CN113406420A - 一种电磁铁动特性检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁铁动特性检测装置，包括恒压源、被检电磁铁、检测电路和记录仪；恒压源向被检电磁铁提供工作电源，输出电流被记录仪采样，被检电磁铁安设在检测工位上，被检电磁铁之动铁芯运动时，遮挡检测电路中光通量，检测电路发出光信号并接受光通量遮挡信号，遮挡信号被记录仪采样，检测电路中的力值传感器被记录仪采样，通过记录内部运算或将采样数值传送给电脑分析，刻画出电磁铁的动特性轨迹，为设计与改进电磁铁参数提供依据，具有检测精度高、实时性好、装置制作成本低廉等优点。

Description

一种电磁铁动特性检测装置

技术领域

本发明涉及低压电器领域，特别是一种电磁铁动特性检测装置。

背景技术

电磁铁，广泛用于电力电子、医疗器材、纺织机械、门锁、航空航天、船舶等行业，是低压或中压电气领域广泛使用的一种机电动作元件。

电磁铁的电流特性，关乎到向电磁铁提供功率的电源要求，电磁铁动铁芯全程运动速度，关乎到终点的冲击性，电磁铁的始动时间，直接关乎到电磁铁本身的灵敏度，在低压或中压电器领域，电磁铁的动态特性关乎到断路器的合闸和到分闸速度与能力，直接影响断路器的整体性能与品质。电磁铁运动速度过快，表明线圈阻抗过小，使用时对电源容量的要求较高，同时在运动到终点位置时对固定端面所生产的冲击力越大，电磁铁自身的震动也越大。相反，若运动速度不足，在断路器分闸时，“拉弧时间”变长，或导致严重火灾事故。

CN206788272U公开了一种电磁铁特性自动测试装置，包括被测位置固定板,被测位置固定板上设有电控移动台、位移传感器夹具和电磁铁夹具，电控移动台上设有力传感器定位板，力传感器定位板上设有力感器，力感器与电磁铁夹具对应设置，所述位移传感器夹具上设有位移传感器，位移传感器与力传感器定位板连接。

CN204330919U公开了一种基于LabVIEW的电磁铁特性测试***，包括测试台架，测试台架上设有导轨，导轨上从左至右分别放置有电磁铁支架、传感器支架与预紧电机支架，电磁铁支架上端安装有待测电磁铁，传感器支架上端平行安装有位移传感器与压力传感器，位移传感器与压力传感器位于电磁铁支架与传感器支架之间，压力传感器位于位移传感器下方，位移传感器一端与待测电磁铁的动力头平行靠近，预紧电机支架上端安装有伺服电机，伺服电机与位移传感器在同一水平线上，伺服电机一端与位移传感器后端靠近，还包括PLC、LabVIEW上位机，PLC与位移传感器、压力传感器与伺服电机电连接，LabVIEW上位机与PLC相连。

如何便利地检测电磁铁的动态特性，平台易于搭建，检测精度很高，且成本低廉，始终是个技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种便利地检测电磁铁的动态特性，平台易于搭建，检测精度很高，且成本低廉的电磁铁动特性检测装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种电磁铁动特性检测装置，包括恒压源、被检电磁铁、检测电路和记录仪；所述恒压源向被检电磁铁提供工作电源，输出电流被记录仪采样，所述被检电磁铁安设在检测工位上，所述被检电磁铁的动铁芯运动时，遮挡检测电路中光通量，所述检测电路发出光信号和接受光通量遮挡信号的范围，覆盖电磁铁动铁芯的运动行程，始动位置或终点位置均遮挡部分光信号，所述光信号被记录仪采样，表征动铁芯所处的位置，检测电路中的力值传感器与记录仪连接。

所述的恒压源是指电压源内阻相比于电磁铁阻抗小1/10以上的直流或交流电压源或者是电压源输出功率大于被检电磁铁功率10倍以上的电压源，测试交流电磁铁，恒压源为交流恒压源，测试直流电磁铁，恒压源为直流恒压源，恒压源输出电压幅值，覆盖电磁铁的工作电压，所述恒压源向电磁铁供电回路的电流被记录仪采样。

所述的检测电路包括均匀光、平行光发生器、均匀光光斑接受器、平行光接收器、用于检测动铁芯推力或拉力的力值传感器，光信号转变为电信号，光信号遮挡多寡与电信号呈单调关系，光信号转电信号接收器和力值传感器被记录仪采样。

