中心議題：
- 提高電磁繼電器可靠性的措施
解決方案：
- 合理選用電磁繼電器
- 正確連接電磁繼電器
- 電磁繼電器的電磁兼容性
- 正確安裝電磁繼電器
電磁繼電器的結(jié)構(gòu)原理、動(dòng)作過(guò)程以及非線性的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，使其具有獨(dú)特的電氣、物理特性以及斷態(tài)的高絕緣電阻和通態(tài)的低導(dǎo)通電阻等特性。由于電磁繼電器是由電磁及機(jī)械傳動(dòng)部分組成的機(jī)電一體化元件，在制造過(guò)程中大部分裝配調(diào)整是手工操作，因此電磁繼電器的批一致性和可靠性與其他電子元器件相比要差一些，故在使用中必須采取一些防范措施，才能達(dá)到較滿(mǎn)意的效果。多年來(lái)，在對(duì)某軍品生產(chǎn)廠的失效電磁繼電器進(jìn)行失效分析后發(fā)現(xiàn)，使用原因造成的失效約占30%以上，特別是近兩年電磁繼電器的失效比較多，除電磁繼電器自身質(zhì)量原因外，使用不當(dāng)也是一個(gè)主要原因。所以如何在使用中提高電磁繼電器的可靠性已成為人們目前重點(diǎn)研究的課題。
1 合理選用電磁繼電器
在整機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)中，要求電路設(shè)計(jì)師們根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求、系統(tǒng)的使用環(huán)境條件及成本等項(xiàng)目綜合考慮選擇電子元器件。電磁繼電器也不例外，必須從環(huán)境溫度、機(jī)械應(yīng)力、負(fù)載能力等方面加以考慮，認(rèn)真選擇。
1．1 電磁繼電器工作溫度的選用
由于溫度的變化對(duì)電磁繼電器技術(shù)性能有嚴(yán)重的影響：首先溫度過(guò)高可加速電磁繼電器的內(nèi)部塑料、絕緣材料、金屬零件的老化，同時(shí)加劇觸點(diǎn)表面膜電阻的形成使觸點(diǎn)氧化腐蝕、熄弧困難、觸點(diǎn)切換能力下降、吸合電壓升高等；其次溫度過(guò)低可使電磁繼電器觸點(diǎn)冷粘作用加劇，觸點(diǎn)表面結(jié)霜起露，銜鐵表面產(chǎn)生冷膜，影響觸點(diǎn)的正常導(dǎo)通。對(duì)于錫封的電磁繼電器，還會(huì)由于溫度過(guò)低導(dǎo)致錫的脆裂而影響其密封性。
一般情況下，電磁繼電器在加電工作時(shí)，小功率電磁繼電器的溫度為30℃，*率電磁繼電器的溫度為40℃，大功率電磁繼電器的溫度為50℃。且在設(shè)計(jì)印制線路板時(shí)，不要使電磁繼電器靠近發(fā)熱的元器件。因此要求選擇電磁繼電器時(shí)，要充分考慮其工作溫度適用范圍，且在設(shè)計(jì)印制線路板時(shí)，不要使電磁繼電器靠近發(fā)熱的元器件。并在上機(jī)前要嚴(yán)格按其詳細(xì)規(guī)范進(jìn)行高、低溫運(yùn)行篩選試驗(yàn)，對(duì)于重要的軍用產(chǎn)品，最好選擇“七專(zhuān)”以上等級(jí)的電磁繼電器。
1．2 電磁繼電器抗振動(dòng)、沖擊應(yīng)力指標(biāo)的選用
電磁繼電器的觸點(diǎn)簧片均為懸臂梁結(jié)構(gòu)，固有頻率較低，當(dāng)整機(jī)在進(jìn)行振動(dòng)、沖擊的頻率接近或達(dá)到其固有頻率時(shí)會(huì)引起諧振，從而導(dǎo)致觸點(diǎn)產(chǎn)生瞬間斷開(kāi)或出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使可動(dòng)的銜鐵部分因?yàn)檫^(guò)激勵(lì)而誤動(dòng)作或使可動(dòng)部分由于振動(dòng)、沖擊產(chǎn)生摩擦而形成材料碎屑落入觸點(diǎn)間隙或轉(zhuǎn)動(dòng)支承處，造成嚴(yán)重卡滯現(xiàn)象。因此在選擇電磁繼電器時(shí)，必須根據(jù)整機(jī)的使用條件來(lái)選擇滿(mǎn)足振動(dòng)、沖擊技術(shù)要求的電磁繼電器。
