晶体罩密封电磁继电器有限体积负载能力提升方法研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.02.003

摘要/Abstract

摘要：

航天航空领域中使用的密封电磁继电器具有体积小、环境适应性强的特点。针对继电器有限体积下高负载能力的需求,首先分析继电器高负载工况下的产品失效机理,基于单因素分析方法,分别以电磁系统保持力与吸合电压最大阈值为上下限,确定影响空间最大化形位参数的主要影响因素,实现触点开距增加的最大化设计方案。接着,分别尝试加装散热片方案、增加SF₆灭弧气氛方案,以及在有限空间内增加永磁体灭弧等方案。基于试验结果比对,确定了有限体积内的继电器设计,制作原理样机并进行生产试验。最终,根据高温寿命试验结果确定加装散热片为最优设计方案。

关键词: 密封电磁继电器, 负载能力, 失效机理, 有限体积, 可靠性提升

Abstract:

Sealed electromagnetic relays used in the aerospace field are characterized by small size and strong environmental adaptability.In view of the demand of high load capacity under the limited volume of the relay,firstly,the product failure mechanism of the relay under high load condition was analyzed.Based on the single factor analysis method,the main influencing factors of the shape and position parameters affecting the maximization of space were determined by taking the maximum threshold of the holding force and the maximum suction voltage of the electromagnetic system as the upper and lower limits.The design scheme of maximizing the increase of contact opening distance was realized.Subsequently,schemes such as installing a heat sink,adding SF6 arc extinguishing atmosphere,and adding a permanent magnet arc extinguishing in the limited space were tried respectively.Based on the comparison of the test results,the design of the relay within the limited volume was determined,and the principle prototype was made and the production test was carried out.Finally,according to the results of the high-temperature life test,it was determined that the installation of heat sink was the optimal design scheme.

Key words: sealed electromagnetic relays, load capacity, failure mechanism, limited volume, improved reliability

中图分类号:

TM581

张永健, 由佳欣, 吴迪, 薛雨同, 龚诗家, 战肖宇. 晶体罩密封电磁继电器有限体积负载能力提升方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(2): 15-23.

ZHANG Yongjian, YOU Jiaxin, WU Di, XUE Yutong, GONG Shijia, ZHAN Xiaoyu. Research on Method of Improving Load Capacity Within Limited Volume of Crystal Cover Sealed Electromagnetic Relay[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2025, 0(2): 15-23.

