CN101566662A

CN101566662A - 电磁电器测试系统

Info

Publication number: CN101566662A
Application number: CNA2009101118673A
Authority: CN
Inventors: 许志红; 苏金州; 郑昕; 林抒毅
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: CN101566662B

Abstract

本发明涉及电磁电器设计技术领域，特别是一种电磁电器测试系统，该系统将主回路测试与电磁机构测试、电磁机构动态特性仿真相结合，电压互感器系统L、M、N及电压信号调理模块J对主电路线电压信号、断口电压信号和电磁电器电磁机构线圈的电压信号进行采集和处理，电流互感器系统X、Y及电流信号调理模块K对主电路电流信号和电磁机构的电流信号进行采集和处理，采集的电压、电流信号经高速信号采集卡A和用于对实测参数进行测量和转换的测试程序模块C输入综合分析模块D，综合分析模块D对测试参数和仿真软件数据库E输入的仿真参数进行综合分析后，将分析结果输入到寿命预测模块S和波形显示模块G，以进行样机的寿命预测以及测试波形的显示和相关的图像处理。

Description

电磁电器测试系统

技术领域

本发明涉及电磁电器设计技术领域，特别是一种电磁电器测试系统。

背景技术

在现有技术中，低压电器的理论分析、产品设计、性能检验极为复杂。在分析与设计低压电器产品时，除采用低压电器传统理论：电接触理论、电弧理论、发热与电动力理论、电磁机构理论等进行必要的理论推导、分析计算之外，还使用了大量的经验数据。即便这样，有时设计计算数据与产品实际性能仍然存在较大差异，需要反复修改和试验，导致开发周期长、资金投入大，要设计出性能优良、价格合理的低压电器产品十分困难。电磁电器一直是大量使用的低压电器产品。如电磁式交直流接触器、电磁式继电器以及断路器的电磁脱扣机构等等。其在结构上主要包含感测机构和执行机构这两部分。进入新世纪以来，国外著名低压电器公司纷纷推出新一代电磁电器系列产品。在节能、节材、控制可靠的基础上，试图提高产品的各项性能指标，尤其是寿命指标。

发展性能优良的低压电器产品，必须配以先进的测试、检验手段。90年代人们提出了“可测性设计”新观念。在系统设计开始就同时考虑测试问题，并同时进行可测性设计，缩短产品的开发周期。近年来，对电器开关测试技术的研究得到全面展开。目前，国内外各类低压电器检测站已广泛采用微机数采系统作为其试验机构的数据采集与分析系统。该系统可以方便实现：线路电压、断口电压、断口电流、功率因数、频率(交流)、时间常数(直流)，以及接通分断的峰值电流(Ip)、I²t、通断时间和通断操作过电压等参数的自动实时测量。但是，这些系统都没有考虑到电器产品的性能特征和分析功能，只是单纯的参数测试。随着各项技术的发展，研制含有功能测试与性能预测的新型测试系统成为可能。

目前，国内外对开关电器电寿命的研究，基本上集中在触头系统中。如：表面粗糙度法、触头的有效接触距离法、接触电阻法、簇射电弧法、燃弧参数的统计分析法、触头的质量损耗法、频谱分析法和多变量寿命预测法等。但是这些方法多难以实时反映触头剩余电寿命状态。因此，需要寻找一种通用的、合理的能反映开关电器触头实时剩余电寿命的预测监测方法。国内各电器检测机构只是进行电磁电器的常规型式试验认证。没有将电磁机构的动作特征一并考虑。而电磁机构性能测试装置，如“光机电电磁电器动态测试装置”等，实现了电磁电器动态过程各参数的可视化检测，但是其在测试过程中主回路系统不带载。由于开关电器不同的操作方式、不同负载、不同工作环境，工作寿命有显著差别。所以，开关电器的寿命预测难度很大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电磁电器测试系统，该系统有利于对电磁电器进行寿命预测与失效机理分析。

