浅析继电器的选型与应用

1 超小型通用继电器的制造技术
目前，我国继电器发展的主流产品为小型通用直流电磁继电器，据1998年的统计资料显示，该产品占有继电器产品的66.7％，而且出口量和内需市场逐年扩大。就目前的生产情况来看，规模比较大的继电器企业有90余家，继电器的组装基本上全是手工操作，自动化程度低，劳动强度大，而且很难进行严恪的质量管理，也很难适应日益扩大的市场要求。
在1999年，根据我国继电器生产设备的现状，吸收国外汽车继电器组装生产线的基础上，研制了适合我国国情的JQC、3FB超小型通用继电器组装生产线。该组装生产线具有以下特点：整体为框架式结构，并采用铝合金型材连接。工作台面以下安装电气控制部分及气路控制和配管，工作台面以上采用有机玻璃罩密封；组装生产中的每一台设备均采用多工位工作方式，继电器机构的移位采用拨叉式，移位准确、可靠；主要采用气压传动，所有的气缸、电磁阀、磁性开关均采用日本SMC公司的元件，性能非常稳定；在组装生产线的每一台设备中，均采用日本欧姆龙公司的PLC系统，控制各种动作的实现，电参数综合测量台中还采用工挖机对产品的各种电参数进行测量、记录和判断，可以记录1671万只继电器的测量数据，并能随时查阅或打印；采用工控机键盘可以对每一种规格的继电器的参数范围进行设定。整条线从组装的元件到继电器机构的移位均采用光纤传感器、磁开关进行自动跟踪与判别，对没有装好的继电器机构或电参数、机构参数不合格的产品可以自动剔除，并且具有完善的气路欠压保护功能。生产效率为15件/分；可以连线生产，也可以单台独立工作。
1.1 JQC、3FB型继电器制造技术
组装线的构成及工艺流程为：电磁系统铆装机→静簧片插装机→继电器机构铆装机→压力参数测试台→外罩装配机→电器参数测试台→点胶机→成品浸锡机
1.1.1         P22—4/ZF型电磁系统铆装机：该设备的主要功能是将线圈、轭铁和铁心经自动上料、定位后旋铆在一起，成为电磁系统。
(1)线圈采用倾斜式料管上料，纵向十条料夹，横向四排料夹，一次可上40管料，每管40个线圈，线圈由机械手自动抓取，每个料管内线圈抓取完后自动落下，自动换位，40个料管用完时自动报警；
(2)铁心及轭铁由振动料斗自动上料，并有料位检测，料满停振功能；
(3)线圈在机械手抓取时自动进行通，断和短路测量，对断路或短路的线圈进行自动识别跟踪，且不进行铁心及轭铁的装配，直到自动剔除；
(4)根据装配零件的特点及继电器生产的工艺要求，设备有15个工位，辅助传送带一条。主要的工位安排为：线圈上料→线圈测量→动态除尘→取轭铁→轭铁放置于线圈上→取铁心→铁心插入→铆接→次品剔除→成品传送→托板夹具传送回位。
1.1.2 P21—6/ZF型静簧片插装机：该设备的主要功能是给电磁系统插装两种静簧片。
(1)两种规格的静簧片均采用振动料斗自动上料，并有料位检测，料满停振功能；
(2)电磁系统由机械手自动上料，并夹紧定位，移位采用拨叉式移位器来实现；
(3)两种静簧片均采用二次插装，一次机械手插入，二次压到位。主要的工位安排为：电磁系统上料→取静簧片1→插静簧片1→取静簧片2→插静簧片2→压到位→传送。
1.1.3 P22—5/ZF型继电器机构铆装机：该设备主要是把插装好静簧片的电磁系统与预先铆接好的衔铁进行铆装，成为继电器机构。由于衔铁的形状比较特殊，而且两个静簧片之间的距离很小，该装配工序很难进行自动上料，主要靠人工上料。
1.1.4 D20—1/ZF型压力参数测试台：该设备主要对继电器机构的机械参数进行测量。
(1)测试项目；线圈断电时，动触点与常闭触点之间的静合压力。线圈通电时，动触点与常开触点之间的动合压力；
(2)测量的参数范围及精度；静合压力：30g～100g±5％，动合压力：100g～300g±5％；
(3)采用多工位测试方式，每个工位同时测试两只继电器，对测量不合格的产品进行跟踪，并自动剔除；测量头有单相交流电机驱动，继电器的移位采用拨叉式移位器；
(4)主要的工作工位：继电器机构上料→移位→静合压力测量→剔除→动合压力测量→剔除→传送。
