快连接式电磁继电器结构可靠性的研究与改进

引言

　　电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(即输入回路)和被控制系统(即输出回路)，是一种当输入量(电、磁、声、光、热)达到一定值时，输出量将发生阶跃式变化，通常应用于自动控制电路中。它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大的电流、较高的电压的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用[1]。

　　根据安装方式的不同，电磁继电器可分为五种，分别为PCB直插式(THT)、表面贴装式(SMT)、插入式、快连接式(QC)和螺钉式，本文通过失效案例分析，主要针对快连接式电磁继电器结构可靠性进行研究，并提出改善方案。

1 快连接式继电器失效案例分析

1.1 失效案例

　　根据售后反馈的一台空调自动开机故障，空调上电后，在未开机的状态下，压机自动转，更换内机主板，空调使用正常。经回访反馈，为用户刚安装，电源插头接通220V电源，内机就自动开机工作，调换制热制冷模式正常工作，唯一故障是通电后自动开启无法关机。

1.2 失效分析

1.2.1 故障原因初步判定

　　取回内机主板多次上电测试，主板均可正常工作，压缩机继电器吸合正常，但继电器吸合和断开声音与正常品有差异，断电后继电器断开时间较长。测试继电器电气参数，发现释放电压偏小，根据技术图纸要求，继电器吸合电压不大于9V，释放电压不小于1.2V，测试对比，正常品释放电压在2V左右，故障品则为0.8V，释放电压不合格[2]。

1.2.2 故障诱因分析

　　对故障继电器进行外观检查，发现继电器快连接插片变形(向内侧倾斜)，解剖后在放大镜下进行内部检查(如图1)，发现故障件内部快连接插片折弯处与基座之间间隙较大，固定铆接点与快连接插片结合位置松动。

1.2.3 分析与结论

　　通过分析，确认导致空调整机异常的主要原因为继电器电气参数不合格，释放电压低于产品设计要求。而导致电气参数不合格的原因为快连接插片受到外力冲击变形，使快连接插片与基座铆接点固定柱受到破坏，继电器静簧片向动簧片反方向移动，GAP(簧片间隙)变大，FOLLOW(超行程)变小，导致释放电压低。

2 失效故障模拟

2.1 同厂家故障模拟

　　根据对售后故障件的分析，可以确定故障品由于快连接插片受外力作用，导致继电器静簧片向动簧片反方向移动，使GAP变大，FOLLOW变小，释放电压低。故通过实验模拟的方法，确定正常品是否同样会出现此类情况。

　　模拟实验方法：选取与售后相同厂家的继电器，根据生产操作过程中可能存在推动继电器快连接插片的情况，模拟快连接插片受力，掰动插片倾斜成45°，测试实验前后继电器释放电压的变化。

　　样品选取：筛选初始释放电压较低的继电器进行试验模拟。测试数据如表2所示。

　　选取的继电器初始释放电压为1.5V，经模拟实验后，释放电压降低至1.12V，不合格。释放电压下降0.38V，降低了25.33%。

　　结论：通过受力模拟，掰动继电器快连接插片后，初始释放电压较低的继电器可复现售后故障现象——释放电压低。观察模拟的故障件，其快连接插片与基座铆接点结合处受到破坏，继电器静簧片向动簧片反方向移动，GAP变大，FOLLOW变小，释放电压低。

2.2 不同厂家测试对比

　　根据以上模拟实验的方法，对比不同厂家快连接式继电器在插片受力后，继电器释放电压下降变化情况。可以发现，除售后失效厂家释放电压下降明显，达25.33%外，B厂家快连接式继电器释放电压同样下降明显。

　　测试对比结果如表3所示。

　　结论：通过对比可以看出，快连接式电磁继电器插片受力变形导致参数变化，并非单一厂家存在此类情况，具有一定的普遍性，研究快连接式电磁继电器结构的可靠性及改善方案，具有重要的意义。

3 快连接式电磁继电器结构可靠性研究及改善

　　售后出现的快连接式继电器插片变形导致继电器释放电压变小，经分析，主要原因为继电器快连接插片受到外力冲击变形，导致快连接插片与基座铆接点结合强度受到破坏，从而使继电器静簧片向动簧片反方向移动，GAP变大，FOLLOW变小，最终导致释放电压低。

　　通过对比研究，可以认为改善快连接式继电器的可靠性，需在插片与静簧片间增加固定装置，以减少插片变形对电磁继电器释放参数的影响。以下提出两种改善方案，经验证可降低快连接插片受力对电磁继电器参数的影响。

3.1 快连接式插片根部增加挡块

　　电磁继电器快连接插片与静簧片结构上同为一体，提高继电器的可靠性，可通过在插片的根部增加挡块，以固定插片且减少插片变形对其他部位造成影响。

　　改善效果验证：针对整改后的制品模拟受外力导致插片变形的情况，测试各项参数变化较小，相比整改前的制品改善明显。

3.2 快连接片的静簧片上增加挡钉

　　提高电磁继电器可靠性的另一方案是固定静簧片，即在其头部增加挡钉，使组立后与基座间紧密接触，可确保快连接插片在外力作用下，其内部静簧片不易发生位移变化而导致释放电压下降。改善示意图如图4所示。

　　改善效果验证：测试改善后样品参数情况，同样改善明显。

3.3 其他方案

　　在研究快连接式电磁继电器并试图提高其可靠性时，我们还发现可以从其他方面提高其可靠性，如下：

　　(1)增大支架上用于固定快连接插片的铆柱的直径，以提高快连接插片抗外力破坏的能力;

　　(2)快连接插片与静簧片连接区域增加过渡台阶，减少插片受力时对静簧片的影响。

4 结论

　　快连接式电磁继电器作为常用的控制器件，其使用除常见的内部异物、线圈开路等失效[3]外，通过此次研究分析，发现插片受力也会造成可靠性减低，引起继电器早期失效。其失效原理是快连接插片受到外力冲击变形，使快连接插片与基座铆接点固定柱受到破坏，继电器静簧片向动簧片反方向移动，GAP变大，FOLLOW变小，导致释放电压低。基于对快连接式继电器的研究，为避免外部应力导致继电器参数变化，通过在快连接式插片根部增加挡块或在快连接片的静簧片上增加挡钉，可改善快连接式继电器的结构强度，提高其使用可靠性。

　　参考文献：

　　[1]白琼燕,李生仁.电磁继电器的工作原理及其功能[J].科教文汇,2013(18):138-138..

　　[2]黄娇英,胡振益,高成,等.军用电磁继电器失效分析[J].现代电子技术,2013,36(10):131-135.

　　[3]王香芬,高成,付桂翠.电磁继电器电测失效分析技术研究[J].低压电器,2011(2):6-9.