CN1566981A - 交直流电触头电寿命试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交直流电触头电寿命试验装置及其试验方法，包括一试验机、一电子控制箱、一组负载阻抗及电源，其中电源中调压电源与负载阻抗联接，负载阻抗与交直流试验机联接，电子控制箱控制交直流试验机；被试触头在正常情况下，能记录每个周期试验次数，能够记录每个周期的粘结次数，每当被试触头发生熔焊时，能在1～5秒内切断电源并报警计数；其试验方法的步骤是：触头材料选择准备，试样调试步骤、负载阻抗、电源调节，其中试样调试还包括开闭速度调整、计数触头调整、闭合力调整、分断力调整；本发明与现有技术相比，它是一机两用，增加了直流产品材料试验，自动化程度高，还可以实现微机数据采样，是一种经济适用的试验设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种交直流电触头电寿命试验装置及其试验方法，属于电触头材料技术领域。
背景技术
对于触头材料的检测，常规的测试项目是：化学成分、机械物理性能。不能反映触头材料的真实运行性能电性能；若直接在电器产品上做型式试验来筛选材料，其盲目性大，试验费用高，试验周期长等问题。因此，二十世纪七十年代末，上海电器科学研究所与桂林电器科学研究所一起研制我国第一台电触头电磨损试验机(CS-1型)，其试验电压为AC220V、电流≤50A，无直流负载***。
九十年代初，随着我国轿车、通讯工业的蓬勃发展，以及铁路信号交通电器的更新换代，近几年来，国内生产的电触头材料在汽车、通讯、信号电器等行业(直流继电器、开关)的应用越来越广泛需求量不断增加。但顾客对电触头材料要求越来越高，不仅要求按时按量提供优质产品，而且常需要提供产品电性能的参数和实际应用数据。
为了能对所开发的新产品的物理、化学及电性能进行全面分析和研究，获得科学的实验数据，同时，能及时提供满足客户新产品所需的材料。需要研制一套交直流两用的检测评估触头材料电性能的试验装置。
上述的试验机只能在工频交流负载上使用，由于没有直流负载装置，所以不能进行直流试验，这就远远不能满足日益发展的电触头在信号通讯、交通电器等直流电器产品的测试要求。上述试验机的控制***也陈旧落后，测试功能少，因此就需要研究开发新的试验装置及试验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种交直流电触头电寿命试验装置，该装置共用一套交直流负载、两路电源、数控电路，实现多种低压电器电触头试验，既实用又安全可靠的试验装置。
本发明的另一个目的是提供一种利用上述装置的试验方法，该方法适用于交直流电触头电寿命试验，方法简便所得数据可靠。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
设计一套交直流共用的负载***，两路电源各自分别控制，相互联锁，其中交流阻抗供直流负载，电压0～50V可调，设计一套计数控制电路，能自动记录每个周期试验次数，每个周期的粘结次数。其试验装置包括一试验机、一电子控制箱、交直流共用负载阻抗和电源，其中所述的试验机为交直流两用试验机；所述的电子控制箱包括继电控制电路，计数电路，时基电路，报警电路，温升、接触电阻自检电路；所述的负载阻抗是直流负载用交流阻抗；所述的电源包括交流电源和直流调压电源；上述电路与试验机之间连接，其中电子控制箱中的继电控制电路通过直流调压电路和负载阻抗与交直流试验机连接；计数电路通过时基电路、报警电路与继电控制电路连接；交直流试验机与报警电路连接，温升接触电阻自检电路与交直流试验机连接。
试验方法的技术方案是，包括下述步骤：触头材料的准备、调整，负载阻抗及电源的调节，开机试验及试验结束等几个环节。
本发明的效果：能开展交直流低压电触头材料试验，能自动计数，熔焊及粘接计数，自动化程序高，由于满足了客户要求，有一定的经济效益。
附图说明
图1为本发明的试验装置电路结构原理框图；
图2为图1中直流调压电路电气原理图；
图3为图1中电子控制箱中计数电路，时基电路电气原理图；
图4为图1中继电控制电路电气原理图。
图5为本发明试验装置触头工闭速度与接触时间关系曲线图。
具体实施方式
以下结合图1～图4对本发明作进一步说明，但附图并不构成对本
发明的限制。
参照图1，这是本发明试验装置电路结构原理图。该交直流电触头电寿命试验装置包括试验机1，电子控制箱2，交直流负载阻抗3，调压电源4，控制回路9；
上述的电路与试验机之间的连接，其中电子控制箱中的继电控制电路通过直流调压电路和负载阻抗与交直流试验机连接；电子控制箱中的计数电路通过时基电路，报警电路与继电控制电路连接；交流直流试验机与报警电路连接，温升、接触电阻自动检测电路与交直流试验机连接。
