电磁继电器设计规范之元则电器

关于电磁继电器设计规范之元则电器第1页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三电磁继电器设计指导规范1.范围：在确定电磁继电器设计指标后，可据本指导规范之规定，作成设计规格书，以保证设计的一致性，设计的品质和设计的效率。2.对象：电磁式继电器。3.设计者：必须是符合规定要求条件的企业工程技术人员。4.设计体系4.1设计程序设计的基本步骤：设计的输入客户的技术协议、整机对元件的技术要求、企业部门的商品开发计划书、开发指导书等。设计的输出基于设计的输入，参考以往的设计基础数据、经验公式、计算、试验、技术开发等方面的相关技术支持组成设计规格书，并在此基础上制成施工图（画面）。验证按施工图制成样品进行试验（方法参照技术条件、

IEC、DIS、MIL等规定）以验证设计。第2页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

设计规格书与设计流程之间的关系：

商品开发计划书设计规格书图面设计试制品及开发指导书试验结果书（报告）

继电器的品质要求品质的基本要求决定设计规格书出图验证

附带的品质要求对应基本品质要求和附加品质要求进行设计

文件实物化第3页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三4.2程序图FLOWCHARTOFNEWDESIGN

MARKETDEVELOPMENTRESEARCHPROPOSALORIGINATINGNOMANAGEMENTDEPARTMENTMEETINGYESFIXINGCOMPETITORSPECIFICATIONANALYSISPARTSDRAWING＆

ASSEMBLINGCONSTRUCTIONDRAWINGDESIGN

TESTCOSTTABLETOOLS＆TIMESAMPLESMACHINESSCHEDULEEVALUATIONPLAANNINGTESTREPORTYES（TOBECONTINUED）MODIFICATION第4页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三CONTINUEDTOOLSTRIALASSEMBLINGTOOLSPECIFICATIONFIRSTTRIALEVALUATIONTESTSHEETMOLDORDERMODIFICATIONQCFLOWCHARTMOLDINSPECTIONMACHINEORDER

PRODUCTIONPARTPURCHASEPROCEDURESECONDTRIALASSEMBLINGTOOLSPRODUCTIONSPECIFCATIONEVALUATIONTEST

SEMI-MASSAPPLYTOAPPLYFORSAFTYPRODUCTIONCUSTOMERSTANDARDSMASSPRODUCTION第5页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

4.3设计体系图

设计体系商品开发计划书（由企管部门制定）

设计的输入

开发指南书开发部门据产品开发计划制定设计任务书电磁铁结构设计主体设计外形构造设计基本构造设计共通设计材料设计绝缘设计接点系统设计接点设计簧片设计电磁系统设计线圈设计磁路设计互配设计（含互换性标准化）设计的输出第6页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

成本设计生产性设计部品加工组装

功能性检查继电器检查规格检查图纸制成试验要项书

验证试制/试验试验结果书检查记录

4.4设计任务书它是设计的指导、设计的基准和设计的运作考核指南，一般需按下表填入。项目制品规格单制品品质规格备注运用资料编号按商品开发计划书本标准决定的目标实验数据等例：要求进行规格开发xx-口口口-口口口第7页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

5.总体设计

第8页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.1主设计I/O（主体设计）

输入输出项目记号备注项目记号备注开闭电压VL设

接点开关形式点/线/面/可靠性开闭电流IL

计接点驱动形式直接推动间接推动输入功耗PmW电磁铁方式有极/无极

拍合式/旋转式/螺管式

E形、U形、翘板形主要参考技术文件资料支持输入输出第9页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三输入

项目记号备注项目记号备注外形L外形设计尺寸Ld

W设Wd

H计Hd输出端印字接线配置容积计算密封性IEC网格系列型号端子技术泄漏计算金属密封型主要参数技术文件支持塑封

5.2外形设计I/O输出第10页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

要求：设计概要的把握基本结构构思基本结构的设计

项目记号备注项目记号备注主参数设计基本构造结构图初稿外形设计参数文件、资料支持5.3基本结构I/O输入输出设计第11页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.4共通设计第12页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.4.1材料设计1）共性点①基于设计最基本的选料②基于企业、行业、国情选择材料③材料的选定必须满足客户对国际安全规格的要求（2）选定材料的认可试验材料的理论数据认可试验最终裁定（3）选定值还必须考虑以下各点：必要的物理特性寿命的经使变化材料确定材料接触有害物质的耐受能力*不可选择法律上制止的材料代用品成本颜色（考虑出口国别）易购买、运输，方便保管

