01 引 言
继电器是使用广泛的电器产品,若能对现场使用的继电器实现工作可靠性评估及失效预测,不仅能避免“纳伪”造成的系统故障,又能减少“弃真”带来的经济损失,具有重要经济意义。[1]其作为自动控制电路中的一种常用元器件,可以控制一组开关的通与断,或通过电信号进行控制,或是通过磁、声、光、热形式来控制,广泛应用在工业、电力、航空、汽车等行业电器的控制。在实车的性能测试中经常发生继电器失效导致的回路不能正常通断,从而造成电器功能的不正常。本文将通过汽车用继电器的选型、继电器的失效案例总结分析几种常见的失效模型,以期在车型的继电器使用中规避潜在的失效风险,提高整车电器的可靠性。
02 继电器的构造和工作原理
2.1继电器的构造:
继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、回位弹簧、触点等组成,具体结构如下图所示:
2.2继电器工作原理:
当电磁继电器线圈两端加上一定的电压或电流,线圈产生的磁通过铁心、轭铁、衔铁、磁路工作气隙组成的磁路。在磁场的作用下,衔铁被吸向铁心极靴面,从而推动常闭触点断开,常开触点闭合;当线圈断电时,机械反力使衔铁回到初始位置,常开触点断开,常闭触点接通,如下图所示:
03 继电器的选型原则
3.1 继电器分类
1)按装配方式分类:PCB板继电器,Plug in继电器;Plug in继电器又分为:ISO(Micro ISO,Mini ISO,Power mini ISO ),280(Ultra 280,Micro 280和Mini 280)
2)按触点结构分类:单刀单掷型(SPST)和单刀双掷型(SPDT),如下图所示:
SPST和SPDT继电器
3.2继电器选型
1)继电器电性能使用寿命选择
根据负载类型选择继电器,常规负载用电器要求继电器寿命在10万次以上,真空泵频繁启动的负载选用80万次电耐久的继电器。
2)继电器线圈端电压类型选择
继电器线圈电压有12VDC和24VDC两类,汽车继电器一般选择12VDC.
3)继电器触点形式选择
根据负载和原理设计情况选择,一般除雨刮继电器、电机正反转负载选择一组转换形式外,其他均选择一组常开形式。
4)继电器封装形式选择
继电器封装形式有塑封型(S)和防尘罩型,塑封型防水性能好,适合湿区选择,防尘罩型散热性能好。
5)继电器触点材料选择
继电器触点必须具备抗熔焊及耐电弧烧蚀,耐氧化等性能,触点材料依据不同的负载电流和耐久次数会添加其他微量金属元素,例如铟。
6)继电器开关端接通及断开电流大小选择
继电器负载有三种:阻性负载(后除霜,点烟器,常规负载);感性负载(鼓风机,油泵,电机);灯负载。根据用电器类型和电气性能选择,继电器接通及断开电流必须大于负载的启动峰值电流及工作电流,小电流小于0.3A 的负载需要使用特殊信号类继电器。
7)线圈功率
线圈功耗是考察控制端对继电器的能力,线圈控制引脚的电流能力要大于线圈功耗
注:宏发继电器型号如下图:
04 常见失效问题类型
继电器按照回路通断来进行分类,主要分为继电器长闭失效、继电器无法正常闭合失效和继电器闭合不导通,针对这三类进行介绍:
4.1继电器长闭失效:
主要为继电器触点粘连,即接入过电流、开关频率超过继电器额定开关频率、触点部位异常震动等情况都可能导致触点粘连。
4.2继电器无法正常闭合失效:
一般为继电器线圈端故障导致继电器无法吸合接通,失效的主要原因有过电压或超声波清洗导致的线圈断线、电压不符合继电器要求导致的吸合力不足。
4.3继电器闭合不导通失效:
主要发生的故障点在闭合触点因异常导致的不导通,异常点主要有:闭合接触点沾污、结构缺陷(间隙不合理、连接簧片断裂)、连接件铆接虚脱。
05 失效案例分析
5.1 触点粘连失效:
某试验车在高温耐久试验中发生车辆熄火后风扇长时间运转,通过诊断确认全车无故障码。
5.1.1故障原因分析:
经排查发现是高速风扇继电器输出端始终有电压,通过拆解发现继电器的动静触点因高温熔融,从而导致触点黏连失效。
5.2线圈断裂失效:
某试验车在跑耐久试验的过程中在使用空调功能时,发现空调不出风。
5.2.1故障原因分析:
经排查给鼓风机继电器线圈端模拟控制信号,继电器输出端无电压,怀疑继电器线圈端故障损坏。通过拆解发现继电器线圈漆包线受力后挤压断裂,线圈无法导通,导致继电器无法吸合 。
5.3继电器闭合不导通失效故障:
某车型在耐久路试过程中发现整车存在偶发不能起动或熄火的问题,经排查为电器盒中的油泵继电器无电压输出导致,具体入下图所示:
5.3.1故障原因分析:
对故障继电器进行拆解,发现动触点存在沾污,通过能谱分析沾污主要成分含有Na (钠)、K(钾)元素,该元素导电率低,长期聚集在动触点导致无法接通,从而发生油泵继电器无法正常工作的问题。
06 总 结
结合实车发生的继电器问题,通过问题现象分析发生问题的原因,最终将问题解决。因继电器会影响到整车的电器功能,需要明确继电器的构造、工作原理和失效模式,以期在汽车用继电器的选型中提供简单的指导,从而提升整车电器性能的可靠性。
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