所述的试验机1是由电动机通过变速箱(变速范围：20、40、60、100、200rpm)，带动相差120°三个固定的偏心轮转动，偏心轮角度的变化来推动各自带有下计数触头的推动杆做水平往复运动。这样偏心轮每旋转一周，推动杆就做一次往复运动，一方面将下计数触头接通一次，一方面带动操动杠杆把带有上计数触头的动触头架打开一次，而被试触头与上计数触头同步，就这样形成被试触头按一定的速度、一定的频率进行分断、闭合。试验设定频率f＝60次/min，θ角为151°，则开闭速度V＝38.7mm/sec，接触时间t＝0.16sec，因为偏心轮的θ角可调，所以开闭速度和接触时间也可调，它们的关系式为：V＝25.4×π×Sinθ，接触时间t＝(180°-θ)/180°。偏心轮θ角与开闭速度V接触时间t关系曲线表选取。
偏心轮θ角与开闭速度V接触时间t关系曲线的选取，可参照图5作出。
参照图2、图3、图4，所述的电子控制箱确包括计数电路6、时基电路7、直流负载调压电路4以及继电控制电路9；
对计数电路6的要求：
①能自动记录被试触头正常试验次数；
②能自动记录被试触头粘结次数而不切断电源；
③能自动记录被试触头熔焊次数而立即切断负载电源并报警。
计数电路6采用了晶体管开关电路，计数器SJ1、XJ1采用DM11-6数字计数器，它可以在断电时已有数据保持功能。
设定正常计数由上计数触头SJC1控制。当SJC1未接通时，晶体管T1无基极电流而处于截止状态，所以上计数器SJ1不计数。当SJC1接通时，电流经电阻R1流入T1的基极，T1导通，由于下计数触头XJC1先SJC1闭合，后SJC1断开，所以SJ1开始计数，SJC1接触一次，SJ1就计数一次。当被试触头熔焊时，即SJC1打不开，T1处于饱和状态而XJC1仍旧继续通一断、通一断地工作着，所以，当XJC1断开一次XJ1就计数一次。如果被试触头熔着打不开时，在1～2个周期内能自行打开的话，称为粘接，XJ1记录的就是粘结次数，反之，如果在1～2个周期内不能自行打开的话，称为熔焊，XJ1记录的就是熔焊次数。在发生熔焊时，时基电路开始工作，切断负载电源并报警。
上述的计数电路6包括：晶体管开关电路T1，计数器SJ1、XJ1、上、下计数触头SJC1、XJC1、电阻R1～R3；其中晶体管T1的集电极依次与R2、SJ1、SJC1连接，T1的基极与R1的一端连接，R1的另一端与R3连接，T1的发射极分别与计数器XJ1和计数触头XJC1连接。
所述的计数电路共有三路6，6′，6″，电路组成与上述完全相同。
图3中所述的时基电路7包括延时电路A1、二极管D2、电容C1、C2、电阻器W，C1一端接A1的触头端2(TRIG)，输出端3(OUT)经过开关QT1与继电器KT及D1连接，C1另一端与C2接负电压，A1的6脚接W的一端，W另一端连接KT、D1及A1的8、4两脚。
所述的时基电路也是三组7，7′，7″，其结构完全相同。
经过对几种电路的比较，选定用NE555时基电路作为控制电路的延时电路，这因为该电路性能较稳定，相应频率快，***元件少等优点。时基电路的工作原理是：当未接通电源时(即被试触头未熔焊)，时基电路A1的低位触发端2(TRIG)为低电平，输出端3(OUT)为高电平，继电器KT不工作，当被试触头熔焊时，相当于电源接通，此时电源经电阻R向电容C充电，当电容充电到2/3VCC时，即A的2脚电位为高电平时，A电路内部翻转，输出端3(OUT)为低电平，KT得电开始工作。
当被试触头发生粘结时，A1的低位触发端2(TRIG)电位还末到2/3VCC，电路不翻转，此时被试触头又自行断开，相当于电源断开，电容两端的电压向A内部COMS管放电，电路恢复初始状态。
报警电路
时基电路7输出端为低电平时，KT得电工作，一方面接通报警电路8报警，一方面断开试验机控制回路，切断负载回路。
所述的负载调压电路4，由于本发明交流试验和直流试验合用一个负载阻抗，阻抗包括电阻、电感和若干个闸刀，改变电阻阻值和电感量就可改变电流的大小和功率因数的高低。在交流试验时，电源直接用电网电压，在直流试验时，用一套直流调压电源。交直流电源的转换通过开关来实现。调压部分采用了杭州西子固态继电器有限公司生产的单相交流一体化调压模块(SSR)，SSR是集移相触发器和同步变压器于一体的两个晶闸管反并联的调压***，它具有体积小、工作可靠、寿命长等优点，可以以较小的控制信号驱动较大的电流负载，并且强弱电完全隔离，安全性高，其工作原理是：当控制端CON从0～5V改变时，交流电压从OV调到最大，其中CON在0～0.8V时为全关闭区域，可靠地关断模块的输出。CON在0.8～4.6V时为可调区域，控制电压增大，其导通角a从180°～0°变化，电压逐渐增大。CON在4.6～5V左右时为全开通区域，电压为最大。但是由于SSR只是依靠改变晶闸管导通角来达到调压目的，而不具备变压器的隔离、变压和传递能量的功能，考虑到直流负载电源电压只有12～50V，如果仅仅采用SSR不能达到所要求地电压的调节范围，所以采用了调压模块和变压器相结合的方法，将220V交流电压通过变压器变压降到60V、100V交流电压，经过SSR模块调压至桥式整流器整流，最后经电感滤波器滤波，得到所需的电压。
