空间真空环境下密封电磁继电器的触点失效研究

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1、航天器环境工程第29卷第3期320SPACECRAFTEN、，IR0hmdEl盯’ENGINEEIu【NG2012年6月空间真空环境下密封电磁继电器的触点失效研究张磊1，黄俊才2，杨剑2，肖忠英2(1．中国空间技术研究院宇航物资保障事业部，北京100029；2．贵州航天电器股份有限公司，贵阳550009)摘要：密封电磁继电器有其固有的漏率，在应用于空间真空环境下由于气体泄漏使得其内部气体压力逐渐降低，导致继电器的触点在低气压环境下工作失效(负载切换时)。文章选择国产继电器样品对上述机理进行了试晗验证，并对继电器内部气体压力与触点电孤失效的规律进行了研究。关键词：电磁继电器；

2、低气压环境；继电器触点：电弧放电；试验研究；可靠性中图分类号：TM581．3：V416．5文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)03-0320-03D伽：lO．396铷．issn．1673．1379．2012．03．0170引言密封电磁继电器是由运动机构和电磁结构构成的机电组合器件，它工作的可靠性与寿命在很大程度上取决于其执行机构——触点工作的好坏，一旦触点失效，不仅会使继电器损坏，甚至导致电气控制系统出现故障，造成巨大经济损失。由于密封电磁继电器固有漏率的影响，当继电器被应用于空间环境下，其内部气体压力将逐渐地下降。根据相关资料估算【1‘2】，在真空环境下

3、由初始压力下降到l000"5000Pa低气压范围所需时间，对于漏率为lxl矿Pa．m3／s的继电器不到150d，而对于漏率为1×10。9Pa·m3／s的继电器为4～7a。对此，美国航空航天局戈达德空间飞行中心的AlexanderTeverovsky博士曾进行研究发现13训，当继电器内部气体压力下降到一定范围时，在一定的负载下触点断开时便会产生电弧，导致继电器失效。且这种情况发生的可能性在低气压下要远远大于在正常大气压下。本文将选择国产继电器样品对上述机理进行试验验证，并对其内部气体压力与触点电弧失效的规律进行试验研究。1试验准备I．1可变气体压力工作环境建立试验设备采用ZG

4、D．600高低温真空试验箱(如图1所示)，其最高真空度可达到10r4Pa。为了试验时调节继电器样品内部的气体压力，试验前须在样品的罩壳顶部钻一个小孔，但开孔过程和开孔大小均不要影响继电器的功能。图1ZGD-600真空试验箱Fig．1ZGD-600vacuumtestchamber1．2试验电路为了在低气压和负载变化的情况下，对继电器触点的性能进行评价(主要是考察电弧放电对触点的影响)，需要搭建继电器试验所需的负载电路，如图2所示。图2继电器试验负载电路Fig．2Loadcircuitoftherelaytest试验选用的继电器负载电源为艾普斯公司的50V／50A直流稳压电源

5、，而继电器线圈的驱动电源为28V直流电源。将继电器样品按照图2所示的试验负载电路用焊接的方式连接好并放置于真空试验收稿日期：2012-02．03；修回日期：2012．05．14基金项目：。十一五”固防基础科研项目“空间环境下卫星长寿命评估、验证与保障技术研究”(编号：／)0320060537)作者简介：张磊(1977一)，男，高级工程师，专业方向为元器件质量保证．E-mail：13810339001@163．tom．第3期张磊等：空间真空环境下密封电磁继电器的触点失效研究箱中，并将样品的各电源线通过真空法兰引出箱外，再与外部电源和示波器连接。经过仔细检查后，关闭试验箱门。1

6、．3试验样品试验选取的继电器样品如表l所示。试验开始前对样品的初始电气参数进行测试，以确认其性能。表I试验样品TableISamples序号型号规格触点参数lJMX．3025M3组，25A2删．40loM4组，10A3心-20lOM2组，10A2试验及分析真空试验箱抽真空，调节其真空度达到试验所需压力并稳定后，开始对继电器进行触点切换试验。采用示波器监测触点的负载变化，捕捉触点断开时电弧的波形，并对触点电弧持续时间及其峰值进行测量。2．1不同低气压条件下触点电弧持续时间测量根据试验方案要求，对每只试验样品在每种气压条件下进行3次触点电弧持续时间测量。图3是示波器捕捉到的触点

7、电弧波形。图3示波器捕捉的触点电弧波形Fig．3Arcwaveformoftherelaycontactpointcapttuedbyoscilloscope根据示波器记录的触点电弧持续时间，可绘制出气压一电弧时间关系曲线(见图4)。对试验后的样品进行电气参数再测试，与试验前数据对比可知：试验后样品的保持／复位电压有所增加，其余参数均无较大变化。对经过低气压条件试验的样品进行拆壳检查，发现其触点表面均有不同程度的烧蚀痕迹。图5是JMX_4010M的触点表面烧蚀形貌。『五：J／Pa图4气压一电弧时间关系曲线Fig．4