一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置以及方法
2023-06-14 23:18:16 1
專利名稱：一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置以及方法
技術領域：
本發明用於測試熔斷器電流衝擊能力和熔斷特性，具體為一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置以及方法。
背景技術：
在感性和容性的電路中，電路在開機時會產生瞬間的浪湧大電流，熔斷器的熔絲受到浪湧衝擊時會產生熱脹冷縮的機械衝擊效應，極端情況下，連續的多次浪湧衝擊會使熔絲截面產生裂縫，甚至直接衝斷熔絲，使熔斷器失效。本發明提供一種浪湧脈衝發生裝置，模擬熔斷器使用時可能受到的浪湧電流衝擊，測試熔斷器的熔斷可靠性，量化熔斷器熔斷特性參數，使熔斷器使用者對熔斷器特性進一步掌握。為掌握宇航用高可靠熔斷器存在的潛在質量與可靠性問題，根據ECCC GenericSpecification N0.4008和MIL_PRF_23419G以及GJB5850等相關測試方法，對熔斷器性能進行極限評估，採用常規加嚴試驗條件或施加步進式應力的試驗方法，考察高可靠熔斷器的熱應力、電應力等極限情況，摸底其極限能力。為在宇航嚴酷的應用環境下，提供參考依據。在極限評估試驗中，抗浪湧電流衝擊是必不可少的考察對象，因為在熔斷器的應用電路中經常會產生短暫的浪湧電流，由於輸入濾波電容迅速充電，所以該浪湧電流遠遠大於穩態輸入電流，從而使熔絲產生機械疲勞，降低熔斷絲壽命，甚至在有些情況下，它能夠衝斷熔斷絲。浪湧電流往往是多個的、連續的脈衝，會使熔絲產生熱量，改變其熔絲阻值，因此對於宇航應用時，衡量熔斷器是否能承受一定量的電流衝擊是相當重要的。在極限評估試驗中，熔斷器安秒特性(熔斷器的動作是靠熔體的熔斷來實現的，當電流較大時，熔體熔斷所需的時間就較短。而電流較小時，熔體熔斷所需用的時間就較長，甚至不會熔斷。因此對熔體來說，其動作電流和動作時間特性即熔斷器的安秒特性，為反時限特性)也是需特別關注的特性。因為熔斷器的熔斷特性主要考慮保護功能，希望其在電路出現故障過流時能夠及時可靠切斷電流。這就要求熔斷器的熔斷速度快一些；而熔化熱能值主要考慮承載功能，希望熔斷器在電路開關瞬間出現非故障脈衝電流時能夠承受，這就要求熔斷器的反應速度適當慢一些；因此需對熔斷器的熔斷時間進行極限考核，從而對在不同電流條件下，熔斷時間有所掌握，指導設計師選用。因此，針對宇航用熔斷器開展抗浪湧電流極限能力的測試，使用浪湧脈衝電流對熔斷器進行電衝擊。通過測量熔斷器阻值變化率、電壓降等參數，評估熔斷器的抗浪湧電流能力。還需要針對宇航用熔斷器開展不同電流條件下熔斷器熔斷時間的測試，從而得出安秒曲線。熔斷器按照常規要求，不必進行脈衝電流性能測試。但對於航天用熔斷器，由於高可靠性的要求，其抗浪湧電流衝擊能力測試是很有必要的。因為在感性和容性的電路中，電路在開機時會產生瞬間的浪湧大電流，熔斷器的熔絲受到浪湧衝擊時會產生熱脹冷縮的機械衝擊效應，極端情況下，連續的多次浪湧衝擊會使熔絲截面產生裂縫，甚至直接衝斷熔絲，使熔斷器失效。
電路的浪湧電流波形是多樣的，有可能是正弦波、三角波、鋸齒波…，其能量是可以等效計算。常用的試驗電路，可以採用『555』等電路搭建脈衝發生電路，圖2所示，因為受制於電源，其脈衝電流值不會太高，太高的話，易產生過衝。同時脈衝調製電路的脈衝佔空比設置不能輕易改變。目前普遍使用熔斷器熔斷特性測試儀有2種。一種是用恆流源搭建的測試臺，圖3所示，這種測試電路中的直流電源是市售的恆流電源，輸出過載電流，在通過計時器(通常採用頻率計)來同步記錄熔斷器的熔斷時間。這種測試裝置實際使用有很受大的限制。