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(yáng)，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(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)、信號(hào)傳遞、電路隔離的關(guān)鍵元器件,在自動(dòng)控制系統(tǒng)、電力保護(hù)系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)中,起控制、檢測(cè)、保護(hù)和調(diào)節(jié)作用,是國(guó)防尖端技術(shù)、先進(jìn)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(jī)構(gòu)和接觸系統(tǒng)是電磁繼電器的兩個(gè)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(diǎn)壓力、超行程等機(jī)械參數(shù)在激光封焊后無(wú)法測(cè)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(diǎn)組機(jī)械參數(shù)和電氣參數(shù)的一致性是保證觸點(diǎn)系統(tǒng)動(dòng)作一致性和可靠性的前提。

觸點(diǎn)同步時(shí)間是指繼電器具有兩組以上觸點(diǎn)對(duì)時(shí),第一個(gè)觸點(diǎn)對(duì)接觸(斷開(kāi))時(shí)的吸合值(釋放值)與最后一個(gè)觸點(diǎn)對(duì)接觸(斷開(kāi))時(shí)的吸合值(釋放值)的時(shí)間差。觸點(diǎn)同步時(shí)間超差(>1ms)嚴(yán)重影響了產(chǎn)品觸點(diǎn)動(dòng)作的一致性和可靠性,同時(shí)因觸點(diǎn)同步時(shí)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(duì)某電磁繼電器觸點(diǎn)同步時(shí)間超差問(wèn)題進(jìn)行分析,結(jié)合繼電器吸、反力特性曲線對(duì)觸點(diǎn)壓力、超行程等機(jī)械參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,從而提升繼電器觸點(diǎn)參數(shù)的一致性,有效控制該繼電器觸點(diǎn)同步時(shí)間超差問(wèn)題。

2 同步時(shí)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(diǎn),通過(guò)對(duì)裝配過(guò)程的10只同步時(shí)間超差產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械參數(shù)測(cè)試并激光封殼后使用繼電器測(cè)試儀記錄同步時(shí)間如表1所示。

表1 同步時(shí)間超差產(chǎn)品機(jī)械參數(shù)記錄情況

從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出,同一繼電器的不同觸點(diǎn)組其觸點(diǎn)壓力和超行程等參數(shù)一致性較差,結(jié)合產(chǎn)品裝配過(guò)程及調(diào)試參數(shù)分析,觸點(diǎn)壓力及超行程等機(jī)械參數(shù)一致性是否良好是影響觸點(diǎn)同步時(shí)間的關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)同步時(shí)間超差產(chǎn)品進(jìn)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(shuō)明產(chǎn)品在吸合過(guò)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(diǎn)組吸合時(shí)間延長(zhǎng),受不同觸點(diǎn)組簧片反力一致性影響最終出現(xiàn)同步時(shí)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(shí)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(jì)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(jìn)行控制。

3.2 觸點(diǎn)壓力控制

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

圖2 生產(chǎn)過(guò)程觸點(diǎn)壓力統(tǒng)計(jì)分析圖

3.3 超行程控制

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

圖3 生產(chǎn)過(guò)程超行程統(tǒng)計(jì)分析圖

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品線圈電阻、觸點(diǎn)壓力及超行程等參數(shù)作了明確規(guī)定,調(diào)試時(shí)控制不同觸點(diǎn)組各機(jī)械參數(shù)的一致性,最后通過(guò)測(cè)試觸點(diǎn)同步時(shí)間超差問(wèn)題得到有效控制。

對(duì)參數(shù)優(yōu)化后觸點(diǎn)同步時(shí)間合格產(chǎn)品的吸反力特性曲線進(jìn)行測(cè)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(duì)圖4曲線各階段進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述:

(1)在a1點(diǎn),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(dòng)、沖擊或加速度等外力作用時(shí),銜鐵不至于產(chǎn)生誤動(dòng)作。

(2)銜鐵從a1運(yùn)動(dòng)到b1點(diǎn),其行程對(duì)應(yīng)為推動(dòng)球與動(dòng)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(duì)應(yīng)曲線為a1b1段。

(3)從b1點(diǎn)開(kāi)始,推動(dòng)球與動(dòng)簧片開(kāi)始接觸,一直運(yùn)動(dòng)到c1點(diǎn),相對(duì)應(yīng)為靜觸點(diǎn)的跟蹤,所克服的反力是動(dòng)觸點(diǎn)對(duì)靜觸點(diǎn)的壓力和復(fù)原簧片反力之和,故曲線斜率突增,對(duì)應(yīng)曲線b1c1段,在c1點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)與常閉靜觸點(diǎn)開(kāi)始分離。

(4)銜鐵從c1點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d1點(diǎn),這段距離與觸點(diǎn)間隙相對(duì)應(yīng)。銜鐵所受到的力是動(dòng)簧片的彎曲變形反力與復(fù)原簧片反力之和,對(duì)應(yīng)曲線c1d1段,在d1點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)與常開(kāi)靜觸點(diǎn)開(kāi)始接觸。

(5)銜鐵繼續(xù)從d1點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到e1點(diǎn),這段對(duì)應(yīng)動(dòng)合觸點(diǎn)跟蹤,即銜鐵的超行程階段,由此超行程產(chǎn)生一定的動(dòng)合壓力保證動(dòng)合觸點(diǎn)接觸可靠。銜鐵受到的反力是由動(dòng)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(dòng)部分重力),對(duì)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(dòng)值時(shí)的吸力特性曲線,曲線上所有各點(diǎn)超過(guò)反力特性曲線上的相應(yīng)各點(diǎn)。表示銜鐵在各個(gè)位置上,作用在它之上的電磁吸力超過(guò)機(jī)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(shí)的吸力特性曲線,此時(shí)吸力特性曲線上的各點(diǎn)都低于反力特性曲線上的各相應(yīng)點(diǎn),表示銜鐵在各個(gè)位置上,作用在它之上的電磁吸力都小于機(jī)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(jìn)而減少了銜鐵二次吸合的現(xiàn)象,銜鐵運(yùn)動(dòng)比較干脆連貫,縮短了繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)間,保證各組觸點(diǎn)組的同步性。經(jīng)過(guò)批產(chǎn)驗(yàn)證,采取一系列措施后共生產(chǎn)800套產(chǎn)品,統(tǒng)計(jì)其同步時(shí)間超差比例由原來(lái)的13.40%降低至3.52%,同步時(shí)間超差問(wèn)題得到有效控制。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)觸點(diǎn)同步時(shí)間超差產(chǎn)品的吸、反力特性曲線進(jìn)行分析,采取對(duì)線圈電阻、觸點(diǎn)壓力及超行程等參數(shù)進(jìn)行控制,保證了同一繼電器不同觸點(diǎn)組機(jī)械參數(shù)的一致性,通過(guò)對(duì)參數(shù)的優(yōu)化,有效改善繼電器吸、反力曲線交叉的問(wèn)題,避免了繼電器二次吸合現(xiàn)象,縮短了產(chǎn)品加電過(guò)程的吸合時(shí)間,從而控制繼電器觸點(diǎn)同步時(shí)間超差問(wèn)題,有效提升了繼電器觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的一致性和可靠性。