電磁繼電器設計規范-之元則電器

電磁繼電器設計規范深圳市元則電器有限公司元則電器編

電磁繼電器設計指導規范1.范圍：在確定電磁繼電器設計指標后，可據本指導規范之規定，作成設計規格書，以保證設計的一致性，設計的品質和設計的效率。2.對象：電磁式繼電器。3.設計者：必須是符合規定要求條件的企業工程技術人員。4.設計體系4.1設計程序設計的基本步驟：設計的輸入客戶的技術協議、整機對元件的技術要求、企業部門的商品開發計劃書、開發指導書等。設計的輸出基于設計的輸入，參考以往的設計基礎數據、經驗公式、計算、試驗、技術開發等方面的相關技術支持組成設計規格書，并在此基礎上制成施工圖（畫面）。驗證按施工圖制成樣品進行試驗（方法參照技術條件、

IEC、DIS、MIL等規定）以驗證設計。

設計規格書與設計流程之間的關系：

商品開發計劃書設計規格書圖面設計試制品及開發指導書試驗結果書（報告）

繼電器的品質要求品質的基本要求決定設計規格書出圖驗證

附帶的品質要求對應基本品質要求和附加品質要求進行設計

文件實物化4.2程序圖FLOWCHARTOFNEWDESIGN

MARKETDEVELOPMENTRESEARCHPROPOSALORIGINATINGNOMANAGEMENTDEPARTMENTMEETINGYESFIXINGCOMPETITORSPECIFICATIONANALYSISPARTSDRAWING＆

ASSEMBLINGCONSTRUCTIONDRAWINGDESIGN

TESTCOSTTABLETOOLS＆TIMESAMPLESMACHINESSCHEDULEEVALUATIONPLAANNINGTESTREPORTYES（TOBECONTINUED）MODIFICATIONCONTINUEDTOOLSTRIALASSEMBLINGTOOLSPECIFICATIONFIRSTTRIALEVALUATIONTESTSHEETMOLDORDERMODIFICATIONQCFLOWCHARTMOLDINSPECTIONMACHINEORDER

PRODUCTIONPARTPURCHASEPROCEDURESECONDTRIALASSEMBLINGTOOLSPRODUCTIONSPECIFCATIONEVALUATIONTEST

SEMI-MASSAPPLYTOAPPLYFORSAFTYPRODUCTIONCUSTOMERSTANDARDSMASSPRODUCTION

4.3設計體系圖

設計體系商品開發計劃書（由企管部門制定）

設計的輸入

開發指南書開發部門據產品開發計劃制定設計任務書電磁鐵結構設計主體設計外形構造設計基本構造設計共通設計材料設計絕緣設計接點系統設計接點設計簧片設計電磁系統設計線圈設計磁路設計互配設計（含互換性標準化）設計的輸出

成本設計生產性設計部品加工組裝

功能性檢查繼電器檢查規格檢查圖紙制成試驗要項書

驗證試制/試驗試驗結果書檢查記錄

4.4設計任務書它是設計的指導、設計的基準和設計的運作考核指南，一般需按下表填入。項目制品規格單制品品質規格備注運用資料編號按商品開發計劃書本標準決定的目標實驗數據等例：要求進行規格開發xx-口口口-口口口

5.總體設計

5.1主設計I/O（主體設計）

輸入輸出項目記號備注項目記號備注開閉電壓VL設

接點開關形式點/線/面/可靠性開閉電流IL

計接點驅動形式直接推動間接推動輸入功耗PmW電磁鐵方式有極/無極

拍合式/旋轉式/螺管式

E形、U形、翹板形主要參考技術文件資料支持輸入輸出輸入

項目記號備注項目記號備注外形L外形設計尺寸Ld

W設Wd

H計Hd輸出端印字接線配置容積計算密封性IEC網格系列型號端子技術泄漏計算金屬密封型主要參數技術文件支持塑封

5.2外形設計I/O輸出

要求：設計概要的把握基本結構構思基本結構的設計

項目記號備注項目記號備注主參數設計基本構造結構圖初稿外形設計參數文件、資料支持5.3基本結構I/O輸入輸出設計5.4共通設計5.4.1材料設計1）共性點①基于設計最基本的選料②基于企業、行業、國情選擇材料③材料的選定必須滿足客戶對國際安全規格的要求（2）選定材料的認可試驗材料的理論數據認可試驗最終裁定（3）選定值還必須考慮以下各點：必要的物理特性壽命的經使變化材料確定材料接觸有害物質的耐受能力*不可選擇法律上制止的材料代用品成本顏色（考慮出口國別）易購買、運輸，方便保管