上述的交直流电源(41、42)的转换，是通过转换开关43来实现。
本发明的另一目的是提供适用交直流试验装置的试验方法，该方法的试验步骤是：触头材料准备时，用硫酸和盐酸清洗，用四氟化碳再清洗后抛光后称重，安装调整、试前负载电源的调节，试验中注意计数情况：有无粘结、熔焊等。
所述的安装与调整环节，还包括开闭速度的调整，计数触头的调整，闭合力的调整，分断力的调整。
所述的开闭速度的调整，V＝25.4×3.14×Sin151°＝38.7mm/sec，接触时间T＝(180-151)÷180＝0.16sec，调节偏心轮的转速为60rpm，偏心轮θ角调至151°。
所述的计数触头的调整是调整被试触头与转动试验机刚好接触，另外再调被试触头位置0.2mm距离。
所述的闭合力的调整，转动试验机使被试触头刚好接触，此时操作臂应脱离接触，连续转动试验机三次，此时触头所受的力便是闭合力。
所述的分断力的调整，转动试验机使一对触头的操作臂与操动杆接触，此时被试触头自然闭合，然后调节找开弹簧直至把触头刚好打开，连续转动试验机三次，这时触头所受的力为分断力。
所述的负载阻搞电源的调节，交流为220±5V，直流为0～50V，按照附录一、二电抗调节表进行调节，以适应被试触头样品的试验等级。
直流阻抗电源调节表(附录1)
| 序号 | 电压(V) | 电流(A) | R上 | R下 | L1 | L2 | L3 | L4 |
| 1 | 12 | 9.1 | 3-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 2 | 24 | 18.2 | 3-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 3 | 36 | 27.3 | 3-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 4 | 48 | 36.4 | 3-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 5 | 12 | 6 | 2-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 6 | 24 | 12 | 2-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 7 | 36 | 18 | 2-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 8 | 48 | 24 | 2-6 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 9 | 12 | 15.6 | 4-5 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 10 | 24 | 31.2 | 4-5 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
| 11 | 36 | 46.8 | 4-5 | 4-8 | 直 | 串 | 直 | 直 |
交流阻抗电源调节表(附录2)
| 序号 | 电流(A) | R上 | R下 | L1 | L2 | L3 | L4 | COSΦ |
| 1 | 17.4 | 1-5 | 4-7 | 并 | 并 | 串 | 并 | 0.40 |
| 2 | 19.8 | 1-5 | 4-7 | 并 | 直 | 串 | 并 | 0.51 |
| 3 | 20.7 | 1-5 | 4-7 | 直 | 直 | 串 | 并 | 0.52 |
| 4 | 21.8 | 4-8 | 4-5 | 并 | 并 | 串 | 直 | 0.65 |
| 5 | 23.5 | 4-8 | 4-7 | 串 | 并 | 串 | 直 | 0.40 |
| 6 | 24.2 | 1-6 | 4-7 | 并 | 并 | 串 | 直 | 0.58 |
| 7 | 24.5 | 1-7 | 4-7 | 并 | 并 | 串 | 直 | 0.57 |
| 8 | 25.5 | 2-7 | 4-7 | 并 | 并 | 串 | 直 | 0.51 |
| 9 | 30.2 | 2-5 | 4-7 | 串 | 串 | 直 | 直 | 0.62 |
| 10 | 33 | 1-5 | 4-8 | 串 | 串 | 直 | 直 | 0.52 |
| 11 | 36 | 1-5 | 4-8 | 并 | 直 | 并 | 并 | 0.54 |
| 12 | 37.3 | 1-7 | 4-8 | 并 | 直 | 并 | 并 | 0.50 |
