电磁继电器磁路闭合的快速检测

作者：龚晶、黄朝晖、何敏　　单位：解放军理工大学、厦门顶科电子有限公司　　转载：电子测量技术　　发布时间：2008-10-16

1 、引言

　　电磁继电器是一种具有IN/OUT隔离功能的自动开关元件，被广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的基础控制元件之一[1]。电磁继电器在使用过程中，线圈通电后，当线圈电流增大到一定值时，固定在衔铁上的动触点与电磁继电器的常开静触点闭合，此时，动静触头虽然已经闭合，但衔铁与铁芯极面闭合并不紧密，这是由于电磁结构与机械结构的特性所造成的，随着线圈电流的继续增大而达到另一值时，增大的电磁力使连接动触头的簧片发生弹性变形，衔铁继续向铁芯极面移动并最大限度紧密接触，形成动静触头的更为可靠的接触，这称为二次吸合。只有达到二次吸合，才能称为磁路闭合。由于首次吸合时，动静触头闭合而不紧密，容易受到外界干扰而发生误动作。而且，电磁继电器触头的接触电阻在首次吸合时远远大于磁路闭合时的接触电阻，会大大削弱电磁继电器的断载能力。因此检测电磁继电器磁路闭合是否良好成为电磁继电器制造与应用中非常重要的一项参数指标。

　　由于电磁继电器的铁芯、衔铁和动、静触点一般都是密封在塑料或金属外壳里，磁路闭合是否存在难于检测到。目前主要采取以下两种方法：一是人工检测方法即靠耳朵听，实现时是在生产线上设有一道专门的听磁路闭合的工序，由检测员慢慢的在线圈上施加电压，听到一次声响，就是触点接通；再慢慢增加电压听到第二声响就是衔铁与铁芯吸合，以此来判断磁路闭合的存在与不良，这种方法不仅麻烦，而且不能准确地判断出磁路闭合的情况；二是二次吸合电压测试法[2]，实现时是在电磁继电器线圈上施加一个可调的电压，并使电压由低到高逐渐升高，用电流采样电路获取线圈上流过的逐渐增大的电流，将电流信号送入电路拐点探测电路，测出其拐点处的电压值，该电压即为该电磁继电器的二次吸合电压，通过对二次吸合电压的分析判断，以此来得出电磁继电器磁路闭合是否存在不良。无论是前者的人工检测方法还是后者的电压测试方法，都存在着如下弊端：一是当线圈电压到达额定电压（或额定电压的150％）后，衔铁与铁芯还未吸合，这样，就无法判断出该电磁继电器是否存在磁路闭合；二是施加的线圈电压都是从零开始缓慢上升，致使测试速度较慢。

2、磁路闭合过程中电压-电流变化情况

　　为了克服现有技术之不足，极需一种快速精确检测电磁继电器的磁路闭合的方法及其装置，既能快速、精确地判断出电磁继电器的磁路闭合，又有操作简单，可实现自动测量的特点。下面分析一下电磁继电器励磁线圈上电压-电流的变化情况。

　　电磁继电器的电磁机构主要是直流电磁铁。当线圈中施加电压，就产生励磁电流，于是在电磁铁回路中产生密集的磁通，该磁通作用于衔铁，使衔铁受电磁场吸力而吸向被线圈套住的铁芯。图1为直流电磁铁简易模型。

　　根据磁路欧姆定律，有式中Φ为磁通量，N为线圈匝数，I为线圈中电流，为磁阻。磁阻的大小取决于磁路的长度和材料的磁导率，即式中l为磁路长度，μ为磁导率，S为磁路截面积。图2电磁铁磁路分为3段，电磁铁芯、衔铁和气隙，则总磁路的磁阻为铁芯磁阻，为衔铁磁阻，为气隙磁阻，在这三个磁阻中，气隙磁阻较大，其对磁通量的影响也最大。

　　电磁铁铁芯线圈的电压平衡方程为：式中U为线圈所加电压，L为线圈电感，R为线圈电阻，I为线圈电流，N为线圈匝数，为磁通量的变化率。

　　图2为电磁继电器上电压-电流的变化过程图。图2上为线圈两端施加的电压情况，该电压值为足以使触点接通，磁路闭合的电压值，并保持一段时间，再撤掉该电压，下图为对应的线圈电流。在线圈两端加上一固定电压后，线圈电流快速上升，则电磁铁的电磁效应逐渐增强，使衔铁克服弹簧拉力，向电磁铁芯移动，随着衔铁最大限度与铁芯紧密接触，动静触头二次吸合，即磁路闭合。此时，整个磁路的气隙将不再存在，则磁通量在磁路闭合瞬间极剧上升，依据铁芯线圈的电压平衡方程，使电流不再快速上升，形成一个拐点，甚至下降（下降拐点，如图2拐点A）。当磁路闭合，衔铁紧密接触铁芯后，线圈电流又快速上升，直到最大值。当撤掉线圈电压时，线圈电流会快速下降。当衔铁与铁芯放开的瞬间，线圈的磁通量急剧减少，阻碍电流下降，使得线圈电流会产生一个拐点（上升拐点，如图中拐点B），而当衔铁完全脱离时，线圈电流又会逐渐下降，直至为0。