保證和提高電磁繼電器使用可靠性的研究

引 言

　　電磁繼電器的結(jié)構(gòu)原理、動作過程以及非線性的能量轉(zhuǎn)換過程，使其具有獨(dú)特的電氣、物理特性以及斷態(tài)的高絕緣電阻和通態(tài)的低導(dǎo)通電阻等特性。由于電磁繼電器是由電磁及機(jī)械傳動部分組成的機(jī)電一體化元件，在制造過程中大部分裝配調(diào)整是手工操作，因此電磁繼電器的批一致性和可靠性與其他電子元器件相比要差一些，故在使用中必須采取一些防范措施，才能達(dá)到較滿意的效果。多年來，在對某軍品生產(chǎn)廠的失效電磁繼電器進(jìn)行失效分析后發(fā)現(xiàn)，使用原因造成的失效約占30%以上，特別是近兩年電磁繼電器的失效比較多，除電磁繼電器自身質(zhì)量原因外，使用不當(dāng)也是一個主要原因。所以如何在使用中提高電磁繼電器的可靠性已成為人們目前重點(diǎn)研究的課題。

　　1 合理選用電磁繼電器

　　在整機(jī)的可靠性設(shè)計中，要求電路設(shè)計師們根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求、系統(tǒng)的使用環(huán)境條件及成本等項目綜合考慮選擇電子元器件。電磁繼電器也不例外，必須從環(huán)境溫度、機(jī)械應(yīng)力、負(fù)載能力等方面加以考慮，認(rèn)真選擇。

　　1．1 電磁繼電器工作溫度的選用

　　由于溫度的變化對電磁繼電器技術(shù)性能有嚴(yán)重的影響：首先溫度過高可加速電磁繼電器的內(nèi)部塑料、絕緣材料、金屬零件的老化，同時加劇觸點(diǎn)表面膜電阻的形成使觸點(diǎn)氧化腐蝕、熄弧困難、觸點(diǎn)切換能力下降、吸合電壓升高等；其次溫度過低可使電磁繼電器觸點(diǎn)冷粘作用加劇，觸點(diǎn)表面結(jié)霜起露，銜鐵表面產(chǎn)生冷膜，影響觸點(diǎn)的正常導(dǎo)通。對于錫封的電磁繼電器，還會由于溫度過低導(dǎo)致錫的脆裂而影響其密封性。

　　一般情況下，電磁繼電器在加電工作時，小功率電磁繼電器的溫度為30℃，*率電磁繼電器的溫度為40℃，大功率電磁繼電器的溫度為50℃。且在設(shè)計印制線路板時，不要使電磁繼電器靠近發(fā)熱的元器件。因此要求選擇電磁繼電器時，要充分考慮其工作溫度適用范圍，且在設(shè)計印制線路板時，不要使電磁繼電器靠近發(fā)熱的元器件。并在上機(jī)前要嚴(yán)格按其詳細(xì)規(guī)范進(jìn)行高、低溫運(yùn)行篩選試驗，對于重要的軍用產(chǎn)品，最好選擇“七?！币陨系燃壍碾姶爬^電器。

　　1．2 電磁繼電器抗振動、沖擊應(yīng)力指標(biāo)的選用

　　電磁繼電器的觸點(diǎn)簧片均為懸臂梁結(jié)構(gòu)，固有頻率較低，當(dāng)整機(jī)在進(jìn)行振動、沖擊的頻率接近或達(dá)到其固有頻率時會引起諧振，從而導(dǎo)致觸點(diǎn)產(chǎn)生瞬間斷開或出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動，嚴(yán)重時還會使可動的銜鐵部分因為過激勵而誤動作或使可動部分由于振動、沖擊產(chǎn)生摩擦而形成材料碎屑落入觸點(diǎn)間隙或轉(zhuǎn)動支承處，造成嚴(yán)重卡滯現(xiàn)象。因此在選擇電磁繼電器時，必須根據(jù)整機(jī)的使用條件來選擇滿足振動、沖擊技術(shù)要求的電磁繼電器。

　　1．3 電磁繼電器負(fù)載能力的選用

　　降額設(shè)計是電子元器件提高可靠性最有效的措施。繼電器則不同，并不是觸點(diǎn)所加的負(fù)荷應(yīng)力越小越可靠。特別是在高溫條件下，當(dāng)觸點(diǎn)電流為100 mA時，觸點(diǎn)的電弧不能燒掉其在高溫條件下析出的含碳物質(zhì)，而這些含碳物質(zhì)沉積在觸點(diǎn)表面，使觸點(diǎn)接觸電阻增大；當(dāng)觸點(diǎn)負(fù)荷使用在10 mA以下或50 mV以下時，由于電壓過低無法擊穿觸點(diǎn)表面的膜電阻，將會出現(xiàn)低電平失效。故電磁繼電器的負(fù)載能力按如下方法選擇：

　　(1)電磁繼電器的額定負(fù)載是指在規(guī)定的動作次數(shù)(壽命)內(nèi)，在規(guī)定動作頻率下，觸點(diǎn)所能切換的負(fù)載，其種類有阻性負(fù)載、容性負(fù)載、直流感性負(fù)載、電機(jī)負(fù)載、燈負(fù)載、低電平負(fù)載等，不同的負(fù)載之間各生產(chǎn)廠家有相應(yīng)的換算關(guān)系，如航天3412廠對觸點(diǎn)切換不同性質(zhì)負(fù)載大體的電流比例如表1，因此應(yīng)根據(jù)電路中要求切換的負(fù)載形式來選擇相應(yīng)的電磁繼電器。

　　(2)不同電磁繼電器具有不同的負(fù)載曲線即負(fù)載電壓和負(fù)載電流的關(guān)系曲線，如圖1是某電磁繼電器負(fù)載曲線(最大切換能力)。

　　從圖中可以看出：減小負(fù)載電壓可使負(fù)載電流提高，減小負(fù)載電流可使負(fù)載電壓提高，但不存在兩者之一無限減小、另一個無限增大的關(guān)系，而是兩者均有一個上限值。因此在選用電磁繼電器負(fù)載時，應(yīng)限制在負(fù)載曲線的下方。

　　建議把負(fù)載能力設(shè)計在100 mA以上，且技術(shù)指標(biāo)給定的額定負(fù)載值的60%～80％。