微型继电器触点材料熔焊失效现象的实验研究

发布时间：2020-11-03 02:30

　　 以TO-5继电器为代表的微型继电器凭借体积小、可靠性高、与集成电路兼容的优势广泛应用于国防工业电子线路中。然而,微型继电器熔焊失效现象的机理及抑制方法还属未知。本文以触点材料模拟实验为技术手段,研究机械调整参数对触点分合过程的影响,以及在阻性负载和浪涌负载条件下的电寿命实验中触点材料电性能的退化规律和熔焊失效机理。首先,专门针对微型继电器的结构开发触点材料电性能模拟实验系统。设计机械系统实现对片状-杆状触点对的精确夹持定位,以及触点开距、超程和作用位置等关键机械参数独立调整的功能。设计硬件系统实现触点动作过程中带电条件的设置以及原始电信号的采集调理功能。设计软件系统实现触点分合过程中的燃弧、回跳、接触电阻以及吸合、释放时间等特性参数的实时计算,以及实验条件设置与数据波形显示的人机交互功能。其次,应用材料力学相关理论建立片状-杆状触点对接触的机械特性计算模型,得到动簧片反力、触点对静压力和动簧片反力做功等物理量与触点开距、超程和高度比等机械参数的对应关系。通过改变以上机械参数进行平行对照实验,研究各机械参数对触点分合过程中特性参数的影响。进而,实验研究在阻性负载条件下的电寿命实验中触点发生熔焊失效的过程。重点提取燃弧时间、分断时间和稳态接触电阻作为特征参数,在触点分断闭合过程全带电、仅分断过程带电和仅闭合过程带电三种不同实验模式下对比特征参数退化规律的差异性。结合对触点表面的形貌特征与元素能谱的分析,提出触点发生熔焊失效的物理过程和机理。最后,开展触点在容性浪涌负荷条件下的电寿命实验。根据触点电压电流的典型波形对触点分合容性负载的过程进行电路解析,并提取具有明显特征的回跳发热量参数分析触点材料的退化过程。结合电镜照片分析触点接触微区的熔桥产生机理、接触状态的退化机理和接触形式的影响结果,形成完整的触点熔焊失效机理。本文的研究结果可应用于微型继电器产品的长寿命设计,亦可用于钯基合金触点材料的抗熔焊性能分析。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM58
【部分图文】：

目前对其相变过程及机理还少有专门的研究。的研究目的和意义电器的自身结构和应用场合具有明显特点，图 1-1 所示为圆形 图，其外壳尺寸为 8.51 7.11(9.51)mm，整体高度仅为 15mm 左的限制，TO-5 继电器触点对的接触形式为杆状-片状的线接触，数典型值分别为 50μm 和 20μm。由于电磁系统的驱动力有限，动簧片分断力也通常在几十毫牛量级。这与一般继电器的触点形式以及毫米量级的机械参数存在明显的力学性能差别[15]。TO为镀金钯基六元合金，也与广泛使用的银氧化物触头材料不同，变和化学性能退化存在本质差异。此外，TO-5 继电器主要电负载条件下，与数十甚至数百安培的中高功率继电器相比，及机理必然有所不同。正是由于 TO-5 继电器电弧与电接触失效得对其内在机理的研究并针对性地提出改进措施成为电接触领为关注的方面之一。

a) 夹具模型图 b) 夹具实际照片图 2-5 触点对夹具示意图.3.2 机械参数调整机构机械结构要求可以独立调整推杆空程、作用点，触点开距、超程，以及触点的平行度和接触位置等主要机械调整参数。如图 2-2 所示，电磁铁通过连接件在三轴位移滑台 1(0~13mm/10μm)上，动簧片夹具固定在机械结构底座上，柱点夹具连接在 RockWell 角位移台(-10°~10°/10arcmin)上，再通过连接件固定在套三轴位移滑台 2(0~13mm/10μm)上。调节推杆空程时，只需沿 x 轴方向调节 1 至设定空程。调节推杆作用点高度时，只需沿 z 轴方向调节滑台 1 至设定。调节触点开距时，沿 x 轴调节滑台 2 至设定参数值。调节触点超行程时，沿方向调节滑台 1 改变触点对刚接触后推杆的继续行进值即可。沿 z 轴方向调台 2，可以改变静触杆高度，进而改变触点对的接触位置。调节角位移滑台可整动簧片与静触杆的接触角度。机械系统采用 MindVision 高倍数工业相机进助观察。如图 2-6 所示，工业相机可以通过升降台及旋台改变空间位置，并通镜头位置和焦距的调节获取最清晰的图像。借助工业相机的观察不断调整动

图 4-2 触点对装配后照片率为 4μs，且以连续采集 5 个有效的电弧试的最小燃弧时间为 20μs。对于燃弧时为零值。图 4-3 为触点分断闭合过程全带期的对应关系。第1663次触点熔焊失效
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本文编号：2867963