*受法律约束的材料例：

物质名法律出处设计使用部位

cd接点

CFC蒙特利尔会议清洗液

Cl及化合物地方环保法注塑成型品第13页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三I/O设计

项目记号备注项目记号备注开闭电压VL接点材料开闭电流IL主要参考资料支持经验设计接点制造商样本，企业的三化5.4.2接点材料

接点材料选择

（点击参考材料文献）设计输入输出第14页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

项目记号备注项目记号备注周围温度TemMax簧片材料可动接点簧片静接点簧片复归簧片主要参数资料、文件支持经验数据技术手册材料生产商的数据同额产品的参数值设计必须考虑的要点：（点击见下页表）5.4.3簧片材料设计I/O设计输入输出设计第15页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

主电气回路用簧片一般簧片（复归簧片）导电率高导热性好接触性能优主要要求铆接点焊锡焊（可焊性）良好的机械性能耐温性能共同要求良好的耐蚀性能良好的加工性能（弯曲、冲凸等）机械临界值很大良好的电镀性能（如果有要求的话）

推荐用料（DIS标准）

（点击参考材料文献）第16页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.4.4输出端子设计I/O设计

项目记号备注项目记号备注输出端方式设端子材料气密性要求计

参考资料支持生产厂方样本

IEC标准行业专用标准（如：AUTORelay)

材料选择要点：①端子强度②良好的导电性③良好的可焊性④良好的耐蚀性⑤良好的加工性⑥对环氧封合不良

推荐材料选用

（点击参考材料文献）输出输入第17页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

项目记号备注项目记号备注线圈功率P磁回路铁心材质轭铁衔铁

主要参考资料及文件支持磁钢电磁继电器热带、寒带的处理基准镀Sn、Zn的金属触头的防止基准电磁继电器铁极面防绣处理基准磁性材料热处理工艺规范电磁软铁心技术要求品质规格清单磁性材料供应商样本企业标准、工艺规则同类产品用料参考5.4.5磁回路用料I/O设计

磁性材料选择技术要求：（点击见下页表）输入输出设计第18页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

特性共性铁心①棒料和丝料②可耐受反复表面冲击（处理良好）①μ要大铁片①耐受反复表面冲击②易实现热处理②铰链部分有良好的耐磨性能③方便电镀并有良好的耐蚀性（以上均涉及表面，处理要好）④机加工方便轭铁①与铁片的铰链部分必须有良好的⑤Hc要小耐磨性（表面处理良好）⑥Br要高磁钢①（BH）max要大其中①、⑥二点很重要②不易破损③充磁性能好

参照：日本软铁标准德国软铁标准本地供应商成本易取材提供使用的磁化曲线

磁性材料选用

（点击参考材料文献）第19页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

项目记号备注项目记号备注使用环境TMax线圈材料

主要参考资料支持切包线制造商的样本TSUEW，线规镀锡铜线

材料选择要求：①环境温度②线圈温升③线圈耐受最大温度④填充系数/不平整系数（不同企业不同标准）⑤导线线径稳定性，漆层的均匀度、纯度，Ω/m的稳定性⑥安全规格5.4.6线圈材料设计I/O设计线圈材料选用

（点击参考材料文献）输入输出设计第20页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.4.7成形材料I/O设计

项目记号备注项目记号备注环境温度TemMax设各种成形骨架计材料基座外罩主要参考资料及文件支持推动卡注塑料制造方样本注塑料规格书

注塑成形料的选择要点：

①满足安全规格UL、CSA等要求②选定材料后必须注意成形条件一般选材时必须注意的项目如下表示：

（点击参考材料文献）输入输出第21页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.4.8粘结材料I/O设计

项目记号备注项目记号备注密封性Tem设环氧树脂环境温度计主要参考资料支持环氧制造商的样本环氧规格书

选择要点：①能耐受继电器生产、使用程序中的最高使用温度②针对已选定的成形材料必须有很强的粘合力③作业性良好（滚动性、渗透性、硬化条件、贮藏保管等）④少量有害挥发物⑤可以用紫外线固化