1．3 電磁繼電器負(fù)載能力的選用
降額設(shè)計(jì)是電子元器件提高可靠性最有效的措施。繼電器則不同，并不是觸點(diǎn)所加的負(fù)荷應(yīng)力越小越可靠。特別是在高溫條件下，當(dāng)觸點(diǎn)電流為100 mA時(shí)，觸點(diǎn)的電弧不能燒掉其在高溫條件下析出的含碳物質(zhì)，而這些含碳物質(zhì)沉積在觸點(diǎn)表面，使觸點(diǎn)接觸電阻增大；當(dāng)觸點(diǎn)負(fù)荷使用在10 mA以下或50 mV以下時(shí)，由于電壓過(guò)低無(wú)法擊穿觸點(diǎn)表面的膜電阻，將會(huì)出現(xiàn)低電平失效。故電磁繼電器的負(fù)載能力按如下方法選擇：
(1)電磁繼電器的額定負(fù)載是指在規(guī)定的動(dòng)作次數(shù)(壽命)內(nèi)，在規(guī)定動(dòng)作頻率下，觸點(diǎn)所能切換的負(fù)載，其種類(lèi)有阻性負(fù)載、容性負(fù)載、直流感性負(fù)載、電機(jī)負(fù)載、燈負(fù)載、低電平負(fù)載等，不同的負(fù)載之間各生產(chǎn)廠家有相應(yīng)的換算關(guān)系，如航天3412廠對(duì)觸點(diǎn)切換不同性質(zhì)負(fù)載大體的電流比例如表1，因此應(yīng)根據(jù)電路中要求切換的負(fù)載形式來(lái)選擇相應(yīng)的電磁繼電器。
(2)不同電磁繼電器具有不同的負(fù)載曲線即負(fù)載電壓和負(fù)載電流的關(guān)系曲線，如圖1是某電磁繼電器負(fù)載曲線(最大切換能力)。
從圖中可以看出：減小負(fù)載電壓可使負(fù)載電流提高，減小負(fù)載電流可使負(fù)載電壓提高，但不存在兩者之一無(wú)限減小、另一個(gè)無(wú)限增大的關(guān)系，而是兩者均有一個(gè)上限值。因此在選用電磁繼電器負(fù)載時(shí)，應(yīng)限制在負(fù)載曲線的下方。
建議把負(fù)載能力設(shè)計(jì)在100 mA以上，且技術(shù)指標(biāo)給定的額定負(fù)載值的60%～80％。
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2 電磁繼電器的正確連接
2．1 電磁繼電器線圈的連接
電磁繼電器詳細(xì)規(guī)范中一般對(duì)線圈的電壓都給出工作電壓，吸合電壓，釋放電壓。電磁繼電器在工作時(shí)線圈應(yīng)施加額定工作電壓(電流)，而不應(yīng)是動(dòng)作電壓(電流)。由于線圈具有儲(chǔ)能作用，當(dāng)電磁繼電器線圈斷電時(shí)，其儲(chǔ)存的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千伏的浪涌電壓(反電勢(shì))，這個(gè)浪涌電壓作用到繼電器供電系統(tǒng)中去，會(huì)對(duì)其他器件產(chǎn)生不良影響，所以必須在繼電器的線圈兩頭加“瞬態(tài)抑制電路”，將其電壓峰值限制在一定的范圍內(nèi)，一般推薦瞬態(tài)抑制電路為在線圈兩端并聯(lián)阻容電路或電阻器或一個(gè)二極管。
2．2 電磁繼電器觸點(diǎn)的連接
