常工作。
5. 辅助触点故障：电磁继电器通常具有辅助触点，用于实现信号的扩展或连接其他设备。
如果辅助触点出现故障，如接触不良、粘连或烧焦等问题，会影响到继电器的正常工作。
6. 磁路故障：电磁继电器的线圈产生的磁场是实现工作原理的关键。
如果线圈周围的磁路存在问题，如磁铁松动、磁路阻抗增大等，会导致线圈产生的磁场变弱，继而影响继电器的工作。
7. 粉尘污染：在某些环境下，如工业生产线上，电磁继电器容易积累大量的粉尘，污染触点和线圈。
这些粉尘会导致触点不良接触，线圈的散热性能下降等问题，从而影响电磁继电器的正常工作。
8. 过电流或过电压：当电磁继电器长时间工作于大电流或大电压状态下，会导致线圈温度升高，触点烧焦甚至熔断等问题，最终引发电磁继电器的故障。
总结起来，电磁继电器常见的故障原因主要包括线圈开路、线圈短路、触点烧焦、触点粘连、辅助触点故障、磁路故障、粉尘污染以及过电流或过电压等。
在正常使用电磁继电器的过程中，应注意避免以上问题的发生，以确保继电器的正常工作。
基于故障树的电磁继电器线圈失效分析
题 的典 型案例 ， 根 据如 下 串联 系统 可 靠 性 的数 学 模
型 。系 统 的可 靠度 可表示 为
ｎ
尺 （ ｔ ）＝ＨＲ （ ｔ ）
．
（ １ ）
自动 开关 。电磁继 电器 的线 圈开路是 使用 中常见 的 失效模 式之 一 ， 近 年来 ， 在 工程 型号使 用过程 中多次
现 代 车 用 动 力
２ ０ １ ６年第 ４期
表 １ 电气 参 数 检 测 数 据 Ｉ
当给 线圈 加额定 电压 ２ ４ Ｖ时 ， 触点 不加 外部 负 载情 况下 ， 继 电器 触 点 有 规 律 的 反 复 关 闭 和 断 开 。
如果将线圈电压降至 ｌ ５ Ｖ时， 继电器工作状态明显
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６— ０ ６— ０ ７
件性 能 的好 坏 ， 直接 会 影 响 到整 个 系 统 的可 靠性 指
数¨ 。要求 厂商根 据 Ｇ Ｊ Ｂ ６ ５ —８ ５标准 《 有可 靠性 指 标 的电磁 继 电器 总 规 范 》 ， 进行 严 格 的 相关 可靠 性
测试 及筛查 。
作 在额 定 电压下 ， 而 不 能 取 其 吸合 电压 作 为 工作 电
１ 故 障概 述
某 型号 工 程 车 型 连 续 出现 柴 油 机 电控 系统 故 障， 故 障现象 间歇 性 出现 ， 工 作 不稳 定 ， 经 分 析 为控 制 板上执 行器 控制 电路 中继 电器故 障 的原 因造成工 作 异常 。失效 现象 及失 效 模 式 基本 相 同 ， 失 效位 置 及 器件 型号相 同 。统 计最 近 ３年 内客 户 退 货发 现 ， 共计 出现 ２ ７例 此 类不 良。 由此 型号 继 电器 故 障引 起 的柴油 机 电控系 统工 作 异 常 的 比较集 中 ， 故 障率 约为 １ ％ 。这 是关 键性小 器件 引起 大 系统 可 靠性 问
车用电磁继电器的失效分析与使用可靠性
车用电磁继电器的失效分析与使用可靠性单位：电器部件设计室姓名：刘昶摘要：本文结合整车中采用的各种继电器出现的失效情况，对电磁继电器的失效机理和如何选择与使用进行了分析，以便提高其使用可靠性。
关键词：电磁继电器、失效分析、使用可靠性1．引言：继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点等组成的（如上图所示）。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
尽管在电子元器件中，继电器一般被认为是一种最不可靠的电子元件，但其在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器广泛应用在交通、航天、航空、军用电子装备、信息产业及国民经济的各种电子设备中随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加。
随着电器系统在整车中的所占的比重越来越大，电磁继电器在整车中的应用也越来越多。
现生产车型中起动机、预热系统、电熄火器、空调、近光灯、远光灯、ABS、电喇叭、暖风、收放机等电器系统的控制都用到了电磁继电器。
电磁继电器常见的失效模式有：a．由于弹簧性能退化导致触点不通，接触不良，触点粘连；b．由于内部多余物导致衔铁卡死或触点瞬间短路；c．由于气密性不好或封装不良导致触点氧化和生成有机钝化膜，进而导致触点接触不良或开路；d．由于绝缘部分质量或内部潮湿原因导致绝缘电阻下降等。
