新型交流接触器动态特性测试系统研究_图文

1、第 14卷 第 14期 2014年 5月 1671 1815(2014 14-0216-04科 学 技 术 与 工 程Science Technology and EngineeringVol. 14No. 14May 2014 2014Sci. Tech. Engrg.机电技术新型交流接触器动态特性测试系统研究李俊峰1, 2郑新芳2苏秀苹1*李胜利1乔 愉1(河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室 1, 天津 300130; 邯郸学院 2, 邯郸 056005摘要介绍了基于虚拟仪器技术的交流接触器动态特性测试系统的软 、 硬件结构 , 功能 、 特点以及测试效果 。 该系统采用激光

2、位移传感器来获得铁芯和动触头支架位移 ,应用压电薄膜压力传感器进行触头接触压力的动态测试 。 该测试系统不但 能对交流接触器进行全面的动态特性测试 ,系统还增加了触头接触压力动态测试功能 , 以往的交流接触器动态特性测试系统 是没有这个功能的 。 应用该测试系统在实验室对 CJ20 25型交流接触器进行了全面的动态特性测试 , 并获得大量数据用于 深入分析 。 结果表明 , 该测试方法能够清晰 、 准确地获得交流接触器各项的动态信号 , 为进一步完善电器现代设计理论与应 用奠定了一定的基础 。 关键词交流接触器 动态特性 虚拟仪器压电薄膜触头接触压力中图法分类号 TM712; 文献标志码 A

3、2013年 11月 1日收到 , 12月 13日修改国家自然科学基金资助项目 (50577015 、 浙江省低压电气产业技术创新战略联 盟分项目 (2010LM104-07 、 邯郸市科学技术研究与发展计 划项目 (1321102122 、 邯郸学院 2013年度自然科学资助项 目 (13212 资助第一作者简介 :李俊峰 (1974 , 男 , 汉族 , 河北邯郸人 , 讲师 , 博士 研究生 。 研 究 方 向 :电 器 现 代 设 计 与 测 试 。 E-mail :lijunfeng1029163. com 。*通信作者简介 :苏秀苹 (1966 , 女 , 天津人 , 教授 , 博士

4、研究生导师 。研究方向 :电器现代设计与测试 。 E-方法 ,还必须实时测试出其动态特性参数 , 以便对优 化设计数学模型进行验证 ,完善动态优化设计技术 , 并为后续的设计开发提供数据基础 1。近几年来 , 国内 、 外交流接触器动态过程的测试技术与手段发展迅速 。 波兰乌克兹大学 、苏州西门 子电器有限公司 、 西安交通大学和福州大学等单位 都设计了各具特点的交流接触器动态特性测试装 置 , 可 实 现 对 交 直 流 接 触 器 静 、 动 态 特 性 的 综 合测量2 8。 目前最新技术是福州大学的鲍光海 、 张培铭等 人的基于高速摄像机的电磁电器动态测试装置 , 通 过拍摄智能交流接

5、触器的动态过程 , 从拍摄的图像信息中提取位移信息 , 实现了非接触式测量9, 10。 但是该测试装置得到的位移信号为图像信息 , 必须 进行复杂的后期数据分析与处理工作 , 不能实时测量 ,而且所用的高速摄影机较贵 , 导致研发成本高 。 本文提出的新型测试系统不但能对交流接触器进行全面的动态特性测试 , 系统还增加了触头接触压力 动态测试功能 , 以往的交流接触器动态特性测试系 统是没有这个功能的 。1新型交流接触器动态特性测试系统 总体构成1. 1交流接触器动态特性测试系统的硬件组成 系统硬件部分由一台工控机以及高速数据采集 卡 、 选相合分闸控制单元 、 压电薄膜 (PVDF 触头接

6、触压力传感器 、 激光位移传感器和电压 、 电流测试单元等信号测量模块及电源组成 ,原理框图如图 1所示。图 1交流接触器动态特性测试系统原理框图Fig. 1Principle diagram of the testing system工控机的作用为逻辑控制 、 显示和数据存储 。工控机分别与高速数据采集卡和选相合分闸控制单 元连接 , 选相合分闸控制单元与接触器试品相连 , 用 来控制铁芯在规定的相角闭合 。 工控机采用研华公 司的 610H 型工控机 ; 高速数据采集卡采用研华公司的 PCI 1712L 型数据采集卡 , 其作用是数据采集 并作为工控机与信号测量模块的接口电路 ; 触头接

7、触压力传感器是我们自行研制的 PVDF 触头接触压 力传感器 , 用来测量不同合闸相角时触头闭合时间 的长短 、 触头一次 、 二次弹跳幅度的大小 , 以及总体 吸合过程的平稳程度 , 传感器的敏感元件采用的是 辽宁锦州科信有限公司的压电薄膜 , 直径仅为 5 mm , 厚度为 8m ; 激光位移传感器用来测量铁芯位 移 , 选用的是振联科技公司的 LTS 050 20型激光 位移传感器 ; 为了反映触头打开 、 闭合的状态 , 将三 组主触头两端分别与直流电源连接 , 作为测试时触 头开合的状态信号 。 信号测量模块的输入输出端分 别与接触器试品和高速数据采集卡相连 ; 电源给各 个模块供电