材料选择：

（点击参考材料文献）输入输出第22页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.4.9绝缘设计I/O设计

项目记号备注项目记号备注成形材料各绝缘部品设绝缘距离空间、沿面的绝缘部位计主要参考资料支持必须满足UL、CSA、VDE等安全规格要求

提示：设计者须熟悉IEC的新思想（点击见下页）

安全规格的设计步骤：要求在了解IEC规定进一步确定基本结构绝缘距离的决定基础上先据安全规格中的绝缘距离。此确定必须的距离之后外要充分考虑加工中再确认选定的绝缘材料。和组立中的误差，修正基本结构图设计时要留有裕度。

材料选择：

（点击参考材料文献）输入输出第23页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

IEC的新思想

要求欧洲方面的继电器的绝缘距离是空间距离和沿面距离都要保持8mm(IEC380/VDE0806),以此来防止感电不良发生，但是符合要求的继电器是有限的。可是随着科学技术的提高，诸多数据的证明使IEC产生了继电器使用的环境（污染度），被安装电源的区分（过电压区分或安装区分）。继电器充电部的绝缘材料外壳、外罩、线轴的绝缘材质的种类等3要素的组合方式，可使空间距离缩短成4mm、沿面距离缩短到5mm，也可以得到相同效果的新思想。因此定好机器的额定绝缘电压就是凭过电压区分和污染度，计算出空间距离，以CTI值和污染计算出沿面距离。

过电压区分污染度CTI值材质

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、2、3、4Ⅰ、Ⅱ、Ⅲa、Ⅲb

空间距离沿面距离

（实例）G2R系列继电器，在过电压区分Ⅱ污染度2CTI值175＜CTI≤250的条件下，满足IEC950的2重绝缘要求值，空间4mm、沿面5mm（250V回路）。随着G2R系列继电器也使用为事务机的Ⅱ极继电器。

第24页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

各规格的认定报告等术语：下表是继电器认定报告上经常看到的，各术语的说明如下：感电防止电压对策（SELV回路/ELV回路）（1次回路/2次回路）

欧洲规格电流对策机器的绝缘机器的接地

EN（CENELEC）（classⅠ/classⅡ/classⅢ)

目

日本的规格电取法

的感电、火灾的中间型

北美的规格

UL/CSA

火灾防止绝缘材料选择绝缘种类为了防止电脑相互间、外来（机能/基础/附加/二重/强化）噪音引起障碍的新规定绝缘距离（空间/沿面）无线障碍的防止（EMC规定）绝缘材料的性质○北美：美国/FCC、加拿大/DOC1.机械特性：极压力○欧洲：EN（CENELEC）2.电气特性：耐滑性（CTI）○日本：VCCI3.燃烧特性：难燃性○国际：CISPR第25页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

为确保接点性能的设计（绝缘）

由于接点在开闭过程中有许多飞溅物将会附着其周围，致使靠近接点的绝缘发生老化。为防止这一现象（或减少这一现象）须进行与绝缘相关的设计。

绝缘老化防止类似继电器的类似设计绝缘距离调查修正基本结构号防止的方式方法及尺寸

基座输出端近处如将两接点分开时的设计思想屏障的设置示意第26页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.5开关系统设计

开关系统是继电器的执行系统，是至关重要的设计。第27页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

5.5.1开闭设计

（1）.接点间隙设计CGminA.I/O设计

项目记号备注项目记号备注同极接点VsVs设计Vsd击穿电压耐电压CG设计CG开路电压VL闭路电流IL

主要参考资料支持巴森曲线电弧电压曲线企业经验公式设计输入输出第28页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三B.设计步骤：

①从Vs计算CG按计算或经验实验确定验证最终确定CG②从负荷计算CG公式确定CGC.CG的计算①从Vs按下式计算CG

基于工厂一般按Vs的110%加压1秒，如不击穿即认为可以。故：Vs′=1.1Vs+余量=VsdCGmin≥1.1Vs–650+余量（mm)2400②从开闭负荷计算

CGmin≥IL（VL-14.2）-11.4(mm)19+3.6IL

本式主要指Ag接点，如果是Ag以外的合金接点须加裕量，再定CGmin。

Cgmin也可查巴森曲线，但须注意Vs指电压有效值而言，如接点在真空中时，这条曲线要用低气压那一段。经计算或查曲线之后，取CG中的最小值，当然还必须放有必要的裕量之后再最终确定CGmin的值。

