某電磁繼電器觸點同步時間超差分析及對策研究

安虹銘，高冬冬，付 斌，王劍飛

(1．貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009；2．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱，150001)

1 引言

電磁繼電器是實現(xiàn)控制目標(biāo)、信號傳遞、電路隔離的關(guān)鍵元器件,在自動控制系統(tǒng)、電力保護系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)中,起控制、檢測、保護和調(diào)節(jié)作用,是國防尖端技術(shù)、先進的工業(yè)和民用設(shè)備不可或缺的基本元件之一[1-2]。電磁機構(gòu)和接觸系統(tǒng)是電磁繼電器的兩個重要組成部件,裝配完成后兩者均被密封在金屬殼內(nèi),所以繼電器觸點壓力、超行程等機械參數(shù)在激光封焊后無法測量。性能良好的繼電器,線圈加電后產(chǎn)生的吸力特性曲線和簧片產(chǎn)生的反力特性曲線必須匹配良好,這種配合關(guān)系到電磁系統(tǒng)的效率和繼電器工作的可靠性[3-4]。因此,要求繼電器各觸點組機械參數(shù)和電氣參數(shù)的一致性是保證觸點系統(tǒng)動作一致性和可靠性的前提。

觸點同步時間是指繼電器具有兩組以上觸點對時,第一個觸點對接觸(斷開)時的吸合值(釋放值)與最后一個觸點對接觸(斷開)時的吸合值(釋放值)的時間差。觸點同步時間超差(>1ms)嚴(yán)重影響了產(chǎn)品觸點動作的一致性和可靠性,同時因觸點同步時間超差剔除也影響產(chǎn)品的合格率,增加生產(chǎn)成本。本文針對某電磁繼電器觸點同步時間超差問題進行分析,結(jié)合繼電器吸、反力特性曲線對觸點壓力、超行程等機械參數(shù)進行優(yōu)化,從而提升繼電器觸點參數(shù)的一致性,有效控制該繼電器觸點同步時間超差問題。

2 同步時間超差原因分析

本文研究電磁繼電器為銜鐵旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu),具有四組轉(zhuǎn)換觸點,通過對裝配過程的10只同步時間超差產(chǎn)品進行機械參數(shù)測試并激光封殼后使用繼電器測試儀記錄同步時間如表1所示。

表1 同步時間超差產(chǎn)品機械參數(shù)記錄情況

從測試數(shù)據(jù)可以看出,同一繼電器的不同觸點組其觸點壓力和超行程等參數(shù)一致性較差,結(jié)合產(chǎn)品裝配過程及調(diào)試參數(shù)分析,觸點壓力及超行程等機械參數(shù)一致性是否良好是影響觸點同步時間的關(guān)鍵參數(shù)。對同步時間超差產(chǎn)品進行吸、反力特性曲線繪制如圖1所示。

圖1 不合格產(chǎn)品吸反力特性匹配曲線

從圖1中圈圓處放大圖可以看出吸力曲線與反力曲線存在明顯的交叉,說明產(chǎn)品在吸合過程中銜鐵存在被卡住的現(xiàn)象,即二次吸合現(xiàn)象,引起觸點組吸合時間延長,受不同觸點組簧片反力一致性影響最終出現(xiàn)同步時間超差現(xiàn)象。

3 采取有效措施及效果

3.1 根據(jù)電磁吸力公式

(1)

式(1)中,IW為安匝值,μ0=1.25×10-6H/m (常數(shù)),μb為工作氣隙的磁壓降,Sb為氣隙面積,δ為工作氣隙。

忽略產(chǎn)品吸合時的磁壓降、氣隙面積及工作氣隙情況下,繼電器電磁吸力與線圈安匝值成正比,根據(jù)安匝值計算公式:

(2)

在線圈額定電壓、線徑、匝數(shù)等一定條件下,適當(dāng)降低線圈電阻以增大線圈安匝值,從而提升電磁吸力。該繼電器線圈電阻為1000(1±10%)Ω,根據(jù)理論分析線圈電阻按工藝規(guī)定下限進行控制。

3.2 觸點壓力控制

對同步時間合格產(chǎn)品的觸點壓力進行測試并繪制如圖2所示,從圖2中可看出觸點壓力主要集中在(0.10～0.12)N范圍,根據(jù)測試結(jié)果將觸點壓力規(guī)定在(0.08～0.13)N范圍。

