贵州航天电器股份有限公司
摘要：本文主要对我公司生产的某型号继电器产品在生产过程中出现的释放电压超差（偏小）问题进行分析，并针对分析结果提出了2个解决措施，然后对每个措施进行深入分析，最后得出最佳的解决方案。本文的分析过程及针对问题的解决措施对于其他电磁继电器有借鉴意义。
关键词：释放电压；吸力特性；反力特性；铜层厚度
1.前言
电磁继电器具有转换深度高、多路切换、输入输出比大、抗干扰能力强的特点，时至今日，仍在工业控制、现代通讯、汽车工业、航天工程等领域广泛应用，执行控制、信号传递、系统配电等功能
1/2晶体罩系列继电器产品是我公司电磁继电器中的主打产品，其中型号为J**-**M的产品较为特别，属于小体积、大负载产品，这为用户在安装空间小、负载要求高的使用环境下提供了一种很好的解决方案，正是基于以上原因我公司的J**-**M继电器产品一直保持着一定的市场占有率。
该继电器上个世纪90年代完成定型鉴定，经过20余年不断的技术探索，产品结构、工艺已较为成熟，但在对生产环节的过程跟踪中发现，个别问题对产品的投产率产生了一定的影响，其中释放电压超差问题就是其中比较明显的一个，因此对该产品释放电压超差进行深入分析并制定相应的解决措施对产品装配合格率的提升有非常重要的意义。
2.失效机理
2.1.产品结构
该型号产品属于1/2晶体罩系列转换密封直流电磁继电器，其产品结构主要包括电磁机构和接触系统，电磁机构是驱动机构，接触系统是执行机构，其中电磁机构为平衡衔铁式，具有抗冲振、结构紧凑、负载体积比高等特点。图1是产品的电磁机构示意图。
图1 J**-**M系列产品结构示意图
2.2.继电器吸反力特性分析
当电磁继电器线圈通电后，在轭铁、铁心、衔铁及磁路间隙所组成的磁路产生磁通，由此产生电磁吸力，吸引衔铁向轭铁的工作面靠近。当线圈中的电压达到一定值（吸合值），产生的吸力足以克服机械反力时，衔铁被吸引到与轭铁工作面紧贴的位置。与此同时，通过衔铁上的推动杆使得动接触片与常开静接触片闭合，从而使被控电路接通。线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁在复原簧片作用下返回初始位置，触点也跟着恢复到原来状态，完成一次继电器工作过程。
由以上描述可知，继电器的工作是电磁吸力与机械反力共同作用的结果。如图2所示为电磁继电器吸力特性与反力特性的匹配关系。图中A→E表示电磁继电器从完全断开状态→完全吸合状态的整个过程，E→A表示电磁继电器从完全吸合状态→完全断开状态的整个过程。吸力特性曲线表明：当继电器线圈安匝IW=（IW）吸动值时（图2绿色曲线），吸力特性曲线上的各个点都高于反力特性曲线（黑色曲线）上的各相应点，表示衔铁在各个位置上，作用在它之上的电磁吸力都大于机械反力，所以继电器的衔铁被吸动。当继电器线圈安匝IW=IW释放值时（图2蓝色曲线），反力特性曲线上的各个点都低于反力特性曲线（黑色曲线）上的各相应点，表示衔铁在各个位置上，作用在它之上的电磁吸力都小于机械反力，所以继电器的衔铁在反力作用下返回至初始位置。
注：图中黑色曲线为反力特性曲线
蓝色曲线为IW=IW（释放）时的吸力特性曲线
绿色曲线为IW=IW（吸动）时的吸力特性曲线
图2 电磁继电器吸力特性与反力特性的匹配关系
从图2电磁继电器吸力特性与反力特性的匹配关系图中可知，造成该型号继电器产品释放电压超差（偏小）的原因是反力相对偏小。构成电磁继电器产品反力特性的主要因素有超行程、触点间隙、触点压力和复原力[1]。
a)超行程是继电器的重要参数之一，它指的是衔铁从常开触点闭合起，至其完全达到吸合的终止位置所通过的那一部分行程。超行程的大小直接影响继电器电气参数的调整：增大超行程将使继电器总的机械反力增大，如果电磁吸力不变，则衔铁的保持力相应减小，有利于继电器释放，如果超行程过大，当继电器处于工作状态时，将加剧动触点的磨损与烧蚀，触点在规定负载下的分断能力下降以致消失，而超行程太小，又导致动触点与常开触点接触不可靠。
b)触点间隙也是继电器的重要机械参数之一。触点间隙是指在规定的条件下，当触点电路断开时在触点之间的间隙。触点间隙能保证可靠地息弧和可靠绝缘，保证因某种原因（碰撞、振动冲击、触点变形等）不致形成断开触点瞬间闭合或因间隙减少而引起电路导通或电压击穿。增加触点间隙可以有效的提高产品的释放电压，但同时吸合电压也会随之增加。