1.1.5 P28—1/ZF型外罩装配机：该设备主要对压力测试合格的产品进行除尘装外罩。
(1)外罩采用振动料斗自动上料，机械手自动抓取，检测外罩方向，并旋转，移位到料槽口；
(2)继电器机构和外罩在装配前进行动态吹风除尘；
(3)外罩的装配分两步进行，一次套入，二次压到位，采用多工位方式，每个工位同时可装配两个继电器，继电器移位采用拨叉式移位；
(4)主要工作工位：继电器机构自动上料→动态除尘→机械手旋转移位→外罩上料→小孔检测→机械手传送外罩→外罩除尘→外罩装配→压平→继电器移位。
1.1.6 D20—2/ZF型电器参数测试台：该设备主要完成对继电器电气参数的综合测量、记录和判断。
(1)电气参数测量项目；继电器线圈直流电阻；耐压性；继电器的绝缘电阻；继电器动作和释放电压；继电器触点接触电阻；
(2)参数测量范围及测量精度；线圈直流电阻：50Ω～500Ω 0.5％；耐压：(0～3000)V(AC50Hz)±10％；绝缘电阻：(0～300)MΩ(DC500V)±10％；动作及释放电压：(0.5～50)V(DC)±1％；接触电阻：(0～0.2)Ω(1A24VDC)±1％；
(3)各参数分步多工位自动测量，测量结果集中显示，每工位同时测量两个继电器，对不合格产品自动剔除，继电器移位采用拨叉式；   
(4)主要工作工位：继电器上料→移位→测量绝缘、耐压→测量吸合电压、释放电压、线圈电阻→测量接触电阻→剔除→传送。
1.1.7 P1001/ZF型点胶机：该设备的主要功能是对测量合格的继电器进行点胶密封。
(1)采用单头固定点胶，多点分布；
(2)胶筒具有温度控制功能，加热功率为100W，温控范围为25℃～50℃，温控精度：±0.5℃；
(3)具有吹热风，烘干装置，温度可调；
(4)主要工作工位：上料→送料→夹持→滴胶→传送→烘干。
1.1.8 H43—2/ZF型成品浸锡机：该设备的主要功能是对点胶封装后的成品继电器的引线脚进行镀锡。
(1)       锡锅加热功率2kW，温控范围250℃～450℃，温控精度±5℃；
(2)       浸锡时提升内锅，以保证每次浸锡时锡面一致，具有刮除氧化层功能，每次可浸锡8只继电器；   
(3)       主要工作工位、上料→夹持→平移→浸助焊剂→平移→浸锡→返回。
该组装线设备主要用于组装JQC、3FB超小型系列继电器，产品规格见表1。


  
该组装线设备还可以根据不同规格继电器的生产要求，对部分模具、夹具及上料装置进行改造后，用来组装不同规格的继电器，因此，具有广泛的应用前景和推广价值。
2 继电器技术的主要发展趋势
2.1 体积小型化
继电器外形尺寸将继续缩小，结构和材料将不断创新，继电器发展目标是不断提高技术性能和性能价格比，而不断缩小外形尺寸，不断进行结构和材料创新正是实现这—目标的必然结果和动力源泉。
试以程控交换机用通讯继电器为例。自第一代通讯继电器于70年代投产以来，差不多以每十年更新一代的速度向前发展，到80年代生产的第二代通讯继电器外形尺寸已缩小到20.0mm(200mW)，再到90年代生产的第三代通讯继电器尺寸又缩小为14.5mm(140mW)，直到1998年推出的第四代通讯继电器尺寸更进一步缩小到10.5mm(100mW)。从第三代到第四代的更迭已缩短为8年。预测第四代通讯继电器在21世纪初将成为通讯继电器的主流产品。
继电器这种外形尺寸的缩小，是否意味着已逐渐逼近其物理“极限”，早在30年前，就曾有人预测，10mm是继电器外形尺寸的“极限”，后来又预测8mm、5mm，然而所有这些预测—次次被实践所突破。目前，国际上除第四代通讯继电器外，还大量生产3.9mm的SSR，近期更推出了1.5mm的微型机电继电器。
继电器发展究竟有无“极限”，“极限”究竟在哪里?究竟由哪些因素决定?看来突破这些“限制”发展新一代继电器及相关新技术、新材料乃是当前继电器发展的一个重要方向，也是继电器技术发展中的一个重大研究课题。国外研究力度很大，且在寻找新的途径。我们也应从研究继电器技术“限制”问题入手，探寻突破现有“限制”的理论和技术，努力实现我国继电器技术飞跃。