*受法律約束的材料例：

物質名法律出處設計使用部位

cd接點

CFC蒙特利爾會議清洗液

Cl及化合物地方環保法注塑成型品I/O設計

項目記號備注項目記號備注開閉電壓VL接點材料開閉電流IL主要參考資料支持經驗設計接點制造商樣本，企業的三化5.4.2接點材料

接點材料選擇

（點擊參考材料文獻）設計輸入輸出

項目記號備注項目記號備注周圍溫度TemMax簧片材料可動接點簧片靜接點簧片復歸簧片主要參數資料、文件支持經驗數據技術手冊材料生產商的數據同額產品的參數值設計必須考慮的要點：（點擊見下頁表）5.4.3簧片材料設計I/O設計輸入輸出設計

主電氣回路用簧片一般簧片（復歸簧片）導電率高導熱性好接觸性能優主要要求鉚接點焊錫焊（可焊性）良好的機械性能耐溫性能共同要求良好的耐蝕性能良好的加工性能（彎曲、沖凸等）機械臨界值很大良好的電鍍性能（如果有要求的話）

推薦用料（DIS標準）

（點擊參考材料文獻）5.4.4輸出端子設計I/O設計

項目記號備注項目記號備注輸出端方式設端子材料氣密性要求計

參考資料支持生產廠方樣本

IEC標準行業專用標準（如：AUTORelay)

材料選擇要點：①端子強度②良好的導電性③良好的可焊性④良好的耐蝕性⑤良好的加工性⑥對環氧封合不良

推薦材料選用

（點擊參考材料文獻）輸出輸入

項目記號備注項目記號備注線圈功率P磁回路鐵心材質軛鐵銜鐵

主要參考資料及文件支持磁鋼電磁繼電器熱帶、寒帶的處理基準鍍Sn、Zn的金屬觸頭的防止基準電磁繼電器鐵極面防繡處理基準磁性材料熱處理工藝規范電磁軟鐵心技術要求品質規格清單磁性材料供應商樣本企業標準、工藝規則同類產品用料參考5.4.5磁回路用料I/O設計

磁性材料選擇技術要求：（點擊見下頁表）輸入輸出設計

特性共性鐵心①棒料和絲料②可耐受反復表面沖擊（處理良好）①μ要大鐵片①耐受反復表面沖擊②易實現熱處理②鉸鏈部分有良好的耐磨性能③方便電鍍并有良好的耐蝕性（以上均涉及表面，處理要好）④機加工方便軛鐵①與鐵片的鉸鏈部分必須有良好的⑤Hc要小耐磨性（表面處理良好）⑥Br要高磁鋼①（BH）max要大其中①、⑥二點很重要②不易破損③充磁性能好

參照：日本軟鐵標準德國軟鐵標準本地供應商成本易取材提供使用的磁化曲線

磁性材料選用

（點擊參考材料文獻）

項目記號備注項目記號備注使用環境TMax線圈材料

主要參考資料支持切包線制造商的樣本TSUEW，線規鍍錫銅線

材料選擇要求：①環境溫度②線圈溫升③線圈耐受最大溫度④填充系數/不平整系數（不同企業不同標準）⑤導線線徑穩定性，漆層的均勻度、純度，Ω/m的穩定性⑥安全規格5.4.6線圈材料設計I/O設計線圈材料選用

（點擊參考材料文獻）輸入輸出設計5.4.7成形材料I/O設計

項目記號備注項目記號備注環境溫度TemMax設各種成形骨架計材料基座外罩主要參考資料及文件支持推動卡注塑料制造方樣本注塑料規格書

注塑成形料的選擇要點：

①滿足安全規格UL、CSA等要求②選定材料后必須注意成形條件一般選材時必須注意的項目如下表示：

（點擊參考材料文獻）輸入輸出5.4.8粘結材料I/O設計

項目記號備注項目記號備注密封性Tem設環氧樹脂環境溫度計主要參考資料支持環氧制造商的樣本環氧規格書

選擇要點：①能耐受繼電器生產、使用程序中的最高使用溫度②針對已選定的成形材料必須有很強的粘合力③作業性良好（滾動性、滲透性、硬化條件、貯藏保管等）④少量有害揮發物⑤可以用紫外線固化