电磁继电器的可靠性及应用
电磁继电器的可靠性及应用高天云本文作者高天云先生，上海电力试验研究所高级工程师。
关键词：继电器可靠性常见故障维护保养选用继电器在热控保护系统中得到了广泛的应用，特别是早期投产的电厂，保护系统大多通过继电器的组合来构成，因此，继电器的可靠性直接影响到整个保护系统的可靠性。
在各种各样的继电器中，电磁继电器的使用十分广泛。
相对其他继电器来说，电磁继电器的结构比较复杂，它不但有电路、磁路，而且还有可动的精密机械部件，所以，其可靠性相对较低。
在设计选用电磁继电器时，必须考虑这一客观因素，根据保护系统的要求，正确选用电磁继电器，确保热控保护回路安全、可靠地工作。
一电磁继电器的固有可靠性电磁继电器的固有可靠性是以失效率等级来表示的，而失效率等级是生产厂家和权威单位共同评估的，评估的依据是生产厂家在筛选和使用中采集的数据。
表1列出了继电器的失效率等级符号及最大失效率数据。
通常生产厂家手册中给出的是某继电器的寿命，并不是失效率等级。
失效率λ与平均寿命MCBF的关系为:λ=1/MCBF而MCBF与失效前的平均无故障工作时间MTBF的关系为：MTBF= MCBF/每小时动作次数由此可见，继电器动作速率越高，则MTBF越短。
这就是高速动作的继电器工作较短时间后就会失效的主要原因。
电磁继电器的工作时间越长，其可靠性就越低。
在可靠性设计中，要尽可能减少品种和规格，提高同类继电器的复用率，有利于提高保护系统的可靠性。
但是，在实际应用中，可靠性成本的高低必须与其失效带来的经济损失相平衡。
需要指出的是，那种认为MCBF 是指失效的保证周期的概念是十分严重的误解，因为MCBF 是由大批业已动作到它们的最小额定寿命的继电器决定的，一般MCBF 总是大于继电器在磨损或烧蚀前的最短寿命。
二 电磁继电器的使用可靠性同其他电子元器件一样，电磁继电器的固有可靠性是靠先进的生产技术、科学的管理和严格的筛选才能达到较高失效率等级的。
国内生产的继电器只有少数产品的失效率能达到W 级，达到L 级的就更少，而达到Q 级即宇航用继电器则更是凤毛麟角。
电磁继电器常见的失效模式
触点对地
触点之间
线圈对地
线圈对触点
①金属多余物、焊接飞溅、熔瘤连接。
②继电器漏气或因烘烤除气不到位，使其内有水气。
③玻璃绝缘子受到污染。
④。线圈引出线套管破裂。
⑤线圈骨架（绝缘薄膜）破损，线包与铁心短路。
⑥银离子迁移。
密封漏气
封焊部位漏气
绝缘子漏气
①搬动引出杆使绝缘子开裂。
②在热、冷应力的作用下使焊缝及绝缘子漏气。
触点粘接
常开触点粘接常闭触点粘接
①火花、电弧引起的触点熔焊。
②范德瓦尔斯力冷焊。
③接触焦耳热引起接点熔焊。
④密封继电器漏气，在0ºC以下的低温存放，内部结冰，触点凝结。
触点Байду номын сангаас动
（误动作）
常开触点抖闭
常闭触点抖断
①接触簧片谐振。
②结构件、衔铁谐振。
③应力松弘，触点压力下降；电磁保持力不足。
④继电器轴孔配合过松。
⑤线圈短路烧毁。
⑥由于线圈过电压引起的线圈过热老化。
灵敏度超差
吸合电压、释放电压超差。不转换。
①触点压力下降。
②返回弹簧、永久磁铁的力变化。
③磁间隙变化。
④衔铁轴孔磨擦力增大，或衔铁运动受阻。
④线圈阻值变化或断路。
⑤继电器漏气，在0ºC以下结冰，触点凝结。
⑥继电器安装部位有漏磁或有磁干扰。
⑦欠电压工作。
③在机械应力的作用下造成密封漏气。
电磁继电器常见的失效模式及其失效机理分析
失效模式
失效机理
模式
现象
接触不良
接触电阻大
触点断开
①尘埃等多余物夹杂在触点表面。
②触点表面污染，生成了有机吸附膜、碳化膜等。
常温和高温环境下电磁继电器触点侵蚀及失效模式分析
常温和高温环境下电磁继电器触点侵蚀及失效模式分析翟国富;王其亚;程贤科;陈志君【摘要】环境温度是影响电磁继电器触点侵蚀的一个重要因素。
根据相同负载不同温度（常温＋20℃和高温＋125℃）下继电器10万次动作后的对比试验结果,对触点的侵蚀情况和测得的相关数据进行分析,解释两种环境温度下触点侵蚀不同及导致的测试结果差异。
同时建立电磁继电器的静、动态特性模型,仿真分析触点侵蚀不同对相关参数的影响。
最后推测两种温度下触点的不同失效模式并给出应采取的预防和改进措施。
