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磁保持继电器抗强磁设计中性能变化的探讨

2021.2.18
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qi

致力于为分析测试行业奉献终身

  一、磁保持继电器工作原理及在恒定磁场下的影响

  磁保持继电器主要由线圈、衔铁组件、动静片三部分组成,靠线圈通电时产生的磁力来驱动衔铁组件方向的改变,从而改变动静片触电的断开与闭合。在恒定磁场的影响下,线圈产生的磁力会被抵消,会导致相同的驱动电压下,继电器动作不干脆或者不动作;同时,衔铁组件的状态可能会发生改变,导致继电器误动作。

  二、恒定磁场标准的分析

  新规范中规定了磁铁的体积为50mm*50mm*50mm,磁力分别为200mT(单相电表)和300mT(三相电表)。而在普通条件下,充磁不是很均匀,磁铁的表面磁力分布为中间小,四周大,所以在设计抗强磁的产品中所用的磁铁应该选择中心磁场200mT或300mT,留有余量。

  三、抗强磁设计的影响因素

  1、线圈功耗

  为保证足够的驱动力不被磁铁抵消以正常驱动继电器,线圈功耗需要适当加大,需要调节漆包线的线径和安匝数,同时由于继电器产品外形尺寸的限制,可以绕线的空间相对有限,需要在设计时更加合理的计算。

  2、衔铁组件的磁力

  为保证外界磁场的影响下,衔铁组件的状态不发生改变,需要适当增加衔铁组件的磁力,提供足够的磁保持力,但同时由于线圈也受外界磁场的影响产生的磁力会降低,所以在设计时,需要保证衔铁组件和线圈的配合,又不能降低保持力。

  3、触点压力

  足够的触点压力可以降低接触电阻,进而降低继电器通电状态下的温升,同时,还可以在短路电流冲击时,触点不会斥开,保证触点完整和继电器不爆炸。但在线圈磁力的降低及衔铁组件的磁力调整配合的过程中,会导致触点压力过大而无法正常断开闭合,所以在设计时,需要保证触点压力足够,同时又保证继电器可以正常动作,需要调节模具及相关参数以达到此目的。

  4、屏蔽壳

  屏蔽壳可以抵消外界磁场的部分磁力,降低外界磁场对继电器的影响,但同时,屏蔽壳也会导走线圈产生的磁力,对继电器的动作会产生负面影响。所以在设计时,屏蔽壳的外形尺寸和位置没有多少可以改变,需要考虑调整继电器内部参数来配合屏蔽罩对继电器性能的影响。

  四、抗强磁产品设计的误区

  由于磁保持继电器的工作原理是由磁钢为转动机构,靠线圈磁力推动来改变断开闭合的状态,而屏蔽铁壳也会对此状态产生影响,再加上外界恒定磁场的干扰,往往在设计结构时,不得不牺牲一些性能参数来满足继电器动作的灵活性,但降低了可靠性。

  线圈功耗增大受到继电器尺寸的限制,又受到电表方案的驱动电压的限制,所以在增加线圈功耗设计受限的时候,往往会降低衔铁组件的磁力,同时再降低触点间的闭合压力,才能更容易使继电器动作正常,但继电器的温升、抗短路电流的能力,还有磁保持力都会降低,一般的常规测试中也很难发现。

  五、需要关注的抗强磁产品的主要参数与普通产品的比较

  1、衔铁组件磁力

  衔铁组件的磁力决定了磁保持继电器的磁保持力,表现在运输途中的颠簸不易使状态发生改变,在外界恒定磁场干扰下,状态也不易发生改变,所以抗强磁产品的衔铁组件磁力不应该比普通产品小。

  2、触点闭合压力

  闭合压力过大的时候,在抗强磁产品参数的调整中,可能会导致继电器断开或闭合受限,所以抗强磁产品设计中,触点压力不应该比普通产品小。

  3、带屏蔽铁壳前后动作电压升高的幅度

  屏蔽壳会导走线圈产生的磁力,使继电器动作不干脆或不动作,在线圈功耗加大受限时,会降低衔铁组件的磁力,可以比原来更低的电压被线圈驱动。而此时线圈部分的参数在带屏蔽壳前,动作电压极低(30%额定电压),带屏蔽壳后,动作电压上升幅度较大(上升为60%甚至超过70%)。所以在带屏蔽壳前后的参数调整中需要保证动作电压变化的幅度不应该过大,才可以保证产品的可靠性。

  综上所述,磁保持继电器产品需要抗强磁干扰,从原理上来讲是两件矛盾的事情,但从产品设计的过程中是可以改善的,通过优化磨具精度,调整相关参数的配合,可以使产品性能不降低,同时又抗强磁干扰。


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