主要缺點有:(1)輸出中存在開關脈衝電流，電源使用的恆流電源是把市電通過整流、濾波、穩流來得到恆定的直流電流，其中必定存在著峰值電流相當大的開關脈衝電流，這種開關電流可以達到正常輸出電流的好幾倍，雖然時間只有幾十或幾百微秒，但足夠可以對熔斷器產生額外的衝擊，甚至會直接衝斷熔芯。航天用熔斷器屬於超快速反應的熔斷器，其在600%熔斷時的熔斷時間只有幾百微秒，所以用這種測試裝置無法真實測量熔斷器的熔斷時間；(2)輸出功率小，太空飛行器用熔斷器的測試條件與民用熔斷器的測試條件有所差異。太空飛行器用熔斷器的熔斷時間測試需要測試電路的開路電壓大於等於熔斷器的額定電壓，一般要大於等於125vdc。同時熔斷器的最大規格可達有15A，如果要進行61.(宇航極限考察要求)的熔斷時間測試，測試電流要達到90A，這種大功率電源直流輸出質量差，不能滿足測試要求。所以通常這類測試裝置只能適合對開路電壓沒要求、且測試熔斷點低的測試，如250%的低過載的測試。另一類測試儀使用了微處理器來避免加載過載的過衝，但這種加載的過載電流的建立時間過長。從圖5中看出過載電流的建立時間到達了 2ms，顯然不適合600%熔斷時間只為幾百毫秒的測試。
發明內容
本發明 的目的在於解決現有技術中的上述不足，提供了一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置。為了實現上述目的，本發明的技術方案為:一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，包括被測熔斷器、監控部分、限流電阻、電子負載、電源，其特徵在於:監控部分包括監控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測熔斷器、限流電阻、電子負載、電源依次串聯構成閉環，所述監控示波器並聯在取樣電阻兩端，所述電源為並聯的蓄電池組，所述電子負載用來產生周期性的浪湧脈衝，在所述取樣電阻處產生相應的電流脈衝時，通過所述監控示波器監控所述被測熔斷器電阻變化和熔斷時間。一種使用上述裝置測量抗浪湧電流衝擊能力的方法，其特徵在於包括如下步驟: 步驟1:用四線法測量被測熔斷器內阻；
步驟2:被測熔斷器上施加周期性的浪湧脈衝，浪湧脈衝的電流脈衝峰值在被測熔斷器的額定電流的2-6倍；
步驟3:對被測熔斷器施加一定次數的浪湧脈衝，通過監控示波器監視被測熔斷器的狀態，如果被測熔斷器未失效，使用四線法測量被測熔斷器內阻的變化，並與試驗前內阻值進行比較，計算得出熔斷器阻值變化率；
步驟4:在未失效的被測熔斷器上分別施加2.1,2.5和6倍於被測熔斷器的額定電流的恆定電流，記錄熔斷時間；
步驟5:根據熔斷器阻值變化率以及熔斷時間判斷其抗浪湧電流衝擊的能力，為熔斷器的選用提供數據依據。本發明與現有技術相比，有益效果如下:
(1)產品測試電流加載無過衝，工作穩定可靠，電源使用蓄電池組，輸出直流純正且電流無過衝，特別適合航天用熔斷器的熔斷測試；
(2)測試電流可任意設置，輸出電流大，電路中的電流大小使用電子負載來調節，精度高，且輸出電流可高達100A，滿足了測試電流範圍的要求；
(3)電路開路電壓可輕易設置，因為是電池組供電，所以只需增加電池組的組數就可達到所需的測試電壓，如要125Vdc的測試電壓，串聯11節12V的電池組即可；
(4)時間測量精確，對於毫秒和微秒級的熔斷時間，最有效的測量手段是採用示波器來記錄。示波器不但反應快、計時準確，而且能反應熔斷器熔斷時的全過程，特別是能反應出熔斷器熔斷時可能產生的拉弧現象。
