一種小容量接觸器電壽命測試系統及方法與流程

2023-12-05 11:43:56

本發明屬於接觸器電壽命測試系統技術領域，涉及一種小容量接觸器電壽命測試系統及方法。

背景技術：

接觸器是一種通用性很強的自動式開關電器，是電力拖動和自動控制系統中一種重要的低壓電器。它可以頻繁地接通和斷開交、直流主電路和大容量控制電路。接觸器的應用非常廣泛，比如在高速動車上的應用。統計數據表明，目前動車組故障原因中，因電器元件老化、工作不可靠而導致系統故障佔有很高的比例。接觸器是高速動車上應用非常廣的一個重要輔助器件，因此，對其電壽命進行深入的研究，對其高速動車的運行穩定性和安全性具有非常重要的意義。接觸器試驗是檢驗接觸器質量的重要手段，其中，電壽命試驗是重要的試驗項目之一，通過電壽命不僅可以得到接觸器的電壽命指標，而且有助於分析接觸器失效的原因，為提高產品質量提供重要依據。因此，接觸器電壽命的試驗系統以及測試方法一直是國內外電器學術界研究的重要領域。

在接觸器壽命試驗技術相關方面，傳統接觸器電壽命測試系統主要由控制開關、脈衝信號發生器、小容量繼電器、計數器、負載等構成，這種測試系統中控制通、斷電時間和次數等動作都需要人為的操作，試驗操作過程繁瑣。負載的調節也需要手動調節，負載的功率因數、時間常數等試驗參數也無法直接得到。接觸器電壽命測試傳統方案還有通過單片機集成技術或者用PLC技術控制進行數據採集，這種方案在數據採集方面採用循環掃面方式，當主電路出現問題而需要掃描的程序很多的時候，主電路不能及時的受到保護。採用PLC板卡採集，隔離不夠充分，易受外界幹擾，不能即採即傳，數據量較少，在大量數據處理與比較複雜的應用處理方面不適用。現有接觸器電壽命測試的方案所涉及到的測試方案處理任務單一，運算速度慢，皆沒有實現檢測一段時間內，在吸合和釋放過程中測得主迴路兩端及接觸器主觸頭兩端的電壓和電流值，不能得到相應的穩態電阻值。 現有測試方法中對電壽命的判定方法也只有一種，不能更準確地判斷電壽命試驗過程中接觸器試品的故障情況。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種小容量接觸器電壽命測試系統及方法,該測試系統自動化程度高，可通過工業控制用計算機自動執行試驗流程，中途無需人工幹擾。採用多種冗餘的判定方法,通過電壓判定方式以及電阻和電流判定方式對電壽命測試進行更準確的判定，提高測試的準確率與測試結果的可靠性。

為實現上述發明目的，本發明提供一種小容量接觸器電壽命測試系統, 包括控制迴路電源、主迴路電源、負載，其特徵在於：與負載連接一工控機，工控機又分別連接一電壓電流傳感器和驅動電路，驅動電路又連接控制迴路電源，電壓電流傳感器又與主迴路電源相連，主迴路電源和控制迴路電源又分別各自與工控機相連；接觸器安裝在被試品安裝臺上，接觸器分別與電壓電流傳感器、驅動電路、主迴路電源、負載相連，被試品安裝臺主要集成所有電源輸出及負載的輸入接口，同時內部集成各種相應傳感器；工控機通過總線向主迴路電源、控制迴路電源和負載發送設置指令，自動完成電壓、電流的設置和負載阻抗的條件，以滿足接觸器電壽命測試所需，負載根據具體測試項目的需求和工控機發送的控制指令來自動調整主迴路的電阻和電感值，得到不同的負載功率和功率因數、時間常數；工控機傳遞吸合或者釋放的指令信號給驅動電路，控制迴路電源通過驅動電路給接觸器線圈供電，驅動電路將工控機輸出的高低電平數字量轉化為線圈的開關量，來控制接觸器的吸合和釋放；電壓電流傳感器採集主迴路電源電壓以及接觸器主觸點間的電壓電流值傳遞給工控機，工控機將回傳的測試數據進行分析和處理，最終將試驗結果顯示和保存。