为实现上述之目的，本发明的技术方案是：这种电磁电器测试系统，其特征在于：将主回路测试与电磁机构测试、电磁机构动态特性仿真相结合，该系统包括：

电压互感器系统L、M、N及电压信号调理模块J，电压互感器系统L的输入端接入主电路线电压信号，以进行主电路与测试系统的电压隔离与信号采集，电压互感器系统M的输入端接入断口电压信号，以测试触头系统的断口电压信号，电压互感器系统N的输入端接入电磁电器电磁机构线圈的电压信号；电压互感器系统L、M、N各自采集的电压信号都进入电压信号调理模块J，以进行相应的信号处理和抗干扰处理；

电流互感器系统X、Y及电流信号调理模块K，电流互感器系统X的输入端接入主电路电流信号，以进行触头系统断口电流的信号隔离与测试，电流互感器系统Y的输入端接入电磁机构的电流信号；电流互感器系统X、Y各自采集的电流信号都输入电流信号调理模块K，以进行信号的转换、采集与抗干扰处理；

高速信号采集卡A，用于接收电压信号调理模块J和电流信号调理模块K输入的信号，并将采集卡中的信号输入测试程序模块C；

测试程序模块C，接收并对高速信号采集卡A输入的所有实测参数进行测量和计算，而后将相关参数输入综合分析模块D；

仿真软件数据库E，用于向综合分析模块D输入相关结构参数、电器特征参数和电磁机构动态特性仿真波形；

综合分析模块D，接收测试程序模块C输入的测试参数和仿真软件数据库E输入的仿真参数，通过波形分析法、人工智能相关算法、可靠性理论分析法进行综合分析并将分析结果输入到波形显示模块G和寿命预测模块S；

管理设置模块H，根据需要进行参数的设置和系统管理，通过综合分析模块D完成波形显示模块G和寿命预测模块S之间的切换与管理。

波形显示模块G，通过对测试波形的处理分析，实现对电压、电流测试信号的运算处理，并对采集到的波形进行显示和相关的图像处理；

寿命预测模块S，将测试参数与仿真参数相结合，对测试样品进行失效机理分析和寿命预测。

本发明的有益效果是改变了以往主回路测试与动作机构测试分离的测试系统，在电磁电器进行型式试验的同时，建立基于波形分析法的电磁电器寿命预测模型，并结合模型给出样机的寿命预测，将电磁机构动态特性指标与产品的通断能力相结合，建立了含电磁电器寿命预测功能的新型电磁电器测试系统，具有广阔的实际应用前景。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的工作原理框图。

具体实施方式

本发明的电磁电器测试系统，将主回路测试与电磁机构测试、电磁机构动态特性仿真相结合，该系统包括：电压互感器系统L、M、N，电压信号调理模块J，电流互感器系统X、Y，电流信号调理模块K，高速信号采集卡A，测试程序模块C，仿真软件数据库E，综合分析模块D，波形显示模块G，寿命预测模块S以及管理设置模块H。下面对各模块作进一步详细的叙述。

电压互感器系统L、M、N及电压信号调理模块J：电压互感器系统L的输入端接入主电路线电压信号，以进行主电路与测试系统的电压隔离与信号采集，电压互感器系统M的输入端接入断口电压信号，以测试触头系统的断口电压信号，电压互感器系统N的输入端接入电磁电器电磁机构线圈的电压信号，以作为电磁机构动态计算模块的激励源信号；电压互感器系统L、M、N各自采集的电压信号都进入电压信号调理模块J，以进行相应的信号处理和抗干扰处理。

电流互感器系统X、Y及电流信号调理模块K：电流互感器系统X的输入端接入主电路电流信号，以进行触头系统断口电流的信号隔离与测试，电流互感器系统Y的输入端接入电磁机构的电流信号，以作为电磁机构动态特性计算的重要基准参量；电流互感器系统X、Y各自采集的电流信号都输入电流信号调理模块K，以进行信号的转换、采集与抗干扰处理。