c)触点压力是指在规定的条件下，处于闭合位置的两个触点之间相互作用的压力，这里所指得触点压力指的是静触点接触压力。触点压力的作用在于清除接触表面膜，提高簧片的抗振能力，保证触点接触电阻小而趋于稳定，保证继电器在规定负载下可靠工作。增加触点压力可以有效的提高产品的释放电压，但同时吸合电压也会随之增加。
d)复原簧片的初始反力即复原簧片对衔铁的初始反力，它保证继电器去激励后使衔铁回到原来的位置。复原反力的调整可相应的调整继电器的吸合和释放参数，在其他机械参数不变的前提下，增大复原反力可使继电器的吸合和释放值同时增大，复原反力太大，继电器的灵敏度下降；反之，减小复原反力，继电器的吸合值和释放值同时减小，复原反力太小，将使继电器的耐振动和耐冲击性能下降。另外复原反力太小，产品轴孔之间的挤压力不足，导致产品在PIND（微粒碰撞噪声检测）时衔铁在窜动方向易现机械噪声。
2.3.J**-**M继电器释放电压超差解决方案
在继电器调试过程中如果实测释放电压小于规定的释放值时，即为释放电压偏小。从上节的分析过程可知，增大衔铁吸合超行程或动合触点压力，增大复原簧片的初始反力，增大触点接触压力，在保证衔铁行程和触点接触压力的前提下，适当增大动合触点的间隙等都可以达到提高释放值的目的。但对四项机械参数的的具体分析过程可知，提高产品超行程、触点间隙、触点压力和复原力四项机械参数可以提高产品的释放电压，但吸合电压参数也会相应的增大，如果产品封壳后在交收和筛选时出现吸合电压超差，该只产品只能剔除；有些产品调试时吸合电压未超差，但是吸合电压偏产品技术文件规定的上限，则该只产品经过环境筛选后也容易出现吸合电压超差现象。综合分析认为，通过增加产品机械反力特性来提高产品的释放电压时吸合电压也会随着漂移，措施不可用。
从调整产品机械反力途径无法解决产品的释放电压小问题，便只能从产品吸力方向着手。从生产实践过程得知,增加衔铁表面电镀的铜层厚度和使衔铁与轭铁接触面增加通缝可以提高产品的释放电压。
a)增加铜层厚度。该型号继电器产品的衔铁表面为铜层打底后再电镀镍处理，铜层本身可以具有隔磁效果，增加铜层厚度可使线圈安匝不变的情况下，降低产品的吸力，在产品释放时吸反力特性匹配不变，但需要更大的吸合电压来产生需要的吸力，以此来提高产品的释放电压。
b)衔铁与轭铁接触面增加通缝。此方法是人为地在衔铁工作面与长、短轭铁工作面的接触部位增加一条通缝，具体可见图3。
此方法是在电气校正工序调试产品时如发现产品的释放电压小，将塞片放在衔铁与轭铁的工作面接触部位，然后使用尖嘴钳在非工作面其他接触部位钳，人为的在衔铁与轭铁工作面端部增加缝隙，增加磁通回路的磁阻，在一定范围内降低磁效率，提高产品释放电压。
根据实践经验，两种方法都可以有效地解决产品释放电压小的问题，但在实践中同时也发现，通过在衔铁与轭铁接触面增加通缝的方法存在两个问题：一是应力释放问题，通过人为施加外力使两个工作面存在缝隙，衔铁和轭铁零件会产生的一定的内应力，当产品经过老炼、高低温运行等工序后由于应力释放，人为的制造的缝隙可能会减小甚至消失，此时产品的吸合电压仍无法保证；二是使用外力作用在衔铁和轭铁两个零件上，外力的控制不当可能会对产品的磁路结构、轴孔零件造成一定程度的损伤，给产品以后的使用带来一定程度的隐患。
从上述的过程分析可知，通过增加该型号衔铁镀铜层的厚度方法是最为可取的。该型号继电器衔铁原铜层厚度为1um～6um，在验证实践过程中将衔铁的厚度增加至15um～22um，验证结果良好，投产200套产品，最终合格188套，投产率94%，在生产过程中产品因吸合电压小问题仅剔除2只，取得了非常好的效果。
3.结论
本文从J**-**M继电器产品的结构和其吸反力特性匹配角度出发，分析得出可解决产品释放电压偏小的措施，措施可分为从反力特性方面和从吸力特性方面，但从反力特性方面解决该问题却带来吸合电压同时增大的副作用，因此只能从吸力特性方面着手，吸力特性方面有增加衔铁铜层厚度和钳缝两项措施，但钳缝会对产品的结构造成一定程度的破坏作用，因此最终确定采用增加衔铁铜层厚度的措施来解决J**-**M吸合电压小的问题，经过验证，措施有效，且针对问题的解决措施对于其他电磁继电器有借鉴意义。
参考文献
[1]郑天丕.《继电器制造•工艺•使用》[M].北京：电子工业出版社，1996:235-237.
论文作者:范文成
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/10
标签：衔铁论文; 继电器论文; 触点论文; 电压论文; 产品论文; 吸力论文; 特性论文; 《基层建设》2017年第12期论文;