新型交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)研究_圖文

1、第 14卷 第 14期 2014年 5月 1671 1815(2014 14-0216-04科 學(xué) 技 術(shù) 與 工 程Science Technology and EngineeringVol. 14No. 14May 2014 2014Sci. Tech. Engrg.機(jī)電技術(shù)新型交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)研究李俊峰1, 2鄭新芳2蘇秀蘋1*李勝利1喬 愉1(河北工業(yè)大學(xué)電磁場與電器可靠性省部共建重點實驗室 1, 天津 300130; 邯鄲學(xué)院 2, 邯鄲 056005摘要介紹了基于虛擬儀器技術(shù)的交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)的軟 、 硬件結(jié)構(gòu) , 功能 、 特點以及測試效果 。 該系統(tǒng)采用激光

2、位移傳感器來獲得鐵芯和動觸頭支架位移 ,應(yīng)用壓電薄膜壓力傳感器進(jìn)行觸頭接觸壓力的動態(tài)測試 。 該測試系統(tǒng)不但 能對交流接觸器進(jìn)行全面的動態(tài)特性測試 ,系統(tǒng)還增加了觸頭接觸壓力動態(tài)測試功能 , 以往的交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng) 是沒有這個功能的 。 應(yīng)用該測試系統(tǒng)在實驗室對 CJ20 25型交流接觸器進(jìn)行了全面的動態(tài)特性測試 , 并獲得大量數(shù)據(jù)用于 深入分析 。 結(jié)果表明 , 該測試方法能夠清晰 、 準(zhǔn)確地獲得交流接觸器各項的動態(tài)信號 , 為進(jìn)一步完善電器現(xiàn)代設(shè)計理論與應(yīng) 用奠定了一定的基礎(chǔ) 。 關(guān)鍵詞交流接觸器 動態(tài)特性 虛擬儀器壓電薄膜觸頭接觸壓力中圖法分類號 TM712; 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

3、2013年 11月 1日收到 , 12月 13日修改國家自然科學(xué)基金資助項目 (50577015 、 浙江省低壓電氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián) 盟分項目 (2010LM104-07 、 邯鄲市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計 劃項目 (1321102122 、 邯鄲學(xué)院 2013年度自然科學(xué)資助項 目 (13212 資助第一作者簡介 :李俊峰 (1974 , 男 , 漢族 , 河北邯鄲人 , 講師 , 博士 研究生 。 研 究 方 向 :電 器 現(xiàn) 代 設(shè) 計 與 測 試 。 E-mail :lijunfeng1029163. com 。*通信作者簡介 :蘇秀蘋 (1966 , 女 , 天津人 , 教授 , 博士

4、研究生導(dǎo)師 。研究方向 :電器現(xiàn)代設(shè)計與測試 。 E-方法 ,還必須實時測試出其動態(tài)特性參數(shù) , 以便對優(yōu) 化設(shè)計數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗證 ,完善動態(tài)優(yōu)化設(shè)計技術(shù) , 并為后續(xù)的設(shè)計開發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 1。近幾年來 , 國內(nèi) 、 外交流接觸器動態(tài)過程的測試技術(shù)與手段發(fā)展迅速 。 波蘭烏克茲大學(xué) 、蘇州西門 子電器有限公司 、 西安交通大學(xué)和福州大學(xué)等單位 都設(shè)計了各具特點的交流接觸器動態(tài)特性測試裝 置 , 可 實 現(xiàn) 對 交 直 流 接 觸 器 靜 、 動 態(tài) 特 性 的 綜 合測量2 8。 目前最新技術(shù)是福州大學(xué)的鮑光海 、 張培銘等 人的基于高速攝像機(jī)的電磁電器動態(tài)測試裝置 , 通 過拍攝智能交流接