理論上電磁繼電器觸點(diǎn)可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。觸點(diǎn)并聯(lián)可以提高電路接通的可靠性，對(duì)電路斷開(kāi)的可靠性則相反；觸點(diǎn)串聯(lián)可以提高電路斷開(kāi)的可靠性，對(duì)電路接通的可靠性則相反。這是由于電磁繼電器各組觸點(diǎn)間不可能完全同時(shí)動(dòng)作，故一般不采用兩組或多組觸點(diǎn)并聯(lián)起來(lái)切換一個(gè)大于單個(gè)觸點(diǎn)額定負(fù)載電流的電路；同時(shí)也不采用兩組或多組觸點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)去切換一個(gè)大于單個(gè)觸點(diǎn)額定負(fù)載電壓的電路。目前多數(shù)采用將兩個(gè)(或以上)同類(lèi)型，兩組觸點(diǎn)串、并聯(lián)使用來(lái)提高其可靠性，其并聯(lián)可靠度為：
Rt=1-(1-R)n
式中：Rt為并聯(lián)后的可靠度；R為每個(gè)繼電器的可靠度。觸點(diǎn)串聯(lián)能夠提高其負(fù)載電壓，提高的倍數(shù)為串聯(lián)觸點(diǎn)的組數(shù)。但使用時(shí)電壓不要高于線圈最大工作電壓，也不要低于額定工作電壓的90％，否則會(huì)危及線圈壽命和使用可靠性，如圖2所示。
3 電磁繼電器的電磁兼容性
電磁干擾是造成產(chǎn)品故障或性能降級(jí)的主要原因之一，電磁繼電器的感應(yīng)機(jī)構(gòu)是由電磁鐵構(gòu)成，于是存在著漏磁場(chǎng)和磁分路的問(wèn)題，在電路中應(yīng)用時(shí)需避免其對(duì)其他元器件的電磁干擾。特別是在小信號(hào)電路中，如各型魚(yú)雷產(chǎn)品的引信系統(tǒng)應(yīng)選用電磁屏蔽非常好的小功率繼電器。同時(shí)，電磁繼電器在電路中應(yīng)遠(yuǎn)離磁性敏感元件或磁性物質(zhì)，確保其本身能正常工作。如某型魚(yú)雷操雷儀表上使用的電磁繼電器，在單機(jī)使用時(shí)完全符合單機(jī)的技術(shù)性能要求，但在段調(diào)試時(shí)，該繼電器不能正常轉(zhuǎn)換。其原因是段裝殼體上有一磁感應(yīng)強(qiáng)度很強(qiáng)的磁鐵，在其磁場(chǎng)的作用下，單機(jī)上使用的繼電器中的磁感應(yīng)部分被磁化而不能正常工作，后經(jīng)對(duì)該電磁繼電器進(jìn)行屏蔽，才保證了段裝調(diào)試的順利進(jìn)行。
在GJB65B中已明確規(guī)定相鄰的同類(lèi)繼電器安裝時(shí)網(wǎng)格間距、安裝間距沿磁軸線方向排列間距應(yīng)為1．27 mm的整倍數(shù)。最近的網(wǎng)格間距最小為2．54 mm，層間間距為3．18 mm的整倍數(shù)。所以要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)師們要不斷地學(xué)習(xí)新知識(shí)、新標(biāo)準(zhǔn)，不斷地掌握電磁繼電器的技術(shù)性能，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要充分考慮到電磁繼電器的磁特性，確保其在產(chǎn)品中能夠正常地、可靠地轉(zhuǎn)換。
4 電磁繼電器的正確安裝
電磁繼電器合理安裝是保證其使用可靠性不可忽視的問(wèn)題，如某型魚(yú)雷接線盒和供電切換裝置組件上使用的JRC-071M繼電器，由于在00D1，00D2組件上的安裝方式不合理造成該兩種組件的環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)的振動(dòng)項(xiàng)目無(wú)法通過(guò)，又由于設(shè)計(jì)圖紙已經(jīng)定型，無(wú)法更改，工藝人員歷經(jīng)四個(gè)多月的摸索試驗(yàn)，改變了產(chǎn)品振動(dòng)的安裝姿態(tài)，即通過(guò)改變振動(dòng)臺(tái)的方向保證了該電磁繼電器的觸點(diǎn)振動(dòng)方向、銜鐵的吸合方向和整機(jī)振動(dòng)方向垂直，從而解決了00D1，00D2組件的環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)。