材料選擇：

（點擊參考材料文獻）輸入輸出5.4.9絕緣設計I/O設計

項目記號備注項目記號備注成形材料各絕緣部品設絕緣距離空間、沿面的絕緣部位計主要參考資料支持必須滿足UL、CSA、VDE等安全規格要求

提示：設計者須熟悉IEC的新思想（點擊見下頁）

安全規格的設計步驟：要求在了解IEC規定進一步確定基本結構絕緣距離的決定基礎上先據安全規格中的絕緣距離。此確定必須的距離之后外要充分考慮加工中再確認選定的絕緣材料。和組立中的誤差，修正基本結構圖設計時要留有裕度。

材料選擇：

（點擊參考材料文獻）輸入輸出

IEC的新思想

要求歐洲方面的繼電器的絕緣距離是空間距離和沿面距離都要保持8mm(IEC380/VDE0806),以此來防止感電不良發生，但是符合要求的繼電器是有限的。可是隨著科學技術的提高，諸多數據的證明使IEC產生了繼電器使用的環境（污染度），被安裝電源的區分（過電壓區分或安裝區分）。繼電器充電部的絕緣材料外殼、外罩、線軸的絕緣材質的種類等3要素的組合方式，可使空間距離縮短成4mm、沿面距離縮短到5mm，也可以得到相同效果的新思想。因此定好機器的額定絕緣電壓就是憑過電壓區分和污染度，計算出空間距離，以CTI值和污染計算出沿面距離。

過電壓區分污染度CTI值材質

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、2、3、4Ⅰ、Ⅱ、Ⅲa、Ⅲb

空間距離沿面距離

（實例）G2R系列繼電器，在過電壓區分Ⅱ污染度2CTI值175＜CTI≤250的條件下，滿足IEC950的2重絕緣要求值，空間4mm、沿面5mm（250V回路）。隨著G2R系列繼電器也使用為事務機的Ⅱ極繼電器。

各規格的認定報告等術語：下表是繼電器認定報告上經?？吹降?，各術語的說明如下：感電防止電壓對策（SELV回路/ELV回路）（1次回路/2次回路）

歐洲規格電流對策機器的絕緣機器的接地

EN（CENELEC）（classⅠ/classⅡ/classⅢ)

目

日本的規格電取法

的感電、火災的中間型

北美的規格

UL/CSA

火災防止絕緣材料選擇絕緣種類為了防止電腦相互間、外來（機能/基礎/附加/二重/強化）噪音引起障礙的新規定絕緣距離（空間/沿面）無線障礙的防止（EMC規定）絕緣材料的性質○北美：美國/FCC、加拿大/DOC1.機械特性：極壓力○歐洲：EN（CENELEC）2.電氣特性：耐滑性（CTI）○日本：VCCI3.燃燒特性：難燃性○國際：CISPR

為確保接點性能的設計（絕緣）

由于接點在開閉過程中有許多飛濺物將會附著其周圍，致使靠近接點的絕緣發生老化。為防止這一現象（或減少這一現象）須進行與絕緣相關的設計。

絕緣老化防止類似繼電器的類似設計絕緣距離調查修正基本結構號防止的方式方法及尺寸

基座輸出端近處如將兩接點分開時的設計思想屏障的設置示意5.5開關系統設計

開關系統是繼電器的執行系統，是至關重要的設計。

5.5.1開閉設計

（1）.接點間隙設計CGminA.I/O設計

項目記號備注項目記號備注同極接點VsVs設計Vsd擊穿電壓耐電壓CG設計CG開路電壓VL閉路電流IL

主要參考資料支持巴森曲線電弧電壓曲線企業經驗公式設計輸入輸出B.設計步驟：

①從Vs計算CG按計算或經驗實驗確定驗證最終確定CG②從負荷計算CG公式確定CGC.CG的計算①從Vs按下式計算CG

基于工廠一般按Vs的110%加壓1秒，如不擊穿即認為可以。故：Vs′=1.1Vs+余量=VsdCGmin≥1.1Vs–650+余量（mm)2400②從開閉負荷計算

CGmin≥IL（VL-14.2）-11.4(mm)19+3.6IL

本式主要指Ag接點，如果是Ag以外的合金接點須加裕量，再定CGmin。

Cgmin也可查巴森曲線，但須注意Vs指電壓有效值而言，如接點在真空中時，這條曲線要用低氣壓那一段。經計算或查曲線之后，取CG中的最小值，當然還必須放有必要的裕量之后再最終確定CGmin的值。

（點擊查巴森曲線）

（2）接點壓力CP和接點跟蹤CF的設計

CP和CF的示意圖如下：

CPCF接點跟蹤（mm)

（超行程）

Kc對接點位移而言的

CF簧片參數（gf/mm)

