李军
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摘要：在低压开关设备和控制设备范畴，机电式控制电路电器起着信号、控制、连锁等功能，保证控制系统的稳定、可靠运行。本文以接触器辅助触头为研究对象，设计了基于计算机控制的试验装置，实现了交直流通用和各试验模式兼容，自动控制试验进程并实时监测和显示试验电压电流，提高了触头接通分断状态判断的精度和接触器辅助触头试验的自动化水平。
关键词：电器触点系统；控制电路电器；试验技术
电器触点系统的质量好坏和功能强弱是体现电器系统稳定性、可靠性优劣的重要标志。触点的分断、吸合过程及其控制是一种机械、化学、热学、动力学及电磁学等并存的过程。触点系统及与其相连的电磁机构运动的非线性, 电场与磁场的分布性和铁心磁电参数的非线性, 以及触点系统、铁心的运动与电磁机构中电磁场变化之间的相互影响, 使得只有研究触点系统的动态特性, 才能真实地反映触点系统及其相关的电磁机构的实际工作情况，近年来由于机电式控制电路电器发生故障，将危及整个控制系统的安全运行。
一、使用类别及试验模式划分
1、使用类别。正常条件下和非正常条件下的接通与分断能力是控制电路电器型式试验的重要项目，是产品必须满足的性能指标；为了研究产品的寿命水平或来自用户的质量需求，还需进行机械耐久性和电气耐久性的验证试验。根据控制对象的不同，国家标准规定了几种机电式控制电路电器的使用类别。接通和分断能力指能在产品标准规定的条件下接通和分断正常负载电流和过载电流而不发生故障的能力。两种条件下对应于不同使用类别的接通电流和分断电流有的相同有的不同，如正常条件下对应于不同使用类别下的接通分断电流如表所示。
其中，6×P是经验值，代表大多数直流电磁铁负载的上限为P=50 W，即6×P=300 ms 的经验关系中求得，对于功率消耗大于50 W的负载，可假定由较小负载并联组成，因此，300 ms 可作为上限值；T0.95为达到95%稳态电流的时间，ms。电气耐久性是指在规定的正常条件下，不需要维修或更换零件而能承受的负载操作循环次数，GB14048.5 规定电气耐久性试验中应有90%及以上的被试电器达到或超过该操作循环次数。每个操作循环应包括1 次试验电流的接通和1 次试验电流的分断，操作循环的通电时间应不小于操作循环周期的10%，也不大于周期的50%。
作为接通和分断能力的一种特殊情况，交流电气耐久性试验时，按正常条件下使用类别为AC-15 的接通分断能力试验进行，但接通时功率因数应为0.7，分断时功率因数应为0.4；直流电气耐久性试验时，按正常条件下使用类别为DC-13的接通分断能力试验进行。
2、试验模式分类。根据控制对象、验证性能指标不同，考核控制电路电器的试验被分为若干个使用类别，且对于电气耐久性试验，虽然参考其中某些使用 类别但试验条件不完全相同。通过归纳可将以上所有试验情况分为以下几种试验模式：恒载试验。试品接通和分断负载电流，接通和分断的负载电流相同，如AC-12，DC-12；变载试验。试品接通和分断负载电流，接通和分断的负载电流不同，如AC-13，DC-14；无载试验。试品只进行机械的闭合和断开，无需加载电压和电流，如机械耐久性试验。
二、接触器辅助触头试验技术
1、试验主回路设计。考核控制电路电器接通和分断能力的试验类别较多，且有的接通和分断条件不同，这对试验装置的自动化水平提出了更高的要求。为了兼顾电源类型、恒载接通分断及变载接通分断，并同时考虑提高试验效率，以接触器辅助触头为研究对象，接触器辅助触头接通分断能力试验装置主回路。