（点击查巴森曲线）第29页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

（2）接点压力CP和接点跟踪CF的设计

CP和CF的示意图如下：

CPCF接点跟踪（mm)

（超行程）

Kc对接点位移而言的

CF簧片参数（gf/mm)

关系式：CP=Kc×CF(gf)I/O设计

项目记号备注项目记号备注开闭电流IL

接点压力CP

接点间隙CG

接点跟踪CF制造中通常用衔铁主要参数资料支持跟踪来保证这一参数企业设计手册接点有关文献经验数据B.设计步骤

CP设计CF设计设计输入输出第30页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

C.CP设计

①参数表

不同继电器类型的触点压力选择的参考参数继电器类型触点接触压力（克力）常开触点常闭触点干式舌簧继电器3～53～5

微型电磁继电器＞5＞5

超小型电磁继电器8～108～10

小型电磁继电器有震动条件15～2015～20

无震动条件10～158～12

中型电磁继电器15～2510～20

极化继电器5～105～10

中间继电器25～3020～25

不同接点材料所需的最小接压力值（gf)

材料AgAg-CuPtPt-IrAu-NiPdWCP31页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

1～2A接点压力对其可靠性影响很大，见附图，但设计中主要还是靠经验。（依接触电阻关系而定）

2A以上接点压力，要求接点在工作电流下的接触压降远低于接点材料的软化点，一般按下式可计算：式中，UO1

为材料的软化点

Uo通过接触电阻确定材料硬度接点接触电阻主要是由膜电阻和收缩电阻组成，但很难准确计算，一般按下述公式：

式中，ε在0.2～1.0之间（CP小时取小一点，

CP大时取大一点）

ρ电阻率Ωmm2/m;CP单位为Kgf/mm2

或采用式中，K、m均查表求取。在给定Rc后，一般大致凭计算及经验可定CP值。一般开断1A时，CP值压力Px(克力）在3gf以上，小型小功率10～15gf

（一百万次动作中，触点故障

大型者20～50gf.几率随压力的变化曲线）

触点材料的若干参数

（1）单接点Ag,(2)双接点

②常开接点压力确定第32页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

③常闭接点压力确定

一般在小型小功率下为5～8gf，大型大功率下为12～15gf。

接触电阻的经验公式在工程上常用右面经验公式来计算接触电阻：式中：K——与触点材料的物理化学性质以及接触表面状况有关的系数(见表a,表b)m——与接触形式、压力范围和实际接触面的数目等因素有关的指数。实验说明，在压力不是太大的范围内，对于点接触m=0.5,对于线接触m=0.7,对于面接触m=1。

P——触点终压力，其单位对表a的数据用（克力），对表b用千克力。点击查看表a,表b材料

D.CF设计

按前式：CF=CPmin/Kc,当然要考虑装配时的公差。通常设计中的接点的跟踪须满足：CFmin＞X，X在参考想近似的继电器而定，目的在于考虑接点磨损及电蚀的一般损失：

h——磨损高度，ρ为比重，Sc为接点表面积。虽然能给出一些曲线表明在有电弧时电极有相当的磨损，但计量时把X算出来确实很难，故一般CF是由经验定：对密封继电器取CFmin为0.03mm,塑封继电器取CFmin为0.07～0.10mm,对大电流取CFmin为0.10～0.20mm,但这都须看电磁吸力情况。点击查看曲线图材料

第33页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.5.2接点设计

接点由于用料的不同，使用条件的不同而形体各异，设计时须参照一些现有的相似继电器而定。

第34页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

项目记号备注项目记号备注开闭电流IL

接点材质电压VL

形状寿命Ln寿命Lnd主要参考资料支持

I/O设计

输入输出设计第35页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

B.接点形状AgPdCoNiAuAgAgPdCuNiAgCuNiCuNiAgAg第36页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

C.接点大小

经验数据对Ag接点（南航电器学）（哈工大讲义载）

IL（A）D（mm)h(mm)IL(A)D(mm)h(mm)

电流外径厚度21～20.3～1.0220.62～52～40.6～1.252.515～103～51.2～2.21051.210～205～8一般实际电磨损在0.2～0.3mm左右