2.2 由传统的开关继电器向组合式继电器发展
继电器是一种自动控制元件，而不是最终产品，它只有装入整机系统才能发挥作用。随着整机系统向高可靠(减少连线)，高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化方向发展，系统对功能元件的要求越来越高，希望多功能化、组合化、系统集成化、模块化、智能化，单一功能的传统继电器已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。
另一方面，由于继电器设计及工艺水平的提高，已可将微电子技术、光电子技术、智能控制技术等移植到继电器，内部集成各种器件和电路，如MCU、ASIC等，使之能实现多种功能，如延时，放大、运算、显示、监控、报警、故障诊断、模糊控制等等。
正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了智能化的多功能的组合式继电器。组合式继电器更能从整机系统角度出发，实现更高性能的系统指标。
从单一开关功能的传统继电器转变为多功能的组合式继电器，不仅是一种概念上的突破，同时也是继电器技术发展的必然结果。这是继电器领域的一场革命，对继电器技术有重大推动作用。目前，组合式继电器技术已崭露头角，21世纪将是组合式电器技术真正快速发展的时期。我们一定要抓住这一机遇，加强继电器技术与系统应用的互相融合，努力培养复合型创新人才，实现继电器技术上的大跨越。
2.3 继电器技术和其他学科相结合将产生新的继电器领域
继电器技术一旦与其他学科结合定会诞生一系列崭新的继电器领域和重大经济增长点。70年代与半导体技术、光电技术相结合诞生了SSR。最新的典型例证便是使用MEMS技术研制成功的微型机电继电器。该微型继电器既不是传统继电器外形尺寸的机械缩小，也不是继电器简单的拓展和延伸，而是由微电子技术发展而引发的一场微小型化革命的产物，是微电子技术与精密加工技术交叉的前沿研究领域。它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、材料科学、能源科学等。微型继电器的发展开辟了一个全新的继电器领域，它能实现许多继电器不能完成的功能，在航天、航空、汽车、生物医学、环境控制和军事等许多领域都有十分广阔的应用和市场前景。微型继电器是跨世纪的科学技术，在21世纪知识经济中将有更大发展。这向我们昭示：强调和加强交叉学科的结合，对我国继电器技术发展具有重要的意义。由于微电子技术、电子计算机技术、通信技术、光电技术、军用电子装备系统及宇航技术的飞速发展，对继电器的性能及可靠性提出了更高的要求。今后，继电器的发展方向是通用继电器向小型化、表面贴装化及低成本方向发展；军用及宇航所需要的继电器向小型、高可靠、耐环境方向发展；对于特种继电器如温度、射频，高压、小型大功率及非电学控制的继电器要采用新技术、新材料、新工艺使性能日臻完善。
目前，继电器产品的主要市场正由传统的电子产品转向数字化产品，如通信、工厂、数字音频设备以及数字化信息家电产品等。机电式的传统继电器产品在市场上已逐渐呈现供大于求和全局性的供求平衡局面，而机电固态混合式高技术、高附加值的继电器产品市场已呈上升趋势，货源短缺、紧俏。总体趋势已由总量平衡转向结构性矛盾。
在“九五”期间，继电器产品产量每年以百分之二十多的平均速度发展，不仅基本满足国内配套之需，而且出口旺盛，年平均增速达到14.6％，如表2所示，几乎翻了—番多。由于结构性矛盾，在出口的大好形势下，进口也大幅度增长，年均以24.9％的速率增长，表明市场的需求与供给的矛盾由量已转化为技术性能等。出口继电器产品仍以传统产品为主，其技术含量偏低，附加值不高；而进口继电器产品数量虽不多，但由于技术含量高，因而附加值居高不下，致使进出口的量价配比背离趋大。
3 我国继电器产品与市场简析
3.1 产品产量


  
由此可以看出，结构性矛盾不仅表现在国内市场上，也充分表现在出口产品中。以中低档产品为主，低附加值居多的格局，造成了生产厂家之间在市场上的竞争仍以价格竞争为主，这种低层次的竞争，必须迅速转变，才能适应市场的需要，有利于企业的发展、行业发展以及我国即将加入WTO的形势。
