李忠奎，管楊杰

(1.貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 產(chǎn)品功能、用途

產(chǎn)品單芯接觸件需提供270V直流、20A大功率傳輸?shù)漠a(chǎn)品，通過插頭與插座對(duì)接與分離實(shí)現(xiàn)電能號(hào)的傳輸與斷開，產(chǎn)品對(duì)接鎖緊后，能夠保證在規(guī)定的力學(xué)環(huán)境下接觸可靠連接。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 接觸件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目大功率電連接器接觸對(duì)采用剛性插孔以及開槽式彈性插針接觸件進(jìn)行對(duì)接實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。插孔及插針的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：插針頭部為周圈對(duì)稱的四開槽結(jié)構(gòu)，插針口部的直徑比插孔的內(nèi)徑

圖1 大功率接觸件結(jié)構(gòu)示意

圖2 插針應(yīng)力分布圖

圖3 塑性變形分布圖

大，在對(duì)接時(shí)，插針進(jìn)入插孔時(shí)，插孔使插針“收縮”，產(chǎn)生彈性變形，插針有回彈的趨勢與插孔內(nèi)壁形成可靠電接觸。通過三維建模，并仿真分析得出接觸對(duì)在對(duì)接狀態(tài)下彈性插針的應(yīng)力分布(見圖2～圖3)。根據(jù)仿真結(jié)果，確定了插針與插孔的過盈尺寸，能夠滿足接觸可靠性的要求。

接觸件是電連接器的核心部件，本項(xiàng)目產(chǎn)品的接觸對(duì)設(shè)計(jì)繼承已定型的J220系列電連接器產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)基線是ATI公司的樣品及樣本資料，在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)國外ATI樣品的接觸件進(jìn)行了詳細(xì)的測繪及材料分析工作，根據(jù)測得數(shù)據(jù)。

2.2 耐高壓設(shè)計(jì)

a)接觸件之間的電氣間隙設(shè)計(jì)

產(chǎn)品工作電壓為270V DC，產(chǎn)品直接與外部電網(wǎng)電源連接，因此所處的電路為一次電路，絕緣類型按最高等級(jí)：加強(qiáng)絕緣進(jìn)行設(shè)計(jì)。污染等級(jí)定為等級(jí)3：適用于設(shè)備內(nèi)局部環(huán)境受到導(dǎo)電污物污染的地方。通過上述信息，查GB4943表3(見圖5)可以得到產(chǎn)品的最小電氣間隙為4.0mm。如圖4所示，產(chǎn)品基孔間距設(shè)計(jì)為8mm，插頭最小電氣間隙為4.25mm,插座最小電氣間隙為5.24mm,滿足最小電氣間隙為4mm的要求。

圖4 產(chǎn)品電氣間隙

圖5 最小電氣間隙(摘自GB4943)

b)對(duì)接界面設(shè)計(jì)

通過在產(chǎn)品的接界面設(shè)計(jì)界面密封墊，使產(chǎn)品對(duì)接到位后，壓縮界面密封墊，將接觸件之間的空氣排出(見圖6)，由于此時(shí)在接觸件之間的介質(zhì)為界面密封墊，其介電強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣，因此產(chǎn)品的耐電壓性能能夠得到極大提高。

圖6 產(chǎn)品對(duì)接示意圖

c) 尾端堆膠排除空氣介質(zhì)設(shè)計(jì)

插頭端產(chǎn)品尾端通過堆膠的方式將接觸件引腳之間的空氣間隙用膠液進(jìn)行填充，而膠介質(zhì)的介電強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣介質(zhì)的介電強(qiáng)度，常態(tài)下，J220所用的灌封膠介電強(qiáng)度為5.8Kv/mm，空氣的介電強(qiáng)度為2000v/mm，因此，采取上述措施能夠大大提升產(chǎn)品的耐電壓性能；另外，插座端接方式為彎插印制板式產(chǎn)品，為提高產(chǎn)品可靠性，建議產(chǎn)品焊接在印制板后對(duì)引腳尾端進(jìn)行堆膠處理。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)品海平面測試1800V DC耐電壓持續(xù)1min，無擊穿現(xiàn)象，已達(dá)到使用電壓270V DC的6.6倍(根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，耐電壓至少為使用電壓的3倍)，滿足使用要求。

4 結(jié)論

通過對(duì)實(shí)際產(chǎn)品耐電壓設(shè)計(jì)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，可以得出以下結(jié)論：在考慮產(chǎn)品耐高壓性能時(shí)需要根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際使用工況查詢標(biāo)準(zhǔn)確定其最小電氣間隙要求，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行保證；另外，導(dǎo)體之間的空氣介質(zhì)應(yīng)該采取措施盡可能排除，采用橡膠、結(jié)構(gòu)膠等介電強(qiáng)度更高的介質(zhì)填充。