| 13 | 38.1 | 1-8 | 4-8 | 并 | 直 | 并 | 并 | 0.45 |
| 14 | 39.5 | 1-6 | 4-8 | 串 | 并 | 并 | 直 | 0.56 |
| 15 | 42.7 | 1-8 | 4-8 | 并 | 并 | 直 | 并 | 0.53 |
| 16 | 44.9 | 4-8 | 4-7 | 并 | 串 | 直 | 直 | 0.50 |
| 17 | 48.5 | 4-8 | 4-7 | 直 | 并 | 直 | 并 | 0.51 |
这里需要指出的是：为了提高直流电源的稳定性，在直流电源负载与SSR控制端有一个反馈电路来达到稳定的目的。
对于该试验装置在无孤直流压降和温升的测量，采用自动温度和接触电阻检测电路。
该试验装置的数据采样，还可以采取微机***。
Claims (10)
1、一种交直流电触头电寿命试验装置，包括一试验机、一电子控制箱、一组负载阻抗和电源，其特征在于：
所述的试验机为交直流两用试验机(1)；
所述的电子控制箱包括继电控制电路(9)、计数电路(6)、时基电路(7)、报警电路(8)温升、接触电阻自动检测电路(10)；
所述的负载阻抗是直流负载用交流阻抗(3)；
所述的电源包括交流电源和直流调压电源(4)；
上述的电路与试验机之间的连接，其中电子控制箱中的继电控制电路通过直流调压电路和负载阻抗与交直流试验机连接；电子控制箱中的计数电路通过时基电路、报警电路与继电控制电路连接；交流直流试验机与报警电路连接，温升、接触电阻自动检测电路与交直流试验机连接。
2、如权利要求1所述的交直流试验装置，其特征在于：
所述的试验机(1)包括电动机、变速箱、偏心轮，其工作方式是电动机通过变速箱带动三个偏心轮来推动下计数触头的推动杆做水平往复运动。
3、如权利要求1所述的交直流试验装置，其特征在于：
所述的负载阻抗为交直流合用的负载阻抗(3)，包括电阻、电感和多个闸刀，改变阻值和电感量就可改电流大小和功率因数高低。
4、如权利要求1所述的交直流试验装置，其特征在于：
所述的电源分交流电源和直流电源，交流电源直接用电网电压；直流电源(4)采用调压模块来实现；所述的交直流电源(41)、(42)的转换是通过转换开关(43)来实现的。
5、如权利要求1或4所述的交直流试验装置，其特征在于：
所述的调压模块是SSR晶闸管反并联调压***，并采用变压器，将220V降到60V，经过调压整流、滤波得到所需电压12～50V。
6、如权利要求1所述的交直流试验装置，其特征在于：
所述的计数电路(6)包括晶体管开关电路T1、数字计数器ST1、XJ1上下计数触头SJC1、XJC1、电阻R1～R3，其中晶体管T11的集电极依次与R2、ST1、SJC1连接，T1的基极与R1的一端连接，R1的另一端与R3连接，T1的发射极分别与数器XJ11和下计数触头XJC1连接；所述的计数电路(6)同另两路(6′，6″)的结构完全相同。
7、如权利要求1所述的交直流试验装置，其特征在于：
所述的时基电路(7)为相同的三组，其中一组包括延时电路A1、二极管D2、电容C1、C2、电阻器W，C1的一端接A1的触发端2，输出端3经过开关QT1与继电器KT及D1连接，C1的另外一端与C2接负电压，A1的6接W的一端，W的另一端连接KT、D1及A1的8、4脚；所述的时基电路(7)采用NE555。
8、一种交直流电触头电寿命试验装置的试验方法，其特征在于：
试验方法包括下述步骤，触头材料准备时，用硫酸和盐酸清洗，用四氟化碳再清洗抛光后称重，安装调整、试前负载电源的调节，试验中注意计数情况：有无粘结、熔焊等。
9、如权利要求8所述的试验方法，其特征在于：
所述的安装与调整环节，还包括开闭速度的调整；计数触头的调整，闭合力的调整，分断力的调整；所述的开闭速度的调整，V＝25.4×3.14×Sin151°＝38.7mm/sec，接触时间T＝(180-151)÷180＝O.16sec，调节偏心轮的转速为60rpm，偏心轮θ角调至151°；所述的计数触头的调整是调整被度触头与试验机转动器刚好接触，另外再调被试触头位置0.2mm距离；所述的闭合力的调整，转动试验机使被试触头刚好接触，此时操作臂应脱离动触头，被试触头自然分开，随后调节闭合弹簧，使被试触头刚好接触，连续转动试验机三次，此时触头所受的力便是闭合力；所述的分断力的调整，转动试验机使一对触头的操作臂与操动杆接触，此时被试触头自然闭合，然后调节打开弹簧直至把触头刚好打开，连续转动试验机三次，这时触头所受的力为分断力。
10、如权利要求8所述的试验方法，其特征在于：
所述的负载阻抗电源的调节，交流为220±5V，直流为0～50V，按照附录一、二电抗调节表进行调节，以适应被试触头样品的试验等级。
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