图中，QF1和QF2分别为交、直流主电路电源断路器，KM1，KM2 和KM3，KM4 分别为回路1和回路2 的电源选择接触器，KM5，KM6和KM7，KM8分别为回路1 和回路2 的负载选择接触器。可分别提供AC 或DC 额定电压或1.1 倍额定电压，满足了正常条件下和非正常条件下进行接通和分断能力试验的电源要求。以回路1 为例，恒载试验时，可指定负载1 或负载2；变载试验时，可选择负载1 或负载2 作为接通负载而另一个作为分断负载，通过控制KM5或KM6不同的动作时序，可实现不同的试验模式。工位1 和工位2 可同时对分别与2 台接触器同时动作的2 个辅助触头试品进行试验，也可同时对与一台接触器同时动作的2 个辅助触头试品进行试验，工位1 和工位2 的位置可分别同时并联3 个辅助触头，并分别对其进行试验，这种设计最大化地提高了试验效率。
2、动作时序。通过控制电源选择接触器和负载选择接触器，可实现恒载、变载及无载3 种试验模式。工位1 和工位2 可分别或同时进行恒载、变载试验，也可分别或同时进行无载试验，这里重点对恒载和变载的试验动作时序进行分析。
由于2 个工位上的辅助触头可能由同一台接触器控制，也可能分别由各自的接触器控制，所以这2 种条件下的动作时序是不同的。对于工位1 和工位2，有“两恒载”、“两变载”及“一恒载一变载”3 种动作时序，再基于以上考虑，共有6 种动作时序。这里重点分析较为复杂的2 种动作时序：两工位上辅助触头由各自的接触器控制、一恒载一变载，记为时序1；两工位上辅助触头由同一接触器控制、一恒载一变载，记为时序2，见图。
动作时序图中曲线低表示接触器释放状态、曲线高表示吸合状态，斜线表示吸合或释放的过程。时序1 中，工位1 完成承载电流（t4）后即可将工位1 接触器释放来分断负载；通过KM7 和KM8 的负载转换，实现工位2 接通和分断的负载电流不同。时序2 中，由于两工位由同一台接触器控制，工位1 需在工位2 完成承载分断电流后和工位 2 同时释放。根据接触器的实际吸合释放时间和标准要求的接通时间，通过设置各阶段的时间参数，可完成整个试验进程的自动控制。对于时序2，正常条件或非正常条件下接通与分断能力试验时，由于标准只规定了通电时间下限值，所以工位1 通电时间亦满足要求；电气耐久性试验时，通过合理设定各阶段时间参数，也可保证工位1 通电时间不大于操作循环周期的50%。时序2使用1 台接触器控制2个辅助触头，减少了接触器用量，提高了试验效率。
3、基于计算机控制的采集系统。试验系统对接触器辅助触头回路施加DC 24 V电压，可通过采集触头压降并于门限值比较来判断触头的接触状态，但并未采集触头回路电流，不能准确反映触头接通和分断中的动态过程。为了提高触头接通分断状态监测的精度，设计了基于计算机控制的采集系统，并选用研华高速数据采集卡PCL-818HG进行数据采集。本采集系统采用中断传输方式的多通道模拟量AD采样，单通道采样频率为2 kHz。记试验电压为U0、试验电流为I0，接通时，若u≥10%U0或I≤90%I0，则记为接通故障；分断时，若u≤90%U0或I≥10%I0，则记为分断故障。10%或90%为保护限，用户可自定义。试验装置可显示电压电流波形，通过波形分析，可精确得出接通和分断时间、燃弧时间等触头特征参数。
结论
1）总结分析了考核控制电路电器接通和分断能力的各种试验类别及试验条件，将各试验类别归纳为恒载、变载和无载3种试验模式；
2）以接触器辅助触头为研究对象设计了试验装置，可满足交直流通用、各试验模式兼容的要求，并重点分析了两工位2 台接触器控制和两工位1 台接触器控制下的一恒载一变载试验动作时序；
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论文作者:李军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/15
标签：接触器论文; 负载论文; 时序论文; 电流论文; 工位论文; 触头论文; 条件下论文; 《防护工程》2018年第14期论文;