20～508～14

如选用Ag以外的接点须进行修正

用于通信继电器的接点生产方表面层接点层基台

Cm1Cm2BmAnlitsu动C：Au90Ag10Ag50Pd50Ni20Cu余

M：Au71Ag26Ni3Ag50Pd50Ni20Cu余面厚：8μ

80μ按设计高的余量接点总高按使用要求

C：Au90Ag10Ag40Pd60C5191ROmRonM:Au90Ag10Ag40Pd60Ni13Cu余面厚：3μ147μ接点总高按使用要求第37页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三D.接点设计步骤

选定材质决定形状（含接触形式）最终确定寿命E.设计的必要考虑①

从节银和省贵金属角度，必须选用多层或条复、嵌复式接点。②台基部分必须考虑与簧片连接的方式方法和强度，特别是要方便结合和将接点的发热快速地传出去。③要C、M、B一起考虑，比如C接点的R大小之确定，还要考虑开离时力的效果④对AgCdO等合金接点，h可以取小一点，如h=0.3～0.5mm.F.电寿命的决定

按Weibulle评价确定：Lnd=1.3Ln(Ln为设计寿命）

式中：N为电寿命；

α、β、γ与继电器形式相关的系数

a为接点回路的时间常数；

cosφ为接点回路的功率因数。第38页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.5.3簧片设计

设计种类：接点簧片设计；复原簧片设计。A.

接点簧片设计I/O设计

项目记号备注项目记号备注开关主参数簧片材料接触形式簧片尺寸基本结构Ln簧片组设计常数Kc接点压力CP应力C接点跟踪CF

主要技术参数资料支持接点簧片设计步骤开关主体接触形式

簧片几何尺寸设计情报决定簧片尺寸基本结构图簧片反力计算分解各部分尺寸允许的配合尺寸决定反力临界点为配合做准备

CPCFMATERIAL设计输入输出第39页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三C.归算确定簧片常数：KcC=CPmin/CFmin（gf/mm）确定簧片形状：由结构而定（含接触方式）归算：式中L1、L2均为图示尺寸。

L1L2第40页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

表片簧的柔度

柔度定义公式图自柔度C112C221

互柔度C122C221等值自柔度C’22312345如簧片截面不一样且多变形状时，可参照哈尔滨工业大学电气教学研究室给出的通用软件求取。临界力一般取常开接点的临界力计算。第41页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三D.复原簧片的设计I/O设计为保证继电器的释放（施加在常开接点上的力）必须在设计中考虑复簧片，但现代小型继电器多用其本身的常开上的力做为复原力而省去了复原簧片，但大多数无极继电器中仍设置有复原簧片。

项目代号备注项目记号备注基本结构概要的簧片尺寸设簧片材料材料设计复原簧片尺寸计形尺常数Kr

主要参数资料支持应力δr

继电器设计手册弹簧计算变截面簧片计算公式相似的继电器设计样品输入输出第42页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三

簧片桡度计算1.簧片的通用形式(等截面)第43页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三几种等截面簧片第44页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三统一柔度计算式式中式中对直簧片，相当于弯簧片的特例，其统一柔度计算式为：对折线段簧片，相当于的凹簧片（统一形式表中r=0的特例（三个坐标轴重合），其统一柔度计算式为：计算中及均为负值C11C12C22

KKl第45页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三2.变截面梯形段簧片第46页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三在一段上为梯形截面惯性矩统一柔度计算式或三角形簧片可以认为是的特例C11C12C22

K梯形簧片可以认为是情况，当时的特例，其参数：第47页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三3.变截面带孔的簧片此时：孔宽比式中观察带孔簧片可见有这样关系半宽长度比

以上有专用软件可采用计算机计算第48页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三第49页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三第50页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三B.设计步骤复归力设定簧片计算簧片尺寸的假设确认计算最终确定C.复归簧片计算（归算力）假定反力为FV,形状也确定了，则归算力按下式例：变形在时式中：G剪切弹性模数Kg/mm2

d

弹簧直径mmR弹簧平均半径mmn弹簧有效圈数

K弹簧钢度第51页，讲稿共95页，2023年5月2日，星期三5.6励磁系统设计继电器的电磁系统设计主要包含两大部分：线