為了確保設(shè)計(jì)圖紙與工藝文件文文一致、文實(shí)相符，工廠在這方面浪費(fèi)了大量的人力和財(cái)力。因此設(shè)計(jì)師和工藝師在型號(hào)設(shè)計(jì)、研制階段應(yīng)充分考慮電磁繼電器的正確安裝方式，避免人為因素造成電磁繼電器失效。
4．1 正確選擇電磁繼電器的安裝方式
電磁繼電器不同的安裝方式，在不同的振動(dòng)方向上，加速度的放大程度有很大的差異。SJl51A-84中規(guī)定的安裝方式有6種，如圖3所示。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，這6種安裝方式對(duì)加速度的放大程度從小到大的順序?yàn)?型，3型，5型，1型，6型，0型。但隨著科技的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電磁繼電器的需求也不斷增加，對(duì)電磁繼電器的性能及可靠性提出了更高的要求，安裝方式也隨著產(chǎn)品的實(shí)際狀態(tài)而不斷變化而變化，因此設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的印制線路板時(shí)，一定要考慮電磁繼電器的安裝方式，保證其觸點(diǎn)振動(dòng)方向、銜鐵的吸合方向盡量和整機(jī)振動(dòng)方向垂直；同時(shí)在安裝繼電器的印制線路板上采取減振措施，如鎖緊裝置、壓片安裝架等，但要注意減振措施中各個(gè)邊上的受力一定要平衡。
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4．2 電磁繼電器的引出端整形與焊接
電磁繼電器的引出端多數(shù)為玻璃絕緣子進(jìn)行密封，因此在裝配前一定要注意以下三點(diǎn)要求：
(1)對(duì)于硬引出端的電磁繼電器，不允許彎折引出端，以防止玻璃絕緣子破裂造成電磁繼電器漏氣；對(duì)于軟引出端的電磁繼電器，也不允許直接彎折，應(yīng)在距電磁繼電器地板跟部3～5 mm處用鑷子先行夾持后再在端部施力緩慢彎曲到需要的位置，避免反復(fù)彎折，保證引出端跟部不受力。
(2)當(dāng)電磁繼電器直接安裝在印制線路板上時(shí)，要求印制線路板的孔距符合繼電器引出端的尺寸要求，且孔距不能太小，要保證繼電器引出端能順利插下，印制線路和繼電器底部留有一定的間隙，防止貼得過(guò)緊或拉得太緊使繼電器跟部受到引力的作用。
(3)焊接時(shí)，必須要根據(jù)電磁繼電器功率大小來(lái)選擇焊接溫度和焊接時(shí)間，對(duì)一般中、小功率的電磁繼電器，選擇電烙鐵不要超過(guò)60 w，焊接時(shí)間不要大于3 s，因?yàn)楹附訙囟冗^(guò)高，且時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使電磁繼電器引出端受熱作用的影響，使繼電器線圈與引出端脫焊或虛焊，使彈簧片觸點(diǎn)性能下降，或使玻璃絕緣子開(kāi)裂等。
5 結(jié) 語(yǔ)
電磁繼電器隨著微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的飛速發(fā)展而不斷地向小型化、表面貼裝化、高可靠方向發(fā)展，因此要求整機(jī)設(shè)計(jì)師、工藝師要不斷地學(xué)習(xí)各類(lèi)繼電器使用方面的知識(shí)，進(jìn)一步總結(jié)和探討其使用可靠性方面的問(wèn)題，以滿(mǎn)足整機(jī)系統(tǒng)對(duì)電磁繼電器的可靠性要求。