【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】7页(P80-86)【关键词】电磁继电器;环境温度;失效模式;触点侵蚀【作者】翟国富;王其亚;程贤科;陈志君【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM506电磁继电器的失效主要是触点失效，电弧对触点的侵蚀是触点失效的主要原因。
影响触点电弧的因素很多，如触点电压[1-4]、电流[5-6]、环境温度[7-8]、分断速度[9]、触点间隙[10-11]、材料等。
其中环境温度是影响电弧的一个重要因素。
Witter等人对汽车继电器触点在不同温度下的侵蚀与触点激活程度关系进行了相关研究。
根据其试验结果，温度越高有机物对触点的激活作用越大，触点的侵蚀程度越小[7-8]。
但是触点激活对电弧侵蚀的影响一方面使弧根在触点表面运动导致侵蚀减小，另一方面使燃弧时间增长，造成侵蚀增大。
此外，温度还会影响线圈阻值的大小，进而影响触点的分断速度及电弧的侵蚀程度。
鉴于环境温度对触点侵蚀的多方面作用，本文从一批某型号产品中抽出20只样品，根据其中 10只常温（+20℃）和10只高温（+125℃）环境下直流28V、5A负载的电磁继电器10万次动作后的对比试验结果，对电磁继电器在试验后触点的侵蚀情况和测得的相关数据进行分析，解释两种环境温度下触点侵蚀不同导致的测试数据差异，并建立继电器静、动态特性数学模型，进一步分析侵蚀不同对相关参数的影响。
电磁继电器常见失效模式、失效原因及失效机理分析
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析 1继电器内部多余物引起的失效 轴孔内壁磨损 转轴表面磨损 磨损形成的金属粉末
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析 d.簧片断裂 簧片断裂位置 簧片沿晶断口及晶界过热、熔融
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
5.3工艺结构不当引起的失效
e.线圈开路
线圈开路通常是由于线圈引出线或漆包线断裂以及引出线与引线柱或者与漆包线之间焊点脱开或者虚焊所致。 继电器一般采用与安装轴之间的轻微过盈配合而固定线圈。由于线圈骨架与固定轴之间存在配合公差，在振动环境条件下可能引起线圈与固定轴之间产生转动以及轴向运动，从而在线圈引出线上附加一定的振动应力，振动一段时间后，导致线圈引出线产生疲劳断裂。
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析 e.线圈开路 漆包线断裂形貌
e.线圈开路 线圈引出线与漆包线或引线柱之间虚焊均是由于焊接工艺不当引起，包括焊接时间、焊接温度、引出线的处理等。 引出线与漆包线之间虚焊
电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
e.线圈开路
非金属多余物
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
5.1继电器内部多余物引起的失效
多余物引起的失效机理主要有以下几种：
a.多余物使推动杆受阻或者卡在衔铁与轭铁之间，使衔铁无法动作、推动杆动作不到位，导致触点不能正常开闭；
多余物使推动杆受阻
电磁继电器常见失效原因及失效机理分析 1继电器内部多余物引起的失效 多余物卡在衔铁与轭铁之间
继电器原理、结构和失效模式分析
继电器-应用注意事项
Information is TE Confidential & Properietary. Do Not Reproduce or Distribute
继电器-应用注意事项
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研究、开发及工程设计 • 全球有19个设计研究中心 • 每年的研发和工程投入达5.85亿美元 （约占销售额的5%） • 过去三年推出的产品占2010年销售 额的26% • 全球约6000名销售人员 • 全球约7500名工程师 • 超过2万个专利或专利申请
(单位：100万美元)
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• 一些空调厂家原使用30A交流接触器启动和控制压缩机. 如TE的3100接触器. 考虑到下面性能对比, 一些厂家已经在使用T92继电器代替原接触器方案.