關系式：CP=Kc×CF(gf)I/O設計

項目記號備注項目記號備注開閉電流IL

接點壓力CP

接點間隙CG

接點跟蹤CF制造中通常用銜鐵主要參數資料支持跟蹤來保證這一參數企業設計手冊接點有關文獻經驗數據B.設計步驟

CP設計CF設計設計輸入輸出

C.CP設計

①參數表

不同繼電器類型的觸點壓力選擇的參考參數繼電器類型觸點接觸壓力（克力）常開觸點常閉觸點干式舌簧繼電器3～53～5

微型電磁繼電器＞5＞5

超小型電磁繼電器8～108～10

小型電磁繼電器有震動條件15～2015～20

無震動條件10～158～12

中型電磁繼電器15～2510～20

極化繼電器5～105～10

中間繼電器25～3020～25

不同接點材料所需的最小接壓力值（gf)

材料AgAg-CuPtPt-IrAu-NiPdWCP/p>

1～2A接點壓力對其可靠性影響很大，見附圖，但設計中主要還是靠經驗。（依接觸電阻關系而定）

2A以上接點壓力，要求接點在工作電流下的接觸壓降遠低于接點材料的軟化點，一般按下式可計算：式中，UO1

為材料的軟化點

Uo通過接觸電阻確定材料硬度接點接觸電阻主要是由膜電阻和收縮電阻組成，但很難準確計算，一般按下述公式：

式中，ε在0.2～1.0之間（CP小時取小一點，

CP大時取大一點）

ρ電阻率Ωmm2/m;CP單位為Kgf/mm2

或采用式中，K、m均查表求取。在給定Rc后，一般大致憑計算及經驗可定CP值。一般開斷1A時，CP值壓力Px(克力）在3gf以上，小型小功率10～15gf

（一百萬次動作中，觸點故障

大型者20～50gf.

幾率隨壓力的變化曲線）

觸點材料的若干參數

（1）單接點Ag,(2)雙接點

②常開接點壓力確定

③常閉接點壓力確定

一般在小型小功率下為5～8gf，大型大功率下為12～15gf。

接觸電阻的經驗公式在工程上常用右面經驗公式來計算接觸電阻：式中：K——與觸點材料的物理化學性質以及接觸表面狀況有關的系數(見表a,表b)m——與接觸形式、壓力范圍和實際接觸面的數目等因素有關的指數。實驗說明，在壓力不是太大的范圍內，對于點接觸m=0.5,對于線接觸m=0.7,對于面接觸m=1。

P——觸點終壓力，其單位對表a的數據用（克力），對表b用千克力。點擊查看表a,表b材料

D.CF設計

按前式：CF=CPmin/Kc,當然要考慮裝配時的公差。通常設計中的接點的跟蹤須滿足：CFmin＞X，X在參考想近似的繼電器而定，目的在于考慮接點磨損及電蝕的一般損失：

h——磨損高度，ρ為比重，Sc為接點表面積。雖然能給出一些曲線表明在有電弧時電極有相當的磨損，但計量時把X算出來確實很難，故一般CF是由經驗定：對密封繼電器取CFmin為0.03mm,塑封繼電器取CFmin為0.07～0.10mm,對大電流取CFmin為0.10～0.20mm,但這都須看電磁吸力情況。點擊查看曲線圖材料

5.5.2接點設計

接點由于用料的不同，使用條件的不同而形體各異，設計時須參照一些現有的相似繼電器而定。

項目記號備注項目記號備注開閉電流IL

接點材質電壓VL

形狀壽命Ln壽命Lnd主要參考資料支持

I/O設計

輸入輸出設計

B.接點形狀AgPdCoNiAuAgAgPdCuNiAgCuNiCuNiAgAg

C.接點大小

經驗數據對Ag接點（南航電器學）（哈工大講義載）

IL（A）D（mm)h(mm)IL(A)D(mm)h(mm)

電流外徑厚度21～20.3～1.0220.62～52～40.6～1.252.515～103～51.2～2.21051.210～205～8一般實際電磨損在0.2～0.3mm左右

20～508～14

如選用Ag以外的接點須進行修正

用于通信繼電器的接點生產方表面層接點層基臺

Cm1Cm2BmAnlitsu動C：Au90Ag10Ag50Pd50Ni20Cu余

M：Au71Ag26Ni3Ag50Pd50Ni20Cu余面厚：8μ

80μ按設計高的余量接點總高按使用要求

C：Au90Ag10Ag40Pd60C5191ROmRonM:Au90Ag10Ag40Pd60Ni13Cu余面厚：3μ147μ接點總高按使用要求D.接點設計步驟

選定材質決定形狀（含接觸形式）最終確定壽命E.設計的必要考慮①

從節銀和省貴金屬角度，必須選用多層或條復、嵌復式接點。②臺基部分必須考慮與簧片連接的方式方法和強度，特別是要方便結合和將接點的發熱快速地傳出去。③要C、M、B一起考慮，比如C接點的R大小之確定，還要考慮開離時力的效果④對AgCdO等合金接點，h可以取小一點，如h=0.3～0.5mm.F.電壽命的決定