8、 。1. 2交流接触器动态特性测试系统的软件部分 软件部分由试验参数设置与修改模块 、 文件处 理模块 、 试验调试模块以及试验运行模块等组成 。 测试系统操作程序流程如图 2所示 。 软件部分的主 要功能是控制数据的采集 、 保存 、 和在人机界面上显 示 、 回放信号波形 。 整个数据处理部分包括数据采 集 , 数据保存 , 数据回放三个部分 。图 2交流接触器动态特性测试系统操作程序流程图 Fig. 2Operating procedure flow chart ofthe testing system 2交流接触器动态特性测试实验与分析该文在河北工业大学电器研究所以 CJ20 25交流

9、接触器为样品进行了动态测试 , 该交流接触器 为双断点桥式触头 , 故测量触头接触压力时需在其 两个静触头上均粘贴接触压力传感器 。 测试时室内 温度为 17 , 湿度为 21%, 连续采集了 20组数据 , 目的是得到交流接触器的综合动态特性参数 , 以检 验该测试装置的使用性能 。图 3交流接触器动态特性测试系统实测波形图 Fig. 3Signal waveform graph图 4触头接触压力波形图Fig. 4Waveform of Contact Pressure由波形图我们可以看出以下初步结论 : 由图 3可以看出由该装置能够获得触头支架位移 、 速度 、 加速度 、 触头接触压力

10、、 三相主触头的开合信号 、 电 流 、 电压以及触头弹跳次数等各项动态信号 , 能够实 现交流接触器动态特性测试的目的 。 图中的波形从 上到下依次为 :A 相主触头开合信号 (其得到方式 是在同一相主触头两个静触头上接通直流回路 , 触 头闭合时 , 回路导通 , 由回路的电压信号可以反映触 头的开合情况和触头弹跳次数 、 B 相主触头开合信 号 、 动触头支架位移信号 (该信号经过数据处理可 以得到触头支架的速度和加速度信号 、 C 相触头接 触压力信号 、 C 相主触头开合信号 (由于测量触头接 触压力时静触头上粘贴了触头接触压力传感器 , 其 上下表面是绝缘的 , 因此此相输出电压为

11、零 、 励磁 71214期 李俊峰 , 等 :新型交流接触器动态特性测试系统研究电压 和 励 磁 电 流 信 号 。 图 4是 合 闸 相 角 约 为 240 时触头接触压力的动态变化波形图 。 其中波形 F1和波形 F2分别是同一触桥上 、 下 (交流接触器的 工作位置是水平安装的 两个触点的压力变化情 况 。 由波形图可以看出 , 该曲线可以反映出触头一 次弹跳和二次弹跳的接触压力的动态变化过程 , 以 及两次弹跳中的每次颤振 , 主要原因是其支撑力是 由弹簧提供的 。 由图 4还可以很容易地观察到同一 触头上下两个触点的的不同步性 , 这主要是由于交 流接触器的工作位置是水平安装的 ,

12、所以上下两个 触点的闭合情况是有很大不同的 。 三 、 该装置使用 方便 , 操作简单 , 人机界面清晰 , 可以完成交流接触 器的综合动态特性的测试任务 。3结论从实验所得信号波形图可以看出 , 该装置能够 获得铁心位移 、 触头接触压力 、 电流以及电压等各项 的动态信号 。 特别是触头接触压力信号 , 是用该测 试系统在该领域内首次实现动态测试 , 该方法不仅 能完善电流法观察触头弹跳时的信息完整度 , 而且 还能给出桥式触头两个动触头不同步性 , 为进一步 完善电器现代设计理论与应用奠定了一定的基础 。 其他的 特 色 和 功 能 我 们 将 在 今 后 的 研 究 中 逐 步 完善

13、。参 考 文 献1林苏斌 , 缪希仁 , 张丽萍 . 接触器动态参数测试及性能评估装置 电气应用 , 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谢延兴 , 陈德为 , 王水发 . 基于 Labview 的交流接触器动态过程 测试技术 . 电气开关 , 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陈德为 , 张培铭 . 转动式交流接触器动态过程分析与控制 . 福州 大学学报 (自然科学版 , 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陈德为 , 张

16、培铭 . 光机电转动式电器动态特性测试装置的研究 . 电工电能新技术 , 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王树正 , 葛敬

17、元 . 基于 LabVIEW 的交流接触器基本特性测试台 开发应用与测试 . 低压电器 , 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孙丽琼 , 耿英三 , 李爱军 , 等 . 交直流接触器特性自动测试系统的 开发 . 低压电器 , 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鲍光海 , 张培铭 . 基于高速摄像机的电磁电器动态特性测试及其 图像处 理 的 研 究 . 南 昌 大 学 学 报 (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陈德为 , 张培铭 . 基于高速摄像机的智能交流接触器动态测试与 分析技术 . 仪器仪表学报 , 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陈德为 , 张培铭 . 采用高速摄像机的智能交流接触器控制及其 测试装置的研制 . 电工电能新技术 , 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 学 技 术 与 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页 esearchon Heat Dissipation of LED DevicesBased