一种大功率电磁继电器的设计与仿真分析

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2026.08.007

摘要/Abstract

摘要：

针对额定负载380 V AC/25 A的大功率电磁继电器,依据GJB 1461B—2024《大功率电磁继电器通用规范》,系统阐述了其结构设计、参数计算与多物理场仿真验证方法。设计采用“平衡力”式电磁驱动系统、4路主触点并联布局及“空间扩增+多腔隔弧罩+充氮”复合灭弧方案,结合激光密封充氮工艺,提升了产品的动作可靠性、电弧抑制能力和环境适应性。通过电磁场、结构力学及热场的多物理场耦合仿真,验证了吸反力匹配、抗冲击振动性能及稳态温升均满足指标要求,形成了一套完整的设计—仿真—验证闭环流程,为同类高可靠性继电器的研制提供了参考。

关键词: 大功率电磁继电器, 平衡力, 复合灭弧, 多物理场仿真

Abstract:

A high-power electromagnetic relay with rated parameters of 380 V AC/25 A is researched. In accordance with GJB 1461B—2024, its structural design, parameter calculation and multi-physics simulation verification method are systematically elaborated. This design adopts a “balanced-force” electromagnetic drive system, four-channel main-contact parallel layout, and a composite arc-quenching scheme of “spatial expansion + multi chamber arc extinguishing cover + nitrogen filling”. Combined with laser-sealing and nitrogen-filling processes, the product’s operational reliability, arc-suppression capability and environmental adaptability are improved. Through coupled multi-physics simulations of electromagnetic field, structural mechanics and thermal field, the matching of electromagnetic attraction-reaction forces, shock-vibration resistance and steady-state temperature rise are verified to satisfy index requirements. A complete closed-loop workflow of design-simulation-validation is established, which provides a reference for the development of similar high-reliability relays.

Key words: high-power electromagnetic relay, balanced-force, composite arc quenching, multi-physics simulation

中图分类号:

TM58

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图/表 21

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参考文献 8

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参数	设计值	备注
额定电压/V DC	28	—
工作电压范围/V DC	16~32	—
线圈电阻(23℃)/Ω	210±10%	—
线圈匝数	3 200	—
吸合电压(23℃)/V DC	≤18.0	实测典型值为13.5 V
吸合电压(85℃)/V DC	≤19.8	—
释放电压/V DC	1.5~7.0	—
最大瞬态反压/V DC	≤42	TVS钳位保护
漆包线绝缘等级	H级(180 ℃)	—

测试项目	要求值	实测范围	平均值	达标率/%
吸合电压 (23 ℃)/V DC	≤18	12.8~14.2	13.5	100
释放电压/V DC	1.5~7.0	2.1~6.3	4.2	100
接触电阻 (初始)/mΩ	≤10	3.5~5.2	4.1	100
动作时间/ms	≤20	10.5~13.2	11.8	100
释放时间/ms	≤20	12.8~16.5	14.5	100

测点位置	仿真温升/K	实测温升/K	偏差/%
主接线端子	34.6	36.2	+4.6
线圈最热点	64.7	68.3	+5.6
外壳表面	22.1	24.5	+10.9

操作次数	接触电阻/mΩ	动作时间/ms	释放时间/ms
0	4.1	11.8	14.5
10 000	4.3	12.1	14.9
20 000	4.8	12.6	15.4