我国通信产业发展迅猛，网络终端没备、程控交换机、高中级轿车和家电产品所需继电器市场十分可观，但这些产品所需的继电器产品的高档货却几乎全靠进口或由外资企业供给，与我国继电器产业的整体状况很不协调，为此，我国继电器企业面对这种严酷的现实，尽快由模拟技术市场向数字技术市场转变，大力促进技术创新，开发具有自主技术产权的高新产品，努力促进产业结构、技术结构、产品结构的高新化、全面提升继电器产业结构和产品结构。市场的需求多样化和个性化，促使继电器产品也必须向多元化、多层次、个性化发展；整机厂家未来的定制产品将日渐增多，我国的企业要充分发挥小批量、多品种的优势，根据自身条件进行市场重新定位，着力抓好产品创新，努力开发适应市场需求的具有高技术含量、高附加值的特色产品。
3.2 产品质量
我国的继电器生产企业近三百家，年产各种继电器7亿多只，一批骨干企业已形成适度规模。通过引进、合资等形式，生产自动化有新的提高，产品档次也迅速上升。但由于绝大多数仍以电磁继电器为主，其装配、调试、检测仍以手工和人力为主；加之小型企业的数量众多，而其技术手段有待改进，质量意识有待加强。技术力量不足，故质量不够稳定，使得整个继电器行业的质量水平参差不齐。据统计，1999年，我国继电器的产量约占全球产量的23％，骨干企业均已通过了ISO9000质量体系认证，主要的出口产品均通过UL、TUV等国外认证机构的认证。下面介绍电磁继电器的质量抽查结果与分析。
1998年～2000年，在国家质量技术监督局的组织下，国家通过电子元器件质量监督中心对电磁继电器进行了监督抽查工作，抽查结果如表3所示。由表3可见，电磁继电器的质量水平在逐年提高。抽查的主要依据是与电磁继电器相关的总规范、分规范、详细规范和企业标准。
  表3 继电器抽查统计表



3.3 问题分析
由表3中的失效现象可以看出，我国电磁继电器目前存在的主要问题是：
3.3.1 电参数超差，电磁继电器耐压、线圈电阻、功能检验不合格数占失效样品总数的40％；
3.3.2 可焊性差，该问题在以前的抽查中多次发现，是至今仍未获得根本解决的—个老问题；
3.3.3 耐久性差；
3.3.4 产品的安全性存在一些缺陷，抽查中发现，个别企业的电磁继电器的阻燃性不合格，其绝缘穿通距离不够。
造成以上不合格现象的原因，归结起来大致有以下两点：标准推广不力，企业贯彻不够，企业技术力量不足，工艺落后，质管及保证工作不力，产品质量缺乏保障；原材料不过关，生产手段落后；行业标准跟不上产品的发展需要，企业缺乏正确的引导；管理不健全，工艺控制不严，生产秩序不健康，恶性竞争，大打价格战。为此我们建议：坚持科技兴业，加强技术创新，加大新型元器件的投入和开发；企业要加强质管，政府部门要强化质量监督；加强安全、电磁兼容认证，推行产品认证制度；加强相关配套原材料、专用设备和仪器的开发，加强基础和中立机构的建设，保障元器件产品质量水平稳定提高。
在激烈的市场竞争中，市场占有率是以质量性能为主的，市场规模是以技术发展和创新为前提的，因此，全方位开发创新提高产品质量档次，提升性价比等成为竞争的焦点。我国的继电器产业置身于全球市场的大环境中，应以主动出击的姿态参与全球继电器市场的分工与合作，在全球继电器行业的新一轮调整重组中寻找自己的位置，在新的布局中占据有利地位，顺应全球经济一体化和产品、产业发展的总趋势。充分认识继电器生产开发的中心正向具有一定工业基础的发展国家转移，而我国乃至亚洲已成为全球继电器产业的中心这新一新态势，认真分析继电器技术和市场的新变化，制定更加切实有效的发展战略，面向数字化产品，提升技术档次。以调整结构升级优化为重点，以提高市场占有率为目标，突出市场，突出改革，突出战略性结构，调整和改组，突出技术创新，突出可持续发展，追求更高、更快、更强，抓机遇促发展，开创新世纪我国继电器行业的新局面。

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