体积(mm3) 30A接触器 T92继电器 83x53x65 52x35x31 成本 高 低 安装 螺丝固定安装 焊接、底座式或快接式安装
3100接触器
典型失效模式图片
灯泡负载:230VAC/1KW 直流阻性负载：24VDC/1A
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继电器-应用注意事项
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继电器常见故障与处理方法
继电器常见故障与处理方法继电器是一种电控制器件，常见于各种电气控制系统中。
它通过电磁力来控制开关，可以将一个电路和另一个电路隔离，使电路中有高电压、高电流、高频率等情况下控制另一个电路。
因为结构简单、使用方便，继电器被广泛应用于电力、石油化工、交通运输等领域。
但是，在实际应用中，继电器也经常出现各种故障，本文将简单介绍几种常见的继电器故障及其处理方法。
继电器吸合不良继电器吸合不良是指，在电磁铁正常工作的情况下，继电器的输出没有达到预期的目标。
可能是无法吸合，也可能是吸合时间不稳定或者随机吸合。
这种故障的原因很多，包括：电磁线圈接线不良检查电磁线圈和接触器接线是否牢固，线圈的过载能力是否符合要求，线圈的电阻和电流是否在规定范围内。
由于长期使用后，继电器的线圈也可能受到损坏或老化，导致电磁力大打折扣，吸合不良。
此时需要更换继电器。
触点卡粘继电器触点在开合过程中，容易产生氧化、烧蚀、弯曲等问题，引起闭合不良或隔离不彻底。
这种故障也比较常见，一般使用电阻大、耐磨性好的接触材料，同时要注意触点的清洁和保持良好的机械状态。
继电器杂音太大有时候继电器工作时会有很大的杂音，影响了整个控制系统的工作。
这种故障可能主要源于电磁铁共振，不合适的结构设计等因素。
在发现继电器杂音太大时，一般需要检查安装结构的牢固程度，并重新调整电磁铁的位置。
继电器不能动作继电器不能动作的情况可以分为两种，一种是无法动作，另一种是无法保持。
无法动作的情况比较复杂，原因可能包括：电源电压不稳定电源电压不稳定可能会导致继电器吸合电流不足，从而无法正常工作。
此时需要检查整个电路系统的电源是否稳定，避免电压波动大导致无法动作。
电磁铁绕组发生故障电磁铁绕组发生故障还可能会引起不能动作的故障。
此时可能需要检查电磁铁绕组的连线是否正确，是否具备对应的电阻和电流。
除此之外，继电器不能保持的故障也可能会出现，原因可能是因为接触材料选择不当、氧化腐蚀、烧坏、弹簧失效等原因造成的。
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⑥继电器安装部位振动量级放大。
线圈短路
线圈阻值降低，甚至为零。
①内引出线未绝缘好，与绕组匝层、外引出线短路。
②漆包线漆皮受损。
③漆包线与引出线的焊接处不光滑，有毛刺，刺破引出线包扎绝缘薄膜。
线圈断路
线圈不通
①漆包线与引出线的焊接处虚焊。
②漆包线去漆皮时受损伤。
③引出线焊接到引出杆时，绷得过紧，在张力的作用下引出线焊接处断。④机械应力振断。
电磁继电器常见的失效模式及其失效机理分析
失效模式
失效机理
模式
现象接触不良接来自电阻大触点断开①尘埃等多余物夹杂在触点表面。
②触点表面污染，生成了有机吸附膜、碳化膜等。
③生成磨擦聚合物。
④磁极面夹持多余物，使衔铁运动不到位。
⑤触点电磨损导致接点压力下降。
⑥接触簧片应力松弛导致触点压力下降。
⑦推动杆裂或推动杆蠕变。
耐电压击穿、绝缘下降
触点对地
触点之间
线圈对地
线圈对触点
①金属多余物、焊接飞溅、熔瘤连接。
②继电器漏气或因烘烤除气不到位，使其内有水气。
③玻璃绝缘子受到污染。
④。线圈引出线套管破裂。
⑤线圈骨架（绝缘薄膜）破损，线包与铁心短路。
⑥银离子迁移。
密封漏气
封焊部位漏气
绝缘子漏气
①搬动引出杆使绝缘子开裂。
②在热、冷应力的作用下使焊缝及绝缘子漏气。
⑤线圈短路烧毁。
⑥由于线圈过电压引起的线圈过热老化。
灵敏度超差
吸合电压、释放电压超差。不转换。
①触点压力下降。
②返回弹簧、永久磁铁的力变化。
③磁间隙变化。
④衔铁轴孔磨擦力增大，或衔铁运动受阻。
④线圈阻值变化或断路。
⑤继电器漏气，在0ºC以下结冰，触点凝结。
⑥继电器安装部位有漏磁或有磁干扰。
⑦欠电压工作。
触点粘接
常开触点粘接常闭触点粘接
①火花、电弧引起的触点熔焊。
②范德瓦尔斯力冷焊。
③接触焦耳热引起接点熔焊。
④密封继电器漏气，在0ºC以下的低温存放，内部结冰，触点凝结。
触点抖动
（误动作）
常开触点抖闭
常闭触点抖断
①接触簧片谐振。
②结构件、衔铁谐振。
③应力松弘，触点压力下降；电磁保持力不足。
④继电器轴孔配合过松。
③在机械应力的作用下造成密封漏气。