以TO-5繼電器為代表的微型繼電器憑借體積小、可靠性高、與集成電路兼容的優(yōu)勢廣泛應用于國防工業(yè)電子線路中。然而,微型繼電器熔焊失效現象的機理及抑制方法還屬未知。本文以觸點材料模擬實驗為技術手段,研究機械調整參數對觸點分合過程的影響,以及在阻性負載和浪涌負載條件下的電壽命實驗中觸點材料電性能的退化規(guī)律和熔焊失效機理。首先,專門針對微型繼電器的結構開發(fā)觸點材料電性能模擬實驗系統(tǒng)。設計機械系統(tǒng)實現對片狀-桿狀觸點對的精確夾持定位,以及觸點開距、超程和作用位置等關鍵機械參數獨立調整的功能。設計硬件系統(tǒng)實現觸點動作過程中帶電條件的設置以及原始電信號的采集調理功能。設計軟件系統(tǒng)實現觸點分合過程中的燃弧、回跳、接觸電阻以及吸合、釋放時間等特性參數的實時計算,以及實驗條件設置與數據波形顯示的人機交互功能。其次,應用材料力學相關理論建立片狀-桿狀觸點對接觸的機械特性計算模型,得到動簧片反力、觸點對靜壓力和動簧片反力做功等物理量與觸點開距、超程和高度比等機械參數的對應關系。通過改變以上機械參數進行平行對照實驗,研究各機械參數對觸點分合過程中特性參數的影響。進而,實驗研究在阻性負載條件下的電壽命實驗中觸點發(fā)生熔焊失效的過程。重點提取燃弧時間、分斷時間和穩(wěn)態(tài)接觸電阻作為特征參數,在觸點分斷閉合過程全帶電、僅分斷過程帶電和僅閉合過程帶電三種不同實驗模式下對比特征參數退化規(guī)律的差異性。結合對觸點表面的形貌特征與元素能譜的分析,提出觸點發(fā)生熔焊失效的物理過程和機理。最后,開展觸點在容性浪涌負荷條件下的電壽命實驗。根據觸點電壓電流的典型波形對觸點分合容性負載的過程進行電路解析,并提取具有明顯特征的回跳發(fā)熱量參數分析觸點材料的退化過程。結合電鏡照片分析觸點接觸微區(qū)的熔橋產生機理、接觸狀態(tài)的退化機理和接觸形式的影響結果,形成完整的觸點熔焊失效機理。本文的研究結果可應用于微型繼電器產品的長壽命設計,亦可用于鈀基合金觸點材料的抗熔焊性能分析。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM58
【部分圖文】：

目前對其相變過程及機理還少有專門的研究。的研究目的和意義電器的自身結構和應用場合具有明顯特點，圖 1-1 所示為圓形 圖，其外殼尺寸為 8.51 7.11(9.51)mm，整體高度僅為 15mm 左的限制，TO-5 繼電器觸點對的接觸形式為桿狀-片狀的線接觸，數典型值分別為 50μm 和 20μm。由于電磁系統(tǒng)的驅動力有限，動簧片分斷力也通常在幾十毫牛量級。這與一般繼電器的觸點形式以及毫米量級的機械參數存在明顯的力學性能差別[15]。TO為鍍金鈀基六元合金，也與廣泛使用的銀氧化物觸頭材料不同，變和化學性能退化存在本質差異。此外，TO-5 繼電器主要電負載條件下，與數十甚至數百安培的中高功率繼電器相比，及機理必然有所不同。正是由于 TO-5 繼電器電弧與電接觸失效得對其內在機理的研究并針對性地提出改進措施成為電接觸領為關注的方面之一。

a) 夾具模型圖 b) 夾具實際照片圖 2-5 觸點對夾具示意圖.3.2 機械參數調整機構機械結構要求可以獨立調整推桿空程、作用點，觸點開距、超程，以及觸點的平行度和接觸位置等主要機械調整參數。如圖 2-2 所示，電磁鐵通過連接件在三軸位移滑臺 1(0~13mm/10μm)上，動簧片夾具固定在機械結構底座上，柱點夾具連接在 RockWell 角位移臺(-10°~10°/10arcmin)上，再通過連接件固定在套三軸位移滑臺 2(0~13mm/10μm)上。調節(jié)推桿空程時，只需沿 x 軸方向調節(jié) 1 至設定空程。調節(jié)推桿作用點高度時，只需沿 z 軸方向調節(jié)滑臺 1 至設定。調節(jié)觸點開距時，沿 x 軸調節(jié)滑臺 2 至設定參數值。調節(jié)觸點超行程時，沿方向調節(jié)滑臺 1 改變觸點對剛接觸后推桿的繼續(xù)行進值即可。沿 z 軸方向調臺 2，可以改變靜觸桿高度，進而改變觸點對的接觸位置。調節(jié)角位移滑臺可整動簧片與靜觸桿的接觸角度。機械系統(tǒng)采用 MindVision 高倍數工業(yè)相機進助觀察。如圖 2-6 所示，工業(yè)相機可以通過升降臺及旋臺改變空間位置，并通鏡頭位置和焦距的調節(jié)獲取最清晰的圖像。借助工業(yè)相機的觀察不斷調整動

圖 4-2 觸點對裝配后照片率為 4μs，且以連續(xù)采集 5 個有效的電弧試的最小燃弧時間為 20μs。對于燃弧時為零值。圖 4-3 為觸點分斷閉合過程全帶期的對應關系。第1663次觸點熔焊失效
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本文編號：2867963