小型电连接器的耐高压试验结构分析

小型电连接器的耐高压试验结构分析

徐娜娜蒋则臣

中国电子科技集团公司第四十研究所     安徽 蚌埠    233010

【摘要】本文主要介绍了一种小型化圆形的高压电连接器的耐电压试验设计方案，简述了连接器的基本工作原理、整体结构、独特的密封设计和材料选择。

1引言

耐高压电连接器作为一种高压信号传输元器件，主要用于行波管、磁控管、高压电源等设备中，与电真空器件配套、连接电真空器件与高压电源的传输元件，用来传输高压电源。是系统工程中不可缺少的部分。耐高压连接器所传输的高压信号越高，对高压电连接器的耐电压性能要求就越高，相应的连接器尺寸就越大。随着整机设备小型化、轻型化、耐环境性、高可靠性要求的不断提高，对小型化高电压连接器提出了需求。为了提高整机设备的性能，需要使用小型化、环境适应性好的圆形高压电连接器。

本文介绍了一种小型化圆形10kV高压电连接器的满足试验结构设计，满足整机的安装及使用要求，且具有工作电压高、密封性好、环境适应性好、性能稳定可靠等特点

2主要技术指标

2.1工作电压：10kV d.c.；

2.2工作电流：3A d.c.；

2.3接触电阻：≤10mΩ；

2.4绝缘电阻：＞5000MΩ；

2.5介质耐电压：15kV d.c.（海平面）；

12kV d.c.（1.4kPa）；

2.6低温低气压：10kV d.c.（-55℃@1.4kPa）；

高温低气压：10kV d.c.（125℃@1.4kPa）；

2.7振动：10～2000Hz，15g；

2.8冲击：50g；

2.9机械寿命：500次；

2.10潮湿：240h；

2.11盐雾：96h；

2.12工作温度：-55℃～125℃。

3满足试验要求的整体结构设计

小型化圆形高压电连接器为一配对连接器，包括插头与插座连接器。使用时通过插头和插座之间的机械连接，带动接触件之间的插合，接触件包括插针和插孔，其中插针为刚性接触件、插孔为弹性接触件，使得接触件在插合时形成弹性接触，产生低的接触电阻，从而实现良好的电气连接；同时，由于采用了高性能绝缘材料以及插合界面密封设计结构，从而有效地阻断了气隙通路，达到了耐高电压的目的。本文介绍的小型化圆形连接器插头和插座连接器工作电压为10kV d.c., 插合后总长约为34mm。安装方式为竖直安装，螺母紧固。

3.1插头结构设计

插头连接器由插针、安装板、壳体、连接套、挡板、螺母和高压导线组成，结构示意图如图1所示。

图1 插头连接器示意图

安装板采用硅橡胶模压制作，它具有很高的介电强度、极好的耐电晕的能力、高温稳定性、低温柔性、耐压缩形变性能和极低的吸水性，是很好的界面密封材料和绝缘材料，安装板内表面为圆柱面，圆柱表面有两个等距排列凸起的“密封环”，利用“密封环”的凸起进行界面密封，具有良好的耐压密封效果。外壳采用热塑性工程塑料模塑制造成型，不但具有良好的机械强度和尺寸稳定性，而且重量轻、耐电压强度高；插针接触件采用具有良好弹性的铜合金、通过精密机械加工制造而成，表面镀硬金，提高导电性和抗磨损能力。

外壳进行处理后与安装板之间用胶剂进行密封粘接，粘接性良好；连接器外壳能可靠地保持住绝缘安装板；插针和高压导线利用压接方式；高压导线和插针尾部表面均匀涂胶后由外壳尾部装入安装板内，高压导线为硅橡胶被覆导线，与胶剂粘接性好，保证了插头尾部的密封。

3.2插座结构设计

插座由插孔组件、紧固螺母、壳体、护套、挡板、螺母和高压导线组成，外形尺寸和结构示意图如图2所示。

图2 插座连接器结构示意图

壳体采用工程塑料模压制作，插孔接触件为圆孔两瓣槽结构，采用具有良好弹性的铜合金、通过精密机械加工制造而成，表面镀硬金，壳体、挡板采用工程塑料制作。

插合界面因采用软-硬配合结构，使得插座部分为硬质工程塑料，工程塑料与导线的密封需要进行处理才能保证粘接性及密封性能。为了实现现场装配，在结构设计中使用具有密封环的护套进行过渡，护套采用硅橡胶模压制作，硅橡胶与导线进行粘接，密封性好。预先对壳体进行处理后，与护套进行粘接，如需要现场装配时，插孔接触件在与高压导线进行压接后，导线和插孔尾部表面均匀涂胶后装入壳体的安装孔内即能保证良好的耐电压性能。

3.3插合界面设计

插合界面是指插头和插座之间的接触面，如图3所示。

图3连接器插合界面示意图

插合界面的结构形式为圆孔和圆柱，通过圆孔和圆柱的插合，形成界面密封结构。

插座壳体设计有六根凸起的圆柱，插头的软安装板上设计有圆孔。圆柱的材料为硬质的工程塑料，具有一定的脱模斜度，端部直径小、底部直径大；圆孔的材料为软质的硅橡胶，圆孔的内壁设计有密封环。

当连接器在插合时，圆柱插入圆孔，由于圆柱的直径和长度均大于圆孔，且材料为一软一硬，因此在轴向和径向上均会产生一定的弹性压缩，形成了界面密封结构，阻断了气隙通路，使得产品在海平面条件下以及低温低气压条件下，都具有良好的耐电压性能。

另外，考虑到材料在低温条件下会收缩、硅橡胶材料长期在低温条件下还会失去弹性，从而导致界面密封失效。因此，我们在设计时充分考虑了压缩余量，界面的压缩量远远大于材料的收缩率，同时，硅橡胶材料采用了新型的耐低温材料，该新型材料长期在低温条件下仍会保持良好的弹性。经试验证明，该插合界面的设计具有先进性，在低温低气压条件下保持4h以上后，仍具有良好的密封性，耐电压性能满足要求。

4试验样品试验数据对照表

 经过结构设计和ANSYS仿真计算，我们对两个摸底批次的试验样品按技术要求进行了试验，试验证明设计合理，结构可靠，符合技术要求。数据如下：

5结语

本文介绍的小型化电连接器结构简单，使用方便，且各性能满足试验需求，深受广大用户认可。