圖1為本發明的電路原理 圖2為現有技術中555電路搭建脈衝發生電路原理 圖3為現有技術中橫流源搭建的測試臺電路原理 圖4為本發明示波器監控到的試驗輸出波形 圖5為現有技術中微處理器來避免加載過載的過衝波形 圖6為本發明示波器記錄到的熔斷時間波形。其中，在圖1-3中，1:監視示波器；2:取樣電阻；3:電路保護熔斷器；4:電池組；5:電子開關；6:電子負載；7:限流電阻；8:被測熔斷器；9:恆流電源；10:555振蕩器；11:計時器。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。本發明的實施例參考圖1、4、6所示。圖1所示，一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，包括被測熔斷器、監控部分、限流電阻、電子負載、電源，其特徵在於:監控部分包括監控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測熔斷器、限流電阻、電子負載、電源依次串聯構成閉環，所述監控示波器並聯在取樣電阻兩端，所述電源為並聯的蓄電池組，所述電子負載用來產生周期性的浪湧脈衝，在所述取樣電阻處產生相應的電流脈衝時，通過所述監控示波器監控所述被測熔斷器電阻變化和熔斷時間。進一步的說，還包括電子開關和電路保護熔斷器，所述電子開關處於電源與電子負載之間，所述電路保護熔斷器處於電源與取樣電阻之間。進一步的說，所述限流電阻為調節阻值範圍為0 1Ω的滑線變阻器，用來調整電路中的脈衝電流值；
所述取樣電阻的阻值為0.1 Ω ； 所述電子負載為任意波形發生器，輸出周期變化的方波脈衝模擬浪湧脈衝，脈衝峰值電流為被測熔斷器的額定電流的2-6倍，脈衝持續時間為10ms，周期為10s，或者輸出周期變化的正弦波脈衝，脈衝峰值電流為額定電流的2-6倍，周期為10s。使用此裝置進行抗浪湧電流衝擊試驗時，按照輸出的脈衝電流大小，選擇電池組的電壓值及滑線變阻器的電阻器，確保能輸出需要的脈衝電流值。按照具體的試驗要求設置電子負載參數，包括脈衝峰值電流，脈衝寬度，周期，脈衝次數。圖4為示波器監控到的脈衝峰值10A、脈寬200ms、周期10s、上升下降速率為IA/us的試驗輸出波形。使用浪湧脈衝電流對熔斷器進行電衝擊。通過測量熔斷器阻值變化率、熔斷時間等參數，評估熔斷器的抗浪湧電流能力。無論是交流還是直流電路使用的熔斷器，都用加載直流過載電流，使得熔斷器熔芯受熱熔斷的方式來測試熔斷器的熔斷時間，所以熔斷器的直流是否純淨關係到熔斷時間的正確性。且大電流過載時，熔斷時間有可能只有幾百微秒，如果直流中交流成份過多，其影響會十分嚴重。對此，本發明提供了一種使用上述裝置測量抗浪湧電流衝擊能力的方法，其特徵在於包括如下步驟:
步驟1:用四線法測量被測熔斷器內阻；
步驟2:被測熔斷器上施加周期性的浪湧脈衝，浪湧脈衝的電流脈衝峰值在被測熔斷器的額定電流的2-6倍；
進一步的說，所述電流脈衝峰值具體為被測熔斷器的額定電流的3倍；
步驟3:對被測熔斷器施加一定次數的浪湧脈衝，通過監控示波器監視被測熔斷器的狀態，如果被測熔斷器未失效，使用四線法測量被測熔斷器內阻的變化，並與試驗前內阻值進行比較，計算得出熔斷器阻值變化率；
進一步的說，所述浪湧脈衝的施加次數為I萬次或者2萬次，累計測試周期為100000秒或者200000秒，累計脈衝持續時間100000毫秒或200000毫秒；
步驟4:在未失效的被測熔斷器上分別施加2.1,2.5和6倍於被測熔斷器的額定電流的恆定電流，記錄熔斷時間；
步驟5:根據熔斷器阻值變化率以及熔斷時間判斷其抗浪湧電流衝擊的能力，為熔斷器的選用提供數據依據。圖6所示是示波器記錄到的熔斷時間波形。具體試驗條件和結果如下:
1.抗浪湧能力試驗
採用此裝置對國產某熔斷器抗浪湧電流能力進行測試，試驗情況如下:
選取6隻兩種規格熔斷器進行試驗， a使用正弦波脈衝電流對試驗樣品進行衝擊。b採用的試驗脈衝參數如下:
脈衝波形:方波
脈衝峰值電流:3倍額定電流 脈衝持續時間:10ms周期:10s
測試結果如表I所示:
權利要求