圖2 生產(chǎn)過程觸點壓力統(tǒng)計分析圖

3.3 超行程控制

對同步時間合格產(chǎn)品的觸點超行程進行測試并繪制如圖3所示,從圖3可看出觸點超行程主要集中在(0.25～0.50)N范圍,根據(jù)測試結(jié)果將觸點超行程規(guī)定在(0.20～0.50)N范圍。

圖3 生產(chǎn)過程超行程統(tǒng)計分析圖

通過對產(chǎn)品線圈電阻、觸點壓力及超行程等參數(shù)作了明確規(guī)定,調(diào)試時控制不同觸點組各機械參數(shù)的一致性,最后通過測試觸點同步時間超差問題得到有效控制。

對參數(shù)優(yōu)化后觸點同步時間合格產(chǎn)品的吸反力特性曲線進行測試并繪制如圖4所示。

圖4 合格產(chǎn)品吸反力特性匹配曲線

對圖4曲線各階段進行簡單的闡述:

(1)在a1點,銜鐵處于釋放位置,作用于復(fù)原簧片的初始反力Fa1是保證繼電器受到振動、沖擊或加速度等外力作用時,銜鐵不至于產(chǎn)生誤動作。

(2)銜鐵從a1運動到b1點,其行程對應(yīng)為推動球與動簧片之間的間隙,即銜鐵在自由行程階段僅需要克服復(fù)原簧片的反力,對應(yīng)曲線為a1b1段。

(3)從b1點開始,推動球與動簧片開始接觸,一直運動到c1點,相對應(yīng)為靜觸點的跟蹤,所克服的反力是動觸點對靜觸點的壓力和復(fù)原簧片反力之和,故曲線斜率突增,對應(yīng)曲線b1c1段,在c1點動觸點與常閉靜觸點開始分離。

(4)銜鐵從c1點運動到d1點,這段距離與觸點間隙相對應(yīng)。銜鐵所受到的力是動簧片的彎曲變形反力與復(fù)原簧片反力之和,對應(yīng)曲線c1d1段,在d1點動觸點與常開靜觸點開始接觸。

(5)銜鐵繼續(xù)從d1點運動到e1點,這段對應(yīng)動合觸點跟蹤,即銜鐵的超行程階段,由此超行程產(chǎn)生一定的動合壓力保證動合觸點接觸可靠。銜鐵受到的反力是由動簧片、靜簧片、復(fù)原簧片三者的反力之和(忽略摩擦力及可動部分重力),對應(yīng)曲線d1e1段,曲線較陡。

圖4中曲線①為吸合電壓下的吸力曲線,即線圈安匝值IW=(IW)吸動值時的吸力特性曲線,曲線上所有各點超過反力特性曲線上的相應(yīng)各點。表示銜鐵在各個位置上,作用在它之上的電磁吸力超過機械反力,所以繼電器能夠吸合到底。曲線③為釋放電壓下的吸力曲線,即線圈安匝值IW=(IW)釋放值時的吸力特性曲線,此時吸力特性曲線上的各點都低于反力特性曲線上的各相應(yīng)點,表示銜鐵在各個位置上,作用在它之上的電磁吸力都小于機械反力,所以繼電器的銜鐵被釋放。從圖4可以看出參數(shù)優(yōu)化后電磁吸力有所提升,減少了吸反力的交叉,進而減少了銜鐵二次吸合的現(xiàn)象,銜鐵運動比較干脆連貫,縮短了繼電器觸點動作的時間,保證各組觸點組的同步性。經(jīng)過批產(chǎn)驗證,采取一系列措施后共生產(chǎn)800套產(chǎn)品,統(tǒng)計其同步時間超差比例由原來的13.40%降低至3.52%,同步時間超差問題得到有效控制。

4 結(jié)論

本文通過對觸點同步時間超差產(chǎn)品的吸、反力特性曲線進行分析,采取對線圈電阻、觸點壓力及超行程等參數(shù)進行控制,保證了同一繼電器不同觸點組機械參數(shù)的一致性,通過對參數(shù)的優(yōu)化,有效改善繼電器吸、反力曲線交叉的問題,避免了繼電器二次吸合現(xiàn)象,縮短了產(chǎn)品加電過程的吸合時間,從而控制繼電器觸點同步時間超差問題,有效提升了繼電器觸點運動的一致性和可靠性。