图/表 25

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参考文献 18

[1]	张军辉, 刘树鑫, 刘洋, 等. 基于无传感器的交流接触器位移控制策略[J]. 电器与能效管理技术, 2024(10):1-6,71.
[2]	翟国富, 梁慧敏, 许峰, 等. 电磁继电器可靠性容差设计方法的综合分析与讨论[J]. 低压电器, 2002(6):12-16.
[3]	乔瑜菲, 由佳欣, 金鑫宇, 等. 基于Kriging模型及变异函数的批次产品免调率提升方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(5):15-24,71.
[4]	杨昕宇, 由佳欣, 付饶, 等. 密封电磁继电器失效机理一致性判别方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(11):1-7,34.
[5]	崔向前, 由佳欣, 丁丁, 等. 密封电磁继电器多物理场双向交互耦合分析方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024(7):9-18.
[6]	周学, 代文鑫. 基于时频域参数分析的直流电弧故障检测装置[J]. 电器与能效管理技术, 2024(8):86-90,99.
[7]	马航宇, 梁慧敏, 陈昊, 等. 1/2晶体罩密封继电器触点参数自动测试系统设计[J]. 电器与能效管理技术, 2023(10):54-60.
[8]	李博, 由佳欣, 熊方圆, 等. 基于分断动能的小型密封电磁继电器过负载能力提升方法[J]. 电工技术学报, 2019, 34(13):2760-2769.
[9]	REICHART M, NEUHAUS A R, SCHRANK C, et al. The influence of design parameters on contact interlocking caused by material transfer[C]// Electrical Contacts-2007 Proceedings of the 53rd IEEE Holm Conference on Electrical Contacts. Pittsburgh,PA,USA, 2007:244-250.
[10]	LINDMAYER M. Simulation of switching arcs under transverse magnetic fields for DC interruption[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2016, 44(2):187-194.
[11]	MORIN L. Material transfer and welding in automotive power switches and relays[C]// Proc.20th International Conference on Electrical Contacts.Stock-holm,Sweden, 2000:397-402.
[12]	刘桂林, 魏子桐, 梁慧敏, 等. 双稳态晶体罩继电器一致性稳健设计[J]. 电器与能效管理技术, 2022(10):9-16.
[13]	朱佳淼, 王召斌, 李久鑫. 基于POA优化支持向量回归模型的航天电磁继电器贮存寿命预测[J]. 电器与能效管理技术, 2023(8):61-67.
[14]	MARINKA B, AZATUHI U, ARUSYAK A. Application of an artificial neural network for detecting,classifying,and making decisions about asymmetric short circuits in a synchronous generator[J]. Energies, 2023, 16(6):12-15.
[15]	张安明, 周强. 开关关合速度和短路关合能力计算分析[J]. 电器与能效管理技术, 2024(10):19-25.
[16]	刘兴尚, 唐贵英, 吴芳正, 等. 浅谈从触点材料改进来提升电磁继电器负载能力[J]. 机电元件, 2019, 39(6):27-28,35.
[17]	杨春恩, 郑哲, 任万滨. 不同触点开距下交流接触器吸合过程的研究[J]. 电器与能效管理技术, 2022(6):10-14.
[18]	LIANG H, LI B YOU J X, et al. A novel matrix topology-based analysis method of thermal circuits for reliability optimization of HSER[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2024, 37(4):479-492.

被测触点编号	首次失效次数/次	被测触点编号	首次失效次数/次
A₁	18 746	C₁	28 659
A₂	19 713	C₂	15 795
B₁	18 075	D₁	—
B₂	29 281	D₂	—

触点	动合分断燃弧时间/ms	动合吸合燃弧时间/ms	静合吸合燃弧时间/ms	静合分断燃弧时间/ms
B₁	0.77	0.53	1.51	1.24
E₁	0.27	0	0.40	0.31

参数	寿命试验后样品				寿命试验前样品
参数	4号继电器	5号继电器	6号继电器	7号继电器	1号继电器	2号继电器	3号继电器
吸合电压/V	11.8	11.8	12.0	11.7	14.2	14.1	15.8
释放电压/V	1.40	1.60	1.50	1.27	3.00	2.60	3.30
释放时间/ms	1.53	1.82	1.48	2.08	1.10	1.20	1.03
释放回跳次数/次	27	10	14	9	44	30	37
释放回跳时间/ms	4.65	1.78	3.14	2.73	2.31	1.91	2.52
吸合时间/ms	3.38	3.68	3.67	3.57	3.69	3.76	3.78
吸合回跳次数/次	19	8	7	12	6	11	10
吸合回跳时间/ms	1.14	0.40	0.48	1.07	0.27	0.55	0.37

参数	实验					均值
参数	1号	2号	3号	4号	5号	均值
燃弧拉断距离/mm	0.53	0.40	0.55	0.55	0.35	0.476

衔铁减短值/ mm	增加的衔铁行程/(°)	减短后的衔铁行程/(°)	减短后的触点开距/mm
0.2	0.185	6.72	0.297~0.327
0.4	0.381	6.91	0.315~0.335
0.6	0.590	7.12	0.334~0.364
0.8	0.813	7.34	0.355~0.384
1.0	1.051	7.58	0.377~0.407
1.2	1.306	7.84	0.400~0.430
1.4	1.579	8.11	0.425~0.455
1.6	1.864	8.39	0.452~0.482
1.8	2.192	8.72	0.482~0.512
2.0	2.536	9.07	0.514~0.544