1.一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，包括被測熔斷器、監控部分、限流電阻、電子負載、電源，其特徵在於:監控部分包括監控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測熔斷器、限流電阻、電子負載、電源依次串聯構成閉環，所述監控示波器並聯在取樣電阻兩端，所述電源為並聯的蓄電池組，所述電子負載用來產生周期性的浪湧脈衝，在所述取樣電阻處產生相應的電流脈衝時，通過所述監控示波器監控所述被測熔斷器電阻變化和熔斷時間。
2.根據權利要求1所述的一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，其特徵在於:還包括電子開關和電路保護熔斷器，所述電子開關處於電源與電子負載之間，所述電路保護熔斷器處於電源與取樣電阻之間。
3.根據權利要求1所述的一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，其特徵在於:所述限流電阻為調節阻值範圍為0 1 Ω的滑線變阻器，用來調整電路中的脈衝電流值。
4.根據權利要求1所述的一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，其特徵在於:所述取樣電阻的阻值為0.1Ω。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，其特徵在於:所述電子負載為任意波形發生器，輸出周期變化的方波脈衝模擬浪湧脈衝，脈衝峰值電流為被測熔斷器的額定電流的2-6倍，脈衝持續時間為10ms，周期為10s，或者輸出周期變化的正弦波脈衝，脈衝峰值電流為額定電流的2-6倍，周期為10s。
6.一種使用如權利要求1-5所述的裝置測量抗浪湧電流衝擊能力的方法，其特徵在於包括如下步驟: 步驟1:用四線法測量被測熔斷器內阻； 步驟2:被測熔斷器上施加周期性的浪湧脈衝，浪湧脈衝的電流脈衝峰值在被測熔斷器的額定電流的2-6倍； 步驟3:對被測熔斷器施加一定次數的浪湧脈衝，通過監控示波器監視被測熔斷器的狀態，如果被測熔斷器未失效，使用四線法測量被測熔斷器內阻的變化，並與試驗前內阻值進行比較，計算得出熔斷器阻值變化率； 步驟4:在未失效的被測熔斷器上分別施加2.1,2.5和6倍於被測熔斷器的額定電流的恆定電流，記錄熔斷時間； 步驟5:根據熔斷器阻值變化率以及熔斷時間判斷其抗浪湧電流衝擊的能力，為熔斷器的選用提供數據依據。
7.根據權利要求6所述的測量抗浪湧電流衝擊能力的方法，其特徵在於:步驟2中的所述電流脈衝峰值具體為被測熔斷器的額定電流的3倍。
8.根據權利要求6所述的測量抗浪湧電流衝擊能力的方法，其特徵在於:步驟3中的浪湧脈衝的施加次數為I萬次或者2萬次，累計測試周期為100000秒或者200000秒，累計脈衝持續時間100000毫秒或200000毫秒。
全文摘要
本發明用於測試熔斷器電流衝擊能力和熔斷特性，具體為一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置以及方法。本發明的技術方案為一種測試熔斷器抗浪湧電流衝擊能力的裝置，包括被測熔斷器、監控部分、限流電阻、電子負載、電源，其特徵在於監控部分包括監控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測熔斷器、限流電阻、電子負載、電源依次串聯構成閉環，所述監控示波器並聯在取樣電阻兩端，所述電源為並聯的蓄電池組，所述電子負載用來產生周期性的浪湧脈衝，在所述取樣電阻處產生相應的電流脈衝時，通過所述監控示波器監控所述被測熔斷器電阻變化和熔斷時間。
文檔編號G01R31/07GK103163421SQ20131006592
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者蘇妤, 張洪偉, 張磊, 於慶奎, 肖波, 張瑩, 李強 申請人:中國空間技術研究院