交流负载下拍合式功率继电器长寿命设计技术的研究

摘要

拍合式功率继电器以其体积小、重量轻、成本低和开断负载大等特点被广泛应用于加热类家用电器中，主要负责开断交流负载，年产量可达上亿只。该类型继电器的电寿命直接关系到家用电器的使用寿命及安全，因此研究拍合式功率继电器的长寿命设计技术具有重要意义。
　　首先，本文分析了某型号功率继电器的触点失效模式和失效机理。该型继电器分为常开型和转换型两种，利用试验分析系统分别对两种继电器进行了电寿命试验，监测失效退化参数并得出其电寿命；采用交流电弧理论和数理统计的方法，确定交流负载下继电器的触点失效模式和失效机理；在此基础上，分别利用高速摄像机和红外热像仪对继电器的动作过程和整机温升进行了拍摄，验证了相应的分析结果。
　　其次，实现了继电器动态特性联合仿真分析并对其进行了优化。采用基于虚拟样机技术的多仿真软件联合分析技术对继电器的动态特性进行了仿真分析，并通过继电器线圈电流和动作参数测试对仿真结果进行了验证；针对继电器存在的释放回跳问题，本文以动态特性仿真试验方法为基础，以降低回跳时间和幅度为优化目标，通过优化尺寸参数和簧片材料的方法对动簧片进行了优化设计。与优化前相比，优化后继电器的释放回跳时间和幅度均大幅减小，达到了优化目的。
　　然后，分析了影响继电器交流电弧燃弧时间的关键因素，确定了最佳触点开距。通过交流电弧理论推导和燃弧时间采集的方法明确了触点开距是交流负载下继电器燃弧时间的关键影响因素；在考虑产品尺寸和加工工艺的基础上确定了增大触点开距的工程实现方式，并对比分析了5种不同开距继电器的燃弧时间分布情况，找到了变化规律；结合动态特性仿真和试验结果确定了该型继电器的最佳触点开距。
　　最后，基于上述分析设计结果并在充分考虑成本和实际加工工艺的基础上，分别提出了常开型和转换型继电器产品的优化方案，并通过电寿命试验对其进行了试验验证。
　　本研究的原理和方法也可推广到其它类型拍合式功率继电器的设计与优化中。

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源及研究的目的和意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 继电器触点失效模式及失效机理分析

2.1 引言

2.2 研究对象及优化指标

2.3 常开型继电器触点失效机理分析

2.4 转换型继电器触点失效机理分析

2.5 本章小结

第3章 继电器动态特性仿真分析及优化

3.1 引言

3.2 动态特性的数学模型及求解方法

3.3 电磁系统虚拟样机的建立

3.4 机械系统虚拟样机的建立

3.5 继电器动态特性联合仿真分析

3.6 基于虚拟样机技术的继电器动态特性优化

3.7 本章小结

第4章 交流电弧燃弧时间影响因素分析及最佳开距的确定

4.1 引言

4.2 交流电弧燃弧时间的关键影响因素分析

4.3 不同开距下燃弧时间的实验研究

4.4 最佳触点开距的确定

4.5 本章小结

第5章 继电器产品优化方案及寿命试验验证

5.1 引言

5.2 常开型继电器优化方案及寿命试验验证

5.3 转换型继电器优化方案及寿命试验验证

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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致谢