5、觸器的動態(tài)過程 , 從拍攝的圖像信息中提取位移信息 , 實現(xiàn)了非接觸式測量9, 10。 但是該測試裝置得到的位移信號為圖像信息 , 必須 進(jìn)行復(fù)雜的后期數(shù)據(jù)分析與處理工作 , 不能實時測量 ,而且所用的高速攝影機(jī)較貴 , 導(dǎo)致研發(fā)成本高 。 本文提出的新型測試系統(tǒng)不但能對交流接觸器進(jìn)行全面的動態(tài)特性測試 , 系統(tǒng)還增加了觸頭接觸壓力 動態(tài)測試功能 , 以往的交流接觸器動態(tài)特性測試系 統(tǒng)是沒有這個功能的 。1新型交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng) 總體構(gòu)成1. 1交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)的硬件組成 系統(tǒng)硬件部分由一臺工控機(jī)以及高速數(shù)據(jù)采集 卡 、 選相合分閘控制單元 、 壓電薄膜 (PVDF 觸頭接

6、觸壓力傳感器 、 激光位移傳感器和電壓 、 電流測試單元等信號測量模塊及電源組成 ,原理框圖如圖 1所示。圖 1交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)原理框圖Fig. 1Principle diagram of the testing system工控機(jī)的作用為邏輯控制 、 顯示和數(shù)據(jù)存儲 。工控機(jī)分別與高速數(shù)據(jù)采集卡和選相合分閘控制單 元連接 , 選相合分閘控制單元與接觸器試品相連 , 用 來控制鐵芯在規(guī)定的相角閉合 。 工控機(jī)采用研華公 司的 610H 型工控機(jī) ; 高速數(shù)據(jù)采集卡采用研華公司的 PCI 1712L 型數(shù)據(jù)采集卡 , 其作用是數(shù)據(jù)采集 并作為工控機(jī)與信號測量模塊的接口電路 ; 觸頭接

7、觸壓力傳感器是我們自行研制的 PVDF 觸頭接觸壓 力傳感器 , 用來測量不同合閘相角時觸頭閉合時間 的長短 、 觸頭一次 、 二次彈跳幅度的大小 , 以及總體 吸合過程的平穩(wěn)程度 , 傳感器的敏感元件采用的是 遼寧錦州科信有限公司的壓電薄膜 , 直徑僅為 5 mm , 厚度為 8m ; 激光位移傳感器用來測量鐵芯位 移 , 選用的是振聯(lián)科技公司的 LTS 050 20型激光 位移傳感器 ; 為了反映觸頭打開 、 閉合的狀態(tài) , 將三 組主觸頭兩端分別與直流電源連接 , 作為測試時觸 頭開合的狀態(tài)信號 。 信號測量模塊的輸入輸出端分 別與接觸器試品和高速數(shù)據(jù)采集卡相連 ; 電源給各 個模塊供電

8、 。1. 2交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)的軟件部分 軟件部分由試驗參數(shù)設(shè)置與修改模塊 、 文件處 理模塊 、 試驗調(diào)試模塊以及試驗運行模塊等組成 。 測試系統(tǒng)操作程序流程如圖 2所示 。 軟件部分的主 要功能是控制數(shù)據(jù)的采集 、 保存 、 和在人機(jī)界面上顯 示 、 回放信號波形 。 整個數(shù)據(jù)處理部分包括數(shù)據(jù)采 集 , 數(shù)據(jù)保存 , 數(shù)據(jù)回放三個部分 。圖 2交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)操作程序流程圖 Fig. 2Operating procedure flow chart ofthe testing system 2交流接觸器動態(tài)特性測試實驗與分析該文在河北工業(yè)大學(xué)電器研究所以 CJ20 25交流

9、接觸器為樣品進(jìn)行了動態(tài)測試 , 該交流接觸器 為雙斷點橋式觸頭 , 故測量觸頭接觸壓力時需在其 兩個靜觸頭上均粘貼接觸壓力傳感器 。 測試時室內(nèi) 溫度為 17 , 濕度為 21%, 連續(xù)采集了 20組數(shù)據(jù) , 目的是得到交流接觸器的綜合動態(tài)特性參數(shù) , 以檢 驗該測試裝置的使用性能 。圖 3交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)實測波形圖 Fig. 3Signal waveform graph圖 4觸頭接觸壓力波形圖Fig. 4Waveform of Contact Pressure由波形圖我們可以看出以下初步結(jié)論 : 由圖 3可以看出由該裝置能夠獲得觸頭支架位移 、 速度 、 加速度 、 觸頭接觸壓力