按Weibulle評價確定：Lnd=1.3Ln(Ln為設計壽命）

式中：N為電壽命；

α、β、γ與繼電器形式相關的系數

a為接點回路的時間常數；

cosφ為接點回路的功率因數。5.5.3簧片設計

設計種類：接點簧片設計；復原簧片設計。A.

接點簧片設計I/O設計

項目記號備注項目記號備注開關主參數簧片材料接觸形式簧片尺寸基本結構Ln簧片組設計常數Kc接點壓力CP應力C接點跟蹤CF

主要技術參數資料支持接點簧片設計步驟開關主體接觸形式

簧片幾何尺寸設計情報決定簧片尺寸基本結構圖簧片反力計算分解各部分尺寸允許的配合尺寸決定反力臨界點為配合做準備

CPCFMATERIAL設計輸入輸出C.歸算確定簧片常數：KcC=CPmin/CFmin（gf/mm）確定簧片形狀：由結構而定（含接觸方式）歸算：式中L1、L2均為圖示尺寸。

L1L2

表片簧的柔度

柔度定義公式圖自柔度C112C221

互柔度C122C221等值自柔度C’22312345如簧片截面不一樣且多變形狀時，可參照哈爾濱工業大學電氣教學研究室給出的通用軟件求取。臨界力一般取常開接點的臨界力計算。D.復原簧片的設計I/O設計為保證繼電器的釋放（施加在常開接點上的力）必須在設計中考慮復簧片，但現代小型繼電器多用其本身的常開上的力做為復原力而省去了復原簧片，但大多數無極繼電器中仍設置有復原簧片。

項目代號備注項目記號備注基本結構概要的簧片尺寸設簧片材料材料設計復原簧片尺寸計形尺常數Kr

主要參數資料支持應力δr

繼電器設計手冊彈簧計算變截面簧片計算公式相似的繼電器設計樣品輸入輸出

簧片橈度計算1.簧片的通用形式(等截面)幾種等截面簧片統一柔度計算式式中式中對直簧片，相當于彎簧片的特例，其統一柔度計算式為：對折線段簧片，相當于的凹簧片（統一形式表中r=0的特例（三個坐標軸重合），其統一柔度計算式為：計算中及均為負值C11C12C22

KKl2.變截面梯形段簧片在一段上為梯形截面慣性矩統一柔度計算式或三角形簧片可以認為是的特例C11C12C22

K梯形簧片可以認為是情況，當時的特例，其參數：3.變截面帶孔的簧片此時：孔寬比式中觀察帶孔簧片可見有這樣關系半寬長度比

以上有專用軟件可采用計算機計算B.設計步驟復歸力設定簧片計算簧片尺寸的假設確認計算最終確定C.復歸簧片計算（歸算力）假定反力為FV,形狀也確定了，則歸算力按下式例：變形在時式中：G剪切彈性模數Kg/mm2

d

彈簧直徑mmR彈簧平均半徑mmn彈簧有效圈數

K彈簧鋼度5.6勵磁系統設計繼電器的電磁系統設計主要包含兩大部分：線圈設計和磁路設計。

5.6.1線圈設計I/O設計

項目記號備注項目記號備注基本結構設骨架材質功耗P計形狀額定電壓Vn漆包線材料線圈骨架規格全系列規格在漆包線設計書中反映主要技術參考資料支持

線圈設計步驟：線圈尺寸總體中抽取IwD、H、d、L初定主要尺寸計算Gc再定dcu、W最終確定幾何尺寸線圈額定電壓值dcu

基礎公式：；；上式中：e——填充系數（不同企業數值不同）；dcu——漆包線裸徑；

L——平均匝長；ρ——電阻率；P——功耗輸入輸出

繼電器線圈設計通例假定，已知Iw和額定電壓、線圈的幾何結構尺寸，求dcu、W、R。

1.LK

式中，ρ為導線的電阻率，與溫度有關；D1bKD0為平均匝長=D1+bkDH

Scu為導線的截面積

dcu為導線裸徑，這樣溫度ρ=Ωmm2/m20℃0.0175435℃0.0185740℃0.0199190℃0.02236