所述的負載為手動與智能兩種方式，其中交流負載的智能方式有兩種， 一種是直接通過設置電壓、電流和功率因數來選擇電感和電阻值，第二種是通過設置電壓、電阻和電感來計算功率因數；手動方式是根據測試需要計算出加載的電流值，根據需要加載的電流和功率因數計算出相應的阻抗和感抗值，然後選擇相應的電阻值。

本發明還提供了一種小容量接觸器電壽命測試方法，其特徵在於包括下列步驟：

1、設置主迴路與控制迴路測試所需要的所有參數，啟動負載、主迴路電源、控制迴路電源；

2、閉合主迴路電源與控制迴路電源與對應的接觸器開關，檢測線路對接觸器的所有觸頭進行檢測,採用多種判定冗餘的方式，主要判據為：（1）當觸頭接觸時觸點的接觸電壓降是否超過觸頭迴路電源電壓的5％；（2）觸頭分斷時觸點間的電壓是否低於觸頭迴路電源電壓的90％；（3）觸頭接觸時檢測主觸點兩端的電壓和電流計算其接觸電阻，接觸電阻是否大於接觸電阻超限設置；4）觸頭分斷時觸點兩端的電流是否大於0.5mA。當對接觸器的觸頭進行檢測時發生以上任一情況為「是」時，即認為該接觸器發生故障，重複進行檢測，當達到「預期故障次數」，斷開接觸器，記錄當前循環次數，記錄數據，完成測試，生成報告。

本發明與現有技術相比有以下幾個主要的有益效果：

1.本發明所應用的小容量接觸器電壽命測試系統的測試判定方法採用多種判定冗餘的判定方法。冗餘判定的方法對電壽命的測試準確，提高了測試的準確率。

2. 本發明所應用的小容量接觸器電壽命測試系統由工控機控制，可以按照試驗人員的預先設置自動執行試驗流程，中途無需人工幹擾。工控機具有良好的人機操作界面，可自動控制接觸器觸點的通斷時間和通斷次數，也可通過工控機直接向電源系統和負載發送設置指令，可自動、準確的完成交直流接觸器的電壽命測試。

附圖說明

圖1為本發明試驗系統框架圖；

圖2為本發明試驗測試流程圖。

具體實施方式

參照圖1，本發明包括控制迴路電源、主迴路電源、工控機、驅動電路、負載、電壓電流傳感器。接觸器安裝在被試品安裝臺上，並且測試系統中的電壓傳感器與電流傳感器的接線柱安裝在被試品安裝臺內部的背板上，每次試驗可根據試驗項目需要將信號線連接到指定接線柱。被試品安裝臺主要集成所有電源輸出及負載的輸入接口，同時內部集成電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器等用於系統測試需要。負載有手動與智能兩種方式，負載內部有控制電路，內部具有接觸器與通訊裝置；工控制機分別與電壓電流傳感器、驅動電路、主迴路電源、控制迴路電源、負載相連。電壓電流傳感器與接觸器、主迴路電源、工控機相連。驅動電路與接觸器、工控機及控制電路電源相連。接觸器與電壓電流傳感器、驅動電路、主迴路電源、負載相連。 主迴路電源與接觸器的主觸點以及負載相連形成測試的主迴路。工控機通過總線向主電源、控制迴路電源和負載發送設置指令，自動完成電壓、電流的設置和負載阻抗的條件，以滿足接觸器電壽命測試所需，負載根據具體測試項目的需求和工控機發送的控制指令來自動調整主迴路的電阻和電感值，得到不同的負載功率和功率因數、時間常數。工控機將吸合或者釋放的指令信號傳遞給驅動電路，控制迴路電源得到工控機發送的指令通過驅動電路給接觸器線圈供電，驅動電路將工控機輸出的高低電平數字量，轉化為線圈的開關量，也就是高電平開通，低電平關斷，來控制接觸器的吸合和釋放。電壓電流傳感器採集主迴路電源電壓以及接觸器主觸點間的電壓電流值並傳遞給工控機，工業控制計算機將遠端的測試數據回傳，在此基礎上進行分析好處理，最終將試驗結果顯示和保存。接觸器電壽命測試過程中可以暫停試驗或退出試驗，當達到設定的試驗循環次數滿足 「預期壽命裝置」或故障次數滿足「預期故障次數」，試驗停止，工控機斷開接觸器並停止累計次數，該數值即為電壽命。如果電壽命測試耗時較長，會出現測試到一半有臨時進行其他性能測試的需求，此時可暫停試驗，等完成臨時性能測試後，繼續壽命測試，測試數據可以延續。