10、、 三相主觸頭的開合信號 、 電 流 、 電壓以及觸頭彈跳次數(shù)等各項動態(tài)信號 , 能夠?qū)?現(xiàn)交流接觸器動態(tài)特性測試的目的 。 圖中的波形從 上到下依次為 :A 相主觸頭開合信號 (其得到方式 是在同一相主觸頭兩個靜觸頭上接通直流回路 , 觸 頭閉合時 , 回路導(dǎo)通 , 由回路的電壓信號可以反映觸 頭的開合情況和觸頭彈跳次數(shù) 、 B 相主觸頭開合信 號 、 動觸頭支架位移信號 (該信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可 以得到觸頭支架的速度和加速度信號 、 C 相觸頭接 觸壓力信號 、 C 相主觸頭開合信號 (由于測量觸頭接 觸壓力時靜觸頭上粘貼了觸頭接觸壓力傳感器 , 其 上下表面是絕緣的 , 因此此相輸出電壓為

11、零 、 勵磁 71214期 李俊峰 , 等 :新型交流接觸器動態(tài)特性測試系統(tǒng)研究電壓 和 勵 磁 電 流 信 號 。 圖 4是 合 閘 相 角 約 為 240 時觸頭接觸壓力的動態(tài)變化波形圖 。 其中波形 F1和波形 F2分別是同一觸橋上 、 下 (交流接觸器的 工作位置是水平安裝的 兩個觸點的壓力變化情 況 。 由波形圖可以看出 , 該曲線可以反映出觸頭一 次彈跳和二次彈跳的接觸壓力的動態(tài)變化過程 , 以 及兩次彈跳中的每次顫振 , 主要原因是其支撐力是 由彈簧提供的 。 由圖 4還可以很容易地觀察到同一 觸頭上下兩個觸點的的不同步性 , 這主要是由于交 流接觸器的工作位置是水平安裝的 ,

12、所以上下兩個 觸點的閉合情況是有很大不同的 。 三 、 該裝置使用 方便 , 操作簡單 , 人機(jī)界面清晰 , 可以完成交流接觸 器的綜合動態(tài)特性的測試任務(wù) 。3結(jié)論從實驗所得信號波形圖可以看出 , 該裝置能夠 獲得鐵心位移 、 觸頭接觸壓力 、 電流以及電壓等各項 的動態(tài)信號 。 特別是觸頭接觸壓力信號 , 是用該測 試系統(tǒng)在該領(lǐng)域內(nèi)首次實現(xiàn)動態(tài)測試 , 該方法不僅 能完善電流法觀察觸頭彈跳時的信息完整度 , 而且 還能給出橋式觸頭兩個動觸頭不同步性 , 為進(jìn)一步 完善電器現(xiàn)代設(shè)計理論與應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ) 。 其他的 特 色 和 功 能 我 們 將 在 今 后 的 研 究 中 逐 步 完善

13、。參 考 文 獻(xiàn)1林蘇斌 , 繆希仁 , 張麗萍 . 接觸器動態(tài)參數(shù)測試及性能評估裝置 電氣應(yīng)用 , 2007; 26(3 :86 90Lin Subin , Miao Xiren , Zhang Liping. Contactor Dynamic parameter testing and characteristic evaluation device. Electrotechnical Applica-tion , 2007; 26(3 :86 902謝延興 , 陳德為 , 王水發(fā) . 基于 Labview 的交流接觸器動態(tài)過程 測試技術(shù) . 電氣開關(guān) , 2011; 49(4 :38

14、41Xie Yanxing , Chen Dewei , Wang Shuifa. Dynamic process testing de-vice of AC up-and-down contactor based on labview. Electric Switch-gear , 2011; 26(4 :38 41 3Tarczynski W , Hejman T , Smugal D. Computer-controlled testing system for investigating the dynamic characteristics of contactors with A.