所述的记录仪是进行数字量输出与输出、多通道A/D转换、运算功能的智能仪器或个人计算机，包括通讯部件、A/D采集卡、USB接口，具有LCD图形显示功能。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明可以显示的电磁铁电流特性和速度特性，如高速电磁铁速度不够的具体数值，修改其激励线圈匝数，或提高工作电压，或减小动铁芯质量等措施，以达到预定的运动速度，如常规电磁铁的推力，相比设计指标或大或小，通过改变材料、磁路结构等措施，提升性能比，如永磁型电磁铁运动速度或推力超标或不达标时，也可通过改变磁路、永磁体磁强及激励匝数等措施，实现最优化。本发明提供的电流特性图、运动特性图和力值分布图，可清晰地展示“始动时间”、“加速度”和“终点惯量”等电磁铁特性之重要指标，直观明了，可清晰地为修改电磁铁提供数值性指导意义。进一步地，在某些特殊场合，为较少震动，通过提前结束线圈激励电流方法减小电磁铁终端动量，本发明同样提供了直观的图示指导依据。

附图说明

图1是本发明组成模块示意图。

图2是本发明实施例一的电路原理图。

图3是本发明实施例二的电路原理图。

图4是本发明实施例的效果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所示，一种电磁铁动特性检测装置，包括恒压源、被检电磁铁、检测电路和记录仪；恒压源向被检电磁铁提供工作电源，输出电流被记录仪采样，被检电磁铁安设在检测工位上，被检电磁铁之动铁芯运动时，遮挡检测电路中光通量，检测电路发出光信号和接受光通量遮挡信号的范围，覆盖电磁铁动铁芯的工作行程，始动位置遮挡部分光信号，终点位置遮挡大部分但不全部遮挡光信号，光信号被记录仪采样，表征动铁芯所处的位置，检测电路中的力值传感器被记录仪采样，通过记录内部运算或将采样数值传送给电脑分析，刻画出电磁铁的运动特性轨迹和始动电流、工作电流变化情况，为设计与改进电磁铁参数提供依据，具有检测精度高、实时性好、装置制作成本低廉等优点。

所述的恒压源是指电压源内阻相比于电磁铁阻抗小1/10以上的直流或交流电压源或者是电压源输出功率大于被检电磁铁功率10倍以上的电压源，以保证电磁铁实际工作电流不受电压源内阻影响并被记录仪精准采样。测试交流电磁铁，恒压源为交流恒压源，测试直流电磁铁，恒压源为直流恒压源，恒压源输出电压幅值，覆盖电磁铁的工作电压。恒压源向电磁铁供电回路的电流，可被记录仪采样。

所述的被检电磁铁，可以是直流电磁铁，可以是交流电磁铁，可以是常规低速电磁铁，也可以是高速电磁铁，可以是电磁性电磁铁，也可以是永磁型电磁铁，可以是直动型电磁铁，可以是合拍型电磁铁等能够遮挡光路的所有电磁铁。

所述的检测电路包括均匀光、平行光发生器，均匀光光斑接受器，平行光接收器，包括用于检测动铁芯推力或拉力的力值传感器，光信号转变为电信号，光信号遮挡多寡与电信号呈单调关系，光信号转电信号接收器和力值传感器可被记录仪采样。力值传感器既可以是手动设置其工作位置也可以由步进电机等电动机构给定位置。光源可以是白色光、红外光等，检测电路中的光信号接收器元件，是可接收发光器件波长的光电转换元件，光信号转变为电信号之后可被记录仪实时采样，光路形式除均匀光、平行光外，还可以是异性结构的光路，用于检测非直动型电磁铁，当动铁芯向前或向后运动时，遮光量变大或变小，变化大小并不限于线性变换形式，呈单调曲线即可。

所述的记录仪是一种可以进行数字量输出与输出，多通道A/D转换，运算等功能的智能仪器或个人PC，包括具有通讯功能，A/D采集卡，USB接口等功能部件，具有LCD图形显示功能。

记录仪时先校对光路采样信号，确定动铁芯静态位置(始点)、运动终点位置的光通量对应的电信号值，确定运动距离。

记录仪通过一开关，接通恒压源与电磁铁的连接，起动电磁铁开始动作，实时采样其工作电流，直至动铁芯运动到终点，得到电流特性，实时采样运动过程中的光信号变化，得到动铁芯速度特性。根据电磁铁分类，采样速率可设置常规速率(如1MHz/s)、低速速率(100kHz/s)、高速速率(10MHz/s)或输入动铁芯行程之后的全自动速率等工作模式。

