电磁式继电器的使用可靠性 (1)

在电子元器件中,继电器一般被认为是一种最不可靠的电子元件,在整机可靠性设计中,把继电器、电位器、可调电感器及可变电容器列为建议不用或少用的元件。

  但是,由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性,其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻,使得其它任何电子元器件无法与其相比,加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点,所以继电器广泛应用在航天、航空、军用电子装备、信息产业及国民经济的各种电子设备中。随着科技的飞速发展,继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加,所以,如何保证继电器的可靠性,满足整机系统的可靠性,成为人们关洋的焦点。

  电子元器件的可靠性应由两部分组成,一是元器件的固有可靠性;二是元器件的使用可靠性。固有可靠性是元器件可靠性的基础,主要靠元器件制造商从设计、制造等方面进行有效的控制,以保证制造出来的元器件达到要求的可靠性等级。使用可靠性则是从使用入手,如何保证和提高元器件的可靠性,使其能满足整机系统的可靠性要求。没有高可靠质量等级的元器件,不可能制造出高可靠的电子设备,所以元器件的固有可靠性是整机可靠性的基础。但是,有了高可靠质量等级的元器件也并不一定能制造出高可靠的整机,这里面就有一个使用可靠性的问题。所谓使用可靠性,就是根据各种元器件的特点利用可靠性设计技术,即元器件的合理选用、降额设计、容差与漂移设计、抗振设计、热设计、三防设计、抗幅射设计、电磁兼容设计、人机工程设计及维修设计等,最大限度的发挥元器件固有可靠性的作用,以达到整机系统的可靠性要求。

  根据有关部门对整机失效原因的分析统计,其中有百分之四十以上的故障是由于元器件选用不合理造成的。随着元器件制造技术的不断提高,在元器件的固有可靠性已经有了较大提高的情况下,使用可靠性就显得特别重要,而且,随着整机系统功能愈来愈全,所用元器件愈来愈多,对可靠性要求也愈来愈高,所以使用可靠性也愈来愈受到科技界的重视,并且发展成一门新的学科——人为工程。

  由于继电器是一种机电一体化的元件,是由电磁及机械传动部份组成的,与其它电子元件相比,要复杂得多,加之在制造过程中有些装配调整是手工操作,所以产品的一致性和可靠性要差一些。但是,如果在使用中采取一些防范措施,仍能达到较满意的效果。在对失效继电器进行失效分析中发现,由于使用原因造成的失效约占百分之三十以上。由以上分析可知,继电器可靠性不高,除自身质量原因外,使用不当也是一个主要原因。现在,我们重点研究如何在使用中提高继电器可靠性的措施。继电器的种类较多,这里重点研究目前使用较多的电磁继电器的使用可靠性。

2合理选择继电器

  在整机的可靠性设计中,要求合理选用元器件。元器件的选择和控制是需要多学科知识才能完成的一项任务,一般应由元器件工程师、可靠性设计师、总体及电路设计师、失效分析人员共同完成。首先要根据整机系统的重要程度、可靠性要求、所使用的环境条件及成本等项要求综合考虑和选择。选择时必须重视以下几个方面的要求。

2.1对使用环境条件的选择

  环境条件主要指温度、湿度、低气压、振动、冲击等。环境条件的好坏对继电器可靠性的影响极大。

2.1.1温度对继电器的影响

  继电器是怕热元件,在美军标MIL—HDBK—217《电子设备可靠性预计手册》中的14种主要电子元器件的失效数据中,有8种元器件的失效率取决于环境温度,其中就包括继电器。高温可加速继电器内部塑料及绝缘材料的老化、触点氧化腐蚀、熄弧困难、电参数变坏,使可靠性降低,所以,要求设计时使继电器不要靠近发热元件,并有良好的通风散热条件。

  继电器虽然是怕热元件,但对过低温度(如军用航空条件-55℃)也不能忽视,低温可使触点冷粘作用加剧,触点表面起露,衔铁表面产生冰膜,使触点不能正常转换,尤其是小功率继电器更为严重。试验证明,对于有些按部标生产的国产小功率继电器,虽然使用条件规定低温为-55℃,但实际上在此条件下继电器根本无法进行正常转换,建议在选择时要留有充分的余量,对于重要的军用电子整机,建议选用国军标产品。

2.1.2低气压对继电器的影响

  在低气压条件下,继电器散热条件变坏,线圈温度升高,使继电器给定的吸合、释放参数发生变化,影响继电器的正常工作;低气压还可使继电器绝缘电阻降低、触点熄弧困难,容易使触点烧熔,影响继电器的可靠性。对于使用环境较恶劣的条件,建议采用整机密封的办法。

2.1.3机械应力对继电器的影响

  电磁继电器的簧片均为悬梁结构,固有频率低,振动和冲击可引起谐振,导致继电器触点压力下降,容易产生瞬间断开或触点出现抖动,严重时可造成结构损坏,可动的衔铁部分可产生误动作,影响继电器的可靠性。建议设计师尽量采取防振措施以防产生谐振。

  根据上述环境条件对继电器的影响,在选择继电器时,首先要使继电器满足整机规定的各项环境条件的要求。但是,有些设计师由于不能全面考虑各项环境条件,使研制出来的整机达不到合同规定的要求。如在军用机载电子设备上选用JRC—5M小型电磁继电器,设计师只重视环境温度可满足整机要求而忽视振动、击冲条件(军用机载条件为196M/S2、20g、10Hz~2000Hz,而JRC-5M为49M/S2、5g、10Hz~500Hz)。如果有些条不能满足,设计师要采取防范措施,否则可靠性得不到保证。

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