本發明所應用於小容量接觸器電壽命測試系統中的負載的選擇方式有手動與智能兩種方式，可根據具體測試項目的需求對工控機發送的控制指令來自動調整主迴路的電阻和電感值，得到不同的負載功率和功率因數、時間常數。相比傳統測試使用的負載線性度好，時間控制精度高，大大提高了工作效率，可以節省操作時間並可以滿足循環計數要求。其中智能負載是通過PC軟體進行操作，阻抗的電阻，電感採用接觸器等自動切換，電阻之間用接觸器代替空開。智能有兩種方式，對於交流負載來說，第一種是直接設置電壓電流和功率因數進行測試，不需要計算。第二種是設置電壓電阻和電感，求功率因數。其中第二種方式是針對線路長，系統中電阻較多會導致測量結果偏差大時所應用的，需要計算出功率因數，選擇好系統會自動分配電流進行加載，並且負載的參數計算非常準確且快捷方便。

本發明所應用的小容量接觸器電壽命測試系統中主迴路電源的操作為人機界面，顯示全面，操作簡單，採用觸控屏進行交互，具有良好的人機界面，能直觀的監控設備的運行情況和故障報警情況，可查看電源的各個參數，故障記錄等，支持遠程監控。

參照圖2，在工控機控制下進行接觸器壽命試驗，其試驗運行過程如下：

1.設置主迴路電壓、電流指令，即「主迴路的電壓、電流設置」；

2.設置控制線圈電源的電壓、電流，即「控制迴路電壓、電流設置」；

3.配置負載參數，主要的試驗參數包括：線圈控制電壓、接觸電源過流保護值、迴路電壓、迴路電流、觸點的級數、吸合時間、釋放時間、預期壽命設置、預期故障設置、接觸電阻超限設置；

4.啟動負載，啟動主迴路電源，啟動控制迴路電源；

5.閉合主迴路電源和控制迴路電源對應的接觸器開關，即輸入電源_使能DO和控制電源_使能DO；

6.閉合電壓傳感器開關DO，即電壓檢測_使能DO；

7.閉合控制接觸器線圈的開關S1，即交直流接觸器_控制DO；

8.延時，長度為「吸合時間設置」；

9.檢測線路對接觸器的所有觸頭進行檢測,本測試系統最多可以對9組觸點進行檢測；

10.在接觸器每次循環的「接通」期的40％時間內，檢測觸頭接觸時9組觸點的接觸電壓降；

11.如果觸頭接觸時觸點的接觸電壓降超過觸頭迴路電源電壓的5％，則故障次數加1，執行步驟20；

12.檢測9組觸點兩端的電壓和電流，計算9個接觸電阻；

13.接觸電阻大於「接觸電阻超限設置」，則故障次數加1 ，執行步驟20；

14.斷開接觸器_控制DO；

15.延時，長度為「釋放時間設置」；

16.在接觸器每次循環的「分斷」期的40％時間內，檢測觸頭分斷時9組觸點間的電壓；

17.如果觸頭分斷時觸點間的電壓低於觸頭迴路電源電壓的90％，則故障次數加 1 ,執行步驟20；

18.檢測9組觸點兩端的電流；

19.如果電流大於0.5mA，則故障次數加1；

20.重複步驟7-19，直到循環次數滿足「預期壽命設置」或故障次數滿足「預期故障次數」；

21.斷開電壓檢測_使能DO；

22.記錄當前循環次數。記錄數據；

完成測試，生成報告。