新型混合式汽車繼電器動態特性測試研究

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，能夠實現遠程控制、自動控制的元器件，主要用于轉換、斷開、接通電路。汽車繼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。基于此，對于新型混合式汽車繼電器動態特性的探究有著重要意義。

1 繼電器結構

1.1 機械結構

汽車繼電器的傳統接頭是單獨觸點模式，這種連接方式保證了汽車繼電器在電壓較低的條件下能夠實現結構小巧化，但隨著電壓的逐步提升以及電弧能量的持續增加，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。由于結構的不同，單斷口觸點與雙斷口觸點承擔的電壓也不同；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過程，涉及多種能量的相互轉換，僅憑借數值計算與理論分析很難準確探究繼電器分段的具體狀態；因此，需要對繼電器觸頭的實際運動狀態進行分析與檢測，進而掌握其動態特征。

傳統繼電器的線圈電壓較大，需要用到的線圈匝數較多，提高接觸器線圈電阻值，減小線圈電流與漆包線直徑；由于傳統接觸器的線圈匝數較多，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。新型混合汽車繼電器的機械結構主要包括反力彈簧、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，該種材料的導磁率較大，矯頑力較低，是理想的汽車繼電器材料。與此同時，繼電器靜鐵心的長度直接關系著線圈的大小，通過固定靜鐵心長度，也能夠確定線圈大小；使用QA-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乎所承載的電流值；因此，技術人員應測試漆包線線徑值，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，能夠開展激磁電壓作業；因此，在對線圈進行選擇設計時，應確保汽車繼電器所產生的吸合電壓的極值為9.6V。在對線圈開展設計試驗時，應考慮到漆包線線徑因素以及承載電流大小；在9.6V 吸合電壓的基礎上，還應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間。與此同時，疊加環境因素，為進一步控制吸合電壓，應將最高電壓值超過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 的關系；動鐵心、靜鐵心的吸合電壓與9V 的關系。

2 動態特性拍攝系統

動態特性拍攝系統涵蓋了高速攝像機、信號采集電路、上位機控制系統、高速光電隔離數據采集模塊等。其中上位機控制系統主要涵蓋了圖像處理軟件、數據處理系統、Camware 軟件、Labview 軟件；其中Labview 軟件與數據采集模塊連接，高速攝像機與Camware 軟件相連接，由Ipp 軟件收集處理運動數據，并經由Matlab 軟件將收集到的運動數據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，通過千兆網線傳輸數據信息；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。數據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。技術人員可以選擇8 路雙端或16 路單端的數據輸入模式[1]。信號采集電路模塊負責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，進而實現對觸頭彈跳情況進行準確分析。

3 動態特性分析

3.1 繼電器合閘

以匝數為1700，線徑為0.25 毫米的繼電器為例，當線圈通電后，開始產生電流，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，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；由于數據采集存在一定的誤差，這使得動觸頭與動、鐵心的工作數值存在微小偏差，隨著線圈電壓的逐步提高，線圈的閉合時間也在持續降低；同時，動、靜鐵心的運轉速度也不斷提升，在達到平衡出點時，線圈的電壓越高，則線圈的工作狀態越穩定。

3.2 繼電器分閘

以匝數為1700，線徑為0.25 毫米的繼電器為例，當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，線圈組會出現振動現象[2]。

3.3 合閘時間

根據線圈組的分閘動態特性與合閘動態特性，對可行線圈的組合時間與閉合時間開展細致地，分析可以發現在不同的電壓條件下，各組線圈的合閘時間存在一定規律，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 的穩定時間區間范圍內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 結語

綜上所述，在規定的電壓范圍內，雙斷口繼電器能夠實現穩定的閉合且不會出現彈跳情況。雙斷口混合式繼電器的動、靜觸點具有較大間距，在分閘時會出現輕微的彈跳情況。但由于其間距大于傳統繼電器，可以在一定程度上降低燃弧時間。