劉海燕 陳錢林 徐志龍

浙江正泰汽車科技有限公司 浙江溫州 325000

繼電器是具有繼電特性，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制、自動控制的元器件，主要用于轉(zhuǎn)換、斷開、接通電路。汽車?yán)^電器具有較高的抗震性、抗沖性以及切換負載功率。由于混合式汽車的直流電源電壓為十二V，需要配備高性能的繼電器以滿足日益增加的電力能耗需求?；诖?，對于新型混合式汽車?yán)^電器動態(tài)特性的探究有著重要意義。

1 繼電器結(jié)構(gòu)

1.1 機械結(jié)構(gòu)

汽車?yán)^電器的傳統(tǒng)接頭是單獨觸點模式，這種連接方式保證了汽車?yán)^電器在電壓較低的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)小巧化，但隨著電壓的逐步提升以及電弧能量的持續(xù)增加，其電弧很難分段。與此同時，繼電器觸頭所采取的雙斷口觸點與單斷口觸點具有顯著差別；在電壓相同的條件下，雙斷口觸頭的負載分段電弧要小于單端口觸點。由于結(jié)構(gòu)的不同，單斷口觸點與雙斷口觸點承擔(dān)的電壓也不同；相比于單斷口觸點，雙斷口觸點各斷口分別承擔(dān)電源電壓，這使得雙斷口觸點每個端口所承受的電壓減半，具有更小的電弧功率，能夠迅速熄滅電弧。繼電器分段是非線性負載的動態(tài)過程，涉及多種能量的相互轉(zhuǎn)換，僅憑借數(shù)值計算與理論分析很難準(zhǔn)確探究繼電器分段的具體狀態(tài)；因此，需要對繼電器觸頭的實際運動狀態(tài)進行分析與檢測，進而掌握其動態(tài)特征。

傳統(tǒng)繼電器的線圈電壓較大，需要用到的線圈匝數(shù)較多，提高接觸器線圈電阻值，減小線圈電流與漆包線直徑；由于傳統(tǒng)接觸器的線圈匝數(shù)較多，使得其體型較大。本文所探討的新型混合式繼電器的觸頭間距為2.5 毫米，線圈電壓為12V。新型混合汽車?yán)^電器的機械結(jié)構(gòu)主要包括反力彈簧、線圈、線圈骨架、殼體、動觸頭、靜觸頭、觸頭彈簧、動鐵心、靜鐵心。

1.2 線圈骨架與動靜鐵心

該新型混合繼電器主要用DT4C 作為靜鐵心材料，該種材料的導(dǎo)磁率較大，矯頑力較低，是理想的汽車?yán)^電器材料。與此同時，繼電器靜鐵心的長度直接關(guān)系著線圈的大小，通過固定靜鐵心長度，也能夠確定線圈大?。皇褂肣A-1/155 作為漆包線材料，該種材料的漆膜厚度較小，可以使漆包線完全纏繞在繼電器的線圈骨架上，盡可能降低漆膜厚度的空間；漆包線的線徑大小在一定程度上決定了線圈的電阻值，漆包線的線徑大小也關(guān)乎所承載的電流值；因此，技術(shù)人員應(yīng)測試漆包線線徑值，以獲得最佳的漆包線線徑。

繼電器線圈在80%-120% 的額定電壓范圍內(nèi)，能夠開展激磁電壓作業(yè)；因此，在對線圈進行選擇設(shè)計時，應(yīng)確保汽車?yán)^電器所產(chǎn)生的吸合電壓的極值為9.6V。在對線圈開展設(shè)計試驗時，應(yīng)考慮到漆包線線徑因素以及承載電流大小；在9.6V 吸合電壓的基礎(chǔ)上，還應(yīng)確保繼電器漆包線的線徑大小能夠滿足承載電流的實際區(qū)間。與此同時，疊加環(huán)境因素，為進一步控制吸合電壓，應(yīng)將最高電壓值超過14V，吸合電壓值小于8V 作為判定條件。影響線圈兒的實際因素包括：漆包線線徑；在額定工作電壓條件下，漆包線的承載電流值；線圈最大電壓與14V 的關(guān)系；動鐵心、靜鐵心的吸合電壓與9V 的關(guān)系。