记录仪采样光路信号值不再变化时，确认动铁芯已运动到终点位置，将采样到的电流值和光通亮值(即速度值)，以图示的形式现在LCD面板上。

被检电磁铁可固定在一工位上，外壳或静铁芯与检测工位保持相对静止状态。

检测电路中包括可位移的力值传感器，相对动铁芯端面做前后位移，记录仪采样传感器的力值，可标定出动铁芯运动距离与力值的曲线关系图。

图2中，恒压源输出端串联电流表A，电流表本地显示电流值并被记录仪采样，同时接有电压表V，用于直观地显示当前电压值是否符合被检电磁铁额定的工作电压。此电压值可设置成额定电压值(1.0Ue)，电压较高值(1.1Ue)，超压值(1.2Ue)或欠压值(0.7Ue)等，检测在不同电压值情况的电磁铁动铁芯，可组成电磁铁运动的多维状态图，全面显示电磁铁动特性的波动情况。

电流表后端连接一受监控仪控制的开关K1，当K1接通时，电磁铁得电工作，动铁芯开始移动。

动铁芯上方布置有高密度的发光二极管成列S1—SN，与此对应，下方布置有高密度的光敏二极管陈列Q1—QN，陈列左端超越动铁芯起始位置P1，陈列右端覆盖动铁芯终点位置P2，陈列密度间隔1mm，或间隔5mm等，取决于动铁芯移动长度和检测精度之需要，当Q1被遮挡时，Q1输出低电平(或高电平)，余此类推，记录仪扫描Q1—QN高电平，确定动铁芯初始位置。

记录仪令开关K1闭合，按预先设置的采样速率，实时采样电流值和扫描Q1—QN翻转情况并记录在内部数据库中，直至扫描到Q1—QN中光敏二极管持续持续一段时间(如5ms)不再变化时，确认动铁芯移动已结束，电流特性与速度特性数据值，通过图形方式显示在显示器上，或通过USB等接口备份后在异地显示。

可移位的力值传感器，调节与动铁芯端面的相对距离，检测出在这个相对距离上动铁芯的推力(或拉力)，逐步改变相对距离，可获取动铁芯移动全程的推力值，并图形显示。

图3中，采用均质发光板作为发光元件，一枚光敏电阻器作为接受元件，动铁芯处在初始位置时，遮挡部分光场，光敏电阻器输出较小(或较大)信号，当动铁芯移动时，遮挡更多的光场，光敏电阻器输出由小变大(或由大变小)信号，当动铁芯移动终点时，遮挡大部分光场，光敏电阻器输出较大(或较小)信号。光敏电阻器输出信号与动铁芯移动距离呈单调曲线。通过记录内部程序数值拟合，可线性化回归表达光场与动铁芯移动距离之关系，进而显示动铁芯运动速度的关系曲线。

图4中，给出了一种电磁铁在额定电压下采用本发明方法与装置采集的数据示意图，其中的I、V和N曲线分别表示电流、速度和力值曲线，其中t0到t1之间的时间为电磁铁的“始动时间”，速度线圈V尾端的数值与动铁芯质量之积，即为动铁芯之“尾端动量”。

Claims (4)

1.一种电磁铁动特性检测装置，其特征在于：包括恒压源、被检电磁铁、检测电路和记录仪；所述恒压源向被检电磁铁提供工作电源，输出电流被记录仪采样，所述被检电磁铁安设在检测工位上，所述被检电磁铁的动铁芯运动时，遮挡检测电路中光通量，所述检测电路发出光信号和接受光通量遮挡信号的范围，覆盖电磁铁动铁芯的运动行程，始动位置或终点位置均遮挡部分光信号，所述光信号被记录仪采样，表征动铁芯所处的位置，检测电路中的力值传感器与记录仪连接。

2.根据权利要求1所述的一种电磁铁动特性检测装置，其特征在于：所述的恒压源是指电压源内阻相比于电磁铁阻抗小1/10以上的直流或交流电压源或者是电压源输出功率大于被检电磁铁功率10倍以上的电压源，测试交流电磁铁，恒压源为交流恒压源，测试直流电磁铁，恒压源为直流恒压源，恒压源输出电压幅值，覆盖电磁铁的工作电压，所述恒压源向电磁铁供电回路的电流被记录仪采样。

3.根据权利要求1所述的一种电磁铁动特性检测装置，其特征在于：所述的检测电路包括均匀光、平行光发生器、均匀光光斑接受器、平行光接收器、用于检测动铁芯推力或拉力的力值传感器，光信号转变为电信号，光信号遮挡多寡与电信号呈单调关系，光信号转电信号接收器和力值传感器被记录仪采样。

4.根据权利要求1所述的一种电磁铁动特性检测装置，其特征在于：所述的记录仪是进行数字量输出与输出、多通道A/D转换、运算功能的智能仪器或个人计算机，包括通讯部件、A/D采集卡、USB接口，具有LCD图形显示功能。

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