15、 C. electromagnet drives. Measurement , 2003; (33 :313 323 4陳德為 , 張培銘 . 轉(zhuǎn)動式交流接觸器動態(tài)過程分析與控制 . 福州 大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 , 2008; 36(1 :95 99Chen Dewei , Zhang Peiming. Dynamic process analysis and control of AC rotational contactor. Journal of Fuzhou University (Natural Science Edition , 2008; 36(1 :95 995陳德為 , 張

16、培銘 . 光機(jī)電轉(zhuǎn)動式電器動態(tài)特性測試裝置的研究 . 電工電能新技術(shù) , 2007; 26(2 :65 68Chen Dewei , Zhang Peiming. Development of a dynamic characteris-tic testing device of rotational electrical apparatus with opto-electro-mechanical technology. Advanced Technology of Electrical Engineer-ing and Energy , 2007; 26(2 :65 686王樹正 , 葛敬

17、元 . 基于 LabVIEW 的交流接觸器基本特性測試臺 開發(fā)應(yīng)用與測試 . 低壓電器 , 2010; (15 :59 62Wang Shuzheng , Ge Jingyuan. Development of test bench for basic characteristics of AC contactor based on LabVIEW. Low Voltage Ap-paratus , 2010; (15 :59 627孫麗瓊 , 耿英三 , 李愛軍 , 等 . 交直流接觸器特性自動測試系統(tǒng)的 開發(fā) . 低壓電器 , 2008; (19 :48 50Sun Liqiong , G

18、eng Yingsan , Laijun , et alDevelopment of automatic characteristics testing system for AC /DCcontactor. Low Voltage Ap-paratus , 2008; (19 :48 508鮑光海 , 張培銘 . 基于高速攝像機(jī)的電磁電器動態(tài)特性測試及其 圖像處 理 的 研 究 . 南 昌 大 學(xué) 學(xué) 報 (工 科 版 , 2009; 31(4 : 376 380Bao Guanghai , Zhang Peiming. The research of dynamic characteris

19、tics testing device for electromagnetic apparatus based on high speed cam-era and image processing. Journal of Nanchang University (Engineer-ing Technology , 2009; 31(4 :376 3809陳德為 , 張培銘 . 基于高速攝像機(jī)的智能交流接觸器動態(tài)測試與 分析技術(shù) . 儀器儀表學(xué)報 , 2010; 31(4 :879 884Chen Dewei , Zhang Peiming. High-speed camera-based in

20、telligent AC contactor dynamic testing and analysis techniques. Chinese Journal of Scientific Instrument , 2010; 31(4 :879 88410陳德為 , 張培銘 . 采用高速攝像機(jī)的智能交流接觸器控制及其 測試裝置的研制 . 電工電能新技術(shù) , 2009; 28(3 :58 61 Chen Dewei , Zhang Peiming. Control and testing device for intelli-gent AC contactor using high-speed

21、camera. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy , 2009; 28(3 :58 61812科 學(xué) 技 術(shù) 與 工 程 14卷Prevue on New Type AC Contactor Dynamic Characteristics Testing SystemLI Jun-feng 1, 2, ZHENG Xin-fang 2, SU Xiu-ping 1, LI Sheng-li 1, QIAO Yu 1(Province-Ministry Joint Key Laboratory of Electrom

22、agnetic Field and Electrical Apparatus eliability, Hebei University of Technology 1, Tianjin 300130, PChina ; Handan College 2, Handan 056005, PChina Abstract The basic software and hardware structures , function and features of an AC contactor dynamic char-acteristics testing system. This system us

23、es a laser displacement sensor to measure the core displacement were intro-duced PVDF contact pressure sensors was used to measure the dynamic contacts contact pressure. This system cannot only test the AC contactor dynamic characteristics like the core displacement ,contact bounce , excitation volt

24、age and exciting current signal , but the dynamic contacts contact pressure. Previous AC contactor dynamic characteris-tics test system does not has this function. Using this ststem , a distinct dynamic behavior of contact pressure was got from a dynamic testing of contact pressure on CJ20 25. The d

25、ynamic signal of core displacement , contacts contact pressure , coil excitation voltage and exciting current and contact bounce can be obtained with the system , which lays a foundation to further perfection of modern design theory and application of electrical equipment. Key words AC contactor dynamic characteristics PVDF piezoelectric film contacts contact pres-檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸 sure(上接第 215頁 esearchon Heat Dissipation of LED DevicesBased