2 動態(tài)特性拍攝系統(tǒng)

動態(tài)特性拍攝系統(tǒng)涵蓋了高速攝像機、信號采集電路、上位機控制系統(tǒng)、高速光電隔離數(shù)據(jù)采集模塊等。其中上位機控制系統(tǒng)主要涵蓋了圖像處理軟件、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、Camware 軟件、Labview 軟件；其中Labview 軟件與數(shù)據(jù)采集模塊連接，高速攝像機與Camware 軟件相連接，由Ipp 軟件收集處理運動數(shù)據(jù)，并經(jīng)由Matlab 軟件將收集到的運動數(shù)據(jù)與電壓電流信號圖像化，高速攝像機模塊涵蓋Camware 軟件接口，該軟件主要與高速攝像機相連，通過千兆網(wǎng)線傳輸數(shù)據(jù)信息；Camware 軟件能夠有效控制圖像分辨率、采集幀率。在光源充足的條件下，其可拍攝幀率能夠達到320000fps。數(shù)據(jù)采集模塊主要適用于具備USB 接口的微型計算機與Labview 軟件相連。技術(shù)人員可以選擇8 路雙端或16 路單端的數(shù)據(jù)輸入模式[1]。信號采集電路模塊負責(zé)對線圈回路與主回路觸頭進行分別采集工作，對流過線圈的電流進行收集，串聯(lián)采樣電阻測試電阻電壓，進而獲得線圈回路的。電流值。由于采樣電阻值較小，通常情況下，每個線圈的電阻值僅為幾十歐姆；因此，在實際的計算過程中，可以忽略電阻值對主回路電壓收集的影響，進而實現(xiàn)對觸頭彈跳情況進行準(zhǔn)確分析。

3 動態(tài)特性分析

3.1 繼電器合閘

以匝數(shù)為1700，線徑為0.25 毫米的繼電器為例，當(dāng)線圈通電后，開始產(chǎn)生電流，線圈的磁場逐步增強，所具備的電磁力也逐漸提升。若線圈處于吸合狀態(tài)，繼電器的動觸頭與動鐵芯同時開始工作，受到超程的影響，相比于靜觸頭，動觸頭會緩慢達到平衡位置；由于數(shù)據(jù)采集存在一定的誤差，這使得動觸頭與動、鐵心的工作數(shù)值存在微小偏差，隨著線圈電壓的逐步提高，線圈的閉合時間也在持續(xù)降低；同時，動、靜鐵心的運轉(zhuǎn)速度也不斷提升，在達到平衡出點時，線圈的電壓越高，則線圈的工作狀態(tài)越穩(wěn)定。

3.2 繼電器分閘

以匝數(shù)為1700，線徑為0.25 毫米的繼電器為例，當(dāng)電壓電流逐漸減小直到完全失去后，繼電器的靜鐵心的磁力也在逐步減小，線圈組只能憑借反力彈簧開展分離操作；因此，其運動狀態(tài)較為相似，受到觸頭彈簧與反力彈簧的影響，在最終的分閘階段，線圈組會出現(xiàn)振動現(xiàn)象[2]。

3.3 合閘時間

根據(jù)線圈組的分閘動態(tài)特性與合閘動態(tài)特性，對可行線圈的組合時間與閉合時間開展細致地，分析可以發(fā)現(xiàn)在不同的電壓條件下，各組線圈的合閘時間存在一定規(guī)律，隨著線圈組電壓逐步提高，合閘時間越來越短。比如，在12V 的電壓條件下，各線圈組在20ms-25ms 的穩(wěn)定時間區(qū)間范圍內(nèi)能夠進行合閘且時間合理；基于此，線圈組的實際性能可以滿足繼電器的使用需求。

4 結(jié)語

綜上所述，在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，雙斷口繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的閉合且不會出現(xiàn)彈跳情況。雙斷口混合式繼電器的動、靜觸點具有較大間距，在分閘時會出現(xiàn)輕微的彈跳情況。但由于其間距大于傳統(tǒng)繼電器，可以在一定程度上降低燃弧時間。