新型混合式汽车继电器动态特性测试研究

刘海燕 陈钱林 徐志龙

浙江正泰汽车科技有限公司 浙江温州 325000

继电器是具有继电特性，能够实现远程控制、自动控制的元器件，主要用于转换、断开、接通电路。汽车继电器具有较高的抗震性、抗冲性以及切换负载功率。由于混合式汽车的直流电源电压为十二V，需要配备高性能的继电器以满足日益增加的电力能耗需求。基于此，对于新型混合式汽车继电器动态特性的探究有着重要意义。

1 继电器结构

1.1 机械结构

汽车继电器的传统接头是单独触点模式，这种连接方式保证了汽车继电器在电压较低的条件下能够实现结构小巧化，但随着电压的逐步提升以及电弧能量的持续增加，其电弧很难分段。与此同时，继电器触头所采取的双断口触点与单断口触点具有显著差别；在电压相同的条件下，双断口触头的负载分段电弧要小于单端口触点。由于结构的不同，单断口触点与双断口触点承担的电压也不同；相比于单断口触点，双断口触点各断口分别承担电源电压，这使得双断口触点每个端口所承受的电压减半，具有更小的电弧功率，能够迅速熄灭电弧。继电器分段是非线性负载的动态过程，涉及多种能量的相互转换，仅凭借数值计算与理论分析很难准确探究继电器分段的具体状态；因此，需要对继电器触头的实际运动状态进行分析与检测，进而掌握其动态特征。

传统继电器的线圈电压较大，需要用到的线圈匝数较多，提高接触器线圈电阻值，减小线圈电流与漆包线直径；由于传统接触器的线圈匝数较多，使得其体型较大。本文所探讨的新型混合式继电器的触头间距为2.5 毫米，线圈电压为12V。新型混合汽车继电器的机械结构主要包括反力弹簧、线圈、线圈骨架、壳体、动触头、静触头、触头弹簧、动铁心、静铁心。

1.2 线圈骨架与动静铁心

该新型混合继电器主要用DT4C 作为静铁心材料，该种材料的导磁率较大，矫顽力较低，是理想的汽车继电器材料。与此同时，继电器静铁心的长度直接关系着线圈的大小，通过固定静铁心长度，也能够确定线圈大小；使用QA-1/155 作为漆包线材料，该种材料的漆膜厚度较小，可以使漆包线完全缠绕在继电器的线圈骨架上，尽可能降低漆膜厚度的空间；漆包线的线径大小在一定程度上决定了线圈的电阻值，漆包线的线径大小也关乎所承载的电流值；因此，技术人员应测试漆包线线径值，以获得最佳的漆包线线径。

继电器线圈在80%-120% 的额定电压范围内，能够开展激磁电压作业；因此，在对线圈进行选择设计时，应确保汽车继电器所产生的吸合电压的极值为9.6V。在对线圈开展设计试验时，应考虑到漆包线线径因素以及承载电流大小；在9.6V 吸合电压的基础上，还应确保继电器漆包线的线径大小能够满足承载电流的实际区间。与此同时，叠加环境因素，为进一步控制吸合电压，应将最高电压值超过14V，吸合电压值小于8V 作为判定条件。影响线圈儿的实际因素包括：漆包线线径；在额定工作电压条件下，漆包线的承载电流值；线圈最大电压与14V 的关系；动铁心、静铁心的吸合电压与9V 的关系。

2 动态特性拍摄系统

动态特性拍摄系统涵盖了高速摄像机、信号采集电路、上位机控制系统、高速光电隔离数据采集模块等。其中上位机控制系统主要涵盖了图像处理软件、数据处理系统、Camware 软件、Labview 软件；其中Labview 软件与数据采集模块连接，高速摄像机与Camware 软件相连接，由Ipp 软件收集处理运动数据，并经由Matlab 软件将收集到的运动数据与电压电流信号图像化，高速摄像机模块涵盖Camware 软件接口，该软件主要与高速摄像机相连，通过千兆网线传输数据信息；Camware 软件能够有效控制图像分辨率、采集帧率。在光源充足的条件下，其可拍摄帧率能够达到320000fps。数据采集模块主要适用于具备USB 接口的微型计算机与Labview 软件相连。技术人员可以选择8 路双端或16 路单端的数据输入模式[1]。信号采集电路模块负责对线圈回路与主回路触头进行分别采集工作，对流过线圈的电流进行收集，串联采样电阻测试电阻电压，进而获得线圈回路的。电流值。由于采样电阻值较小，通常情况下，每个线圈的电阻值仅为几十欧姆；因此，在实际的计算过程中，可以忽略电阻值对主回路电压收集的影响，进而实现对触头弹跳情况进行准确分析。

3 动态特性分析

3.1 继电器合闸

以匝数为1700，线径为0.25 毫米的继电器为例，当线圈通电后，开始产生电流，线圈的磁场逐步增强，所具备的电磁力也逐渐提升。若线圈处于吸合状态，继电器的动触头与动铁芯同时开始工作，受到超程的影响，相比于静触头，动触头会缓慢达到平衡位置；由于数据采集存在一定的误差，这使得动触头与动、铁心的工作数值存在微小偏差，随着线圈电压的逐步提高，线圈的闭合时间也在持续降低；同时，动、静铁心的运转速度也不断提升，在达到平衡出点时，线圈的电压越高，则线圈的工作状态越稳定。

3.2 继电器分闸

以匝数为1700，线径为0.25 毫米的继电器为例，当电压电流逐渐减小直到完全失去后，继电器的静铁心的磁力也在逐步减小，线圈组只能凭借反力弹簧开展分离操作；因此，其运动状态较为相似，受到触头弹簧与反力弹簧的影响，在最终的分闸阶段，线圈组会出现振动现象[2]。

3.3 合闸时间

根据线圈组的分闸动态特性与合闸动态特性，对可行线圈的组合时间与闭合时间开展细致地，分析可以发现在不同的电压条件下，各组线圈的合闸时间存在一定规律，随着线圈组电压逐步提高，合闸时间越来越短。比如，在12V 的电压条件下，各线圈组在20ms-25ms 的稳定时间区间范围内能够进行合闸且时间合理；基于此，线圈组的实际性能可以满足继电器的使用需求。

4 结语

综上所述，在规定的电压范围内，双断口继电器能够实现稳定的闭合且不会出现弹跳情况。双断口混合式继电器的动、静触点具有较大间距，在分闸时会出现轻微的弹跳情况。但由于其间距大于传统继电器，可以在一定程度上降低燃弧时间。