保證和提高電磁繼電器使用可靠性的研究

引 言

　　電磁繼電器的結構原理、動(dòng)作過(guò)程以及非線(xiàn)性的能量轉換過(guò)程，使其具有獨特的電氣、物理特性以及斷態(tài)的高絕緣電阻和通態(tài)的低導通電阻等特性。由于電磁繼電器是由電磁及機械傳動(dòng)部分組成的機電一體化元件，在制造過(guò)程中大部分裝配調整是手工操作，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，才能達到較滿(mǎn)意的效果。多年來(lái)，在對某軍品生產(chǎn)廠(chǎng)的失效電磁繼電器進(jìn)行失效分析后發(fā)現，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，使用不當也是一個(gè)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

　　在整機的可靠性設計中，要求電路設計師們根據系統的可靠性要求、系統的使用環(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、機械應力、負載能力等方面加以考慮，認真選擇。

　　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)性能有嚴重的影響：首先溫度過(guò)高可加速電磁繼電器的內部塑料、絕緣材料、金屬零件的老化，同時(shí)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(guò)低可使電磁繼電器觸點(diǎn)冷粘作用加劇，觸點(diǎn)表面結霜起露，銜鐵表面產(chǎn)生冷膜，影響觸點(diǎn)的正常導通。對于錫封的電磁繼電器，還會(huì )由于溫度過(guò)低導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(shí)，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℃。且在設計印制線(xiàn)路板時(shí)，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(shí)，要充分考慮其工作溫度適用范圍，且在設計印制線(xiàn)路板時(shí)，不要使電磁繼電器靠近發(fā)熱的元器件。并在上機前要嚴格按其詳細規范進(jìn)行高、低溫運行篩選試驗，對于重要的軍用產(chǎn)品，最好選擇“七專(zhuān)”以上等級的電磁繼電器。

　　1．2 電磁繼電器抗振動(dòng)、沖擊應力指標的選用

　　電磁繼電器的觸點(diǎn)簧片均為懸臂梁結構，固有頻率較低，當整機在進(jìn)行振動(dòng)、沖擊的頻率接近或達到其固有頻率時(shí)會(huì )引起諧振，從而導致觸點(diǎn)產(chǎn)生瞬間斷開(kāi)或出現觸點(diǎn)抖動(dòng)，嚴重時(shí)還會(huì )使可動(dòng)的銜鐵部分因為過(guò)激勵而誤動(dòng)作或使可動(dòng)部分由于振動(dòng)、沖擊產(chǎn)生摩擦而形成材料碎屑落入觸點(diǎn)間隙或轉動(dòng)支承處，造成嚴重卡滯現象。因此在選擇電磁繼電器時(shí)，必須根據整機的使用條件來(lái)選擇滿(mǎn)足振動(dòng)、沖擊技術(shù)要求的電磁繼電器。

　　1．3 電磁繼電器負載能力的選用

　　降額設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)所加的負荷應力越小越可靠。特別是在高溫條件下，當觸點(diǎn)電流為100 mA時(shí)，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；當觸點(diǎn)負荷使用在10 mA以下或50 mV以下時(shí)，由于電壓過(guò)低無(wú)法擊穿觸點(diǎn)表面的膜電阻，將會(huì )出現低電平失效。故電磁繼電器的負載能力按如下方法選擇：

　　(1)電磁繼電器的額定負載是指在規定的動(dòng)作次數(壽命)內，在規定動(dòng)作頻率下，觸點(diǎn)所能切換的負載，其種類(lèi)有阻性負載、容性負載、直流感性負載、電機負載、燈負載、低電平負載等，不同的負載之間各生產(chǎn)廠(chǎng)家有相應的換算關(guān)系，如航天3412廠(chǎng)對觸點(diǎn)切換不同性質(zhì)負載大體的電流比例如表1，因此應根據電路中要求切換的負載形式來(lái)選擇相應的電磁繼電器。

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

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

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