高速信号采集卡A：用于接收电压信号调理模块J和电流信号调理模块K输入的信号，并将采集卡中的信号输入测试程序模块C。

测试程序模块C：接收并对高速信号采集卡A输入的所有实测参数进行测量和计算，其可以实现线路电压、断口电压、线圈励磁电压、线圈励磁电流、断口电流、功率因数、频率(交流)、时间常数(直流)，以及接通分断的峰值电流(Ip)、I²t、通断时间和通断操作过电压等参数的自动实时测量，并将相关参数输入综合分析模块D。

仿真软件数据库E：仿真软件数据库E为采用MATLAB等相关软件建立的仿真软件数据库，该数据库中涵盖了相关的结构参数和电器特征参数，以及后台运算、处理、仿真程序，用于向综合分析模块D输入相关结构参数、电器特征参数和电磁机构动态特性仿真波形。

综合分析模块D：综合分析模块D接收并集中了测试程序模块C输入的测试参数和仿真软件数据库E输入的仿真参数，通过波形分析法、人工智能相关算法、可靠性理论分析法进行综合分析并将分析结果输入到波形显示模块G、寿命预测模块S。

管理设置模块H：根据需要进行参数的设置和系统管理，通过综合分析模块D完成波形显示模块G和寿命预测模块S之间的切换与管理。

波形显示模块G：通过对测试波形的处理分析，实现对电压、电流等测试信号的运算处理，如最大值、最小值、方均根值、I²t、功率因数等，也可实现通道间的运算如电弧能量计算；同时，对采集到的波形进行显示和相关的图像处理，如单通道/全通道的放大、缩小或对指定区域进行缩放处理，可以自动读出通流时间以及光标间指定的波形数据，具有友好的人机界面，操作方便、功能完善；波形显示模块G还具有自动报表功能：通过预先设置的试验参数(报告编号、试验类别、试验条件、样品信息、仪器信息、样品编号、测量参数、试验时间、试验人员等)可在试验后自动生成试验报告，并且可以自动对各通道进行零位校准。当试品发生熔焊故障时，具有自动报警功能。

寿命预测模块S：将测试系统中的电压、电流、电弧电压、系统过电压、燃弧时间、电弧能量、触头系统的开距、超程等测试参数，与仿真计算中的电磁机构运动速度、撞击能量、线圈电流、磁链、吸力特性、反力特性等动态过程仿真参数相结合，对测试样品进行失效机理分析和寿命预测。此功能模块极大提高了测试系统的技术含量，改变了传统寿命试验浪费时间、浪费能源、浪费人力的落后局面，并且可以提出产品设计参数的修改意见。

管理设置模块H：管理设置模块H根据需要进行参数的设置和系统管理，分为两个相对独立又相互关联的参数设置模块，即波形显示模块G参数设置模块和寿命预测模块S参数设置模块，由系统管理界面进行切换。

(1)电压互感器系统L、M、N和电流互感器系统X、Y的测试范围、测试精度等参数设置，并对波形显示模块G的参数与显示进行设置：根据试验样机进行历史记录存储、显示参数、报告格式、报表输出等设置；

(2)寿命预测模块S的参数与显示设置：根据试验样机设定动态计算与分析模块的样机结构尺寸、反力、励磁线圈等相关参数，设定失效机理分析与寿命预测的关键参数，根据要求设定显示的动态过程特性参数与分析参数值。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1、一种电磁电器测试系统，其特征在于：将主回路测试与电磁机构测试、电磁机构动态特性仿真相结合，该系统包括：

电压互感器系统[L]、[M]、[N]及电压信号调理模块[J]，电压互感器系统[L]的输入端接入主电路线电压信号，以进行主电路与测试系统的电压隔离与信号采集，电压互感器系统[M]的输入端接入断口电压信号，以测试触头系统的断口电压信号，电压互感器系统[N]的输入端接入电磁电器电磁机构线圈的电压信号；电压互感器系统[L]、[M]、[N]各自采集的电压信号都进入电压信号调理模块[J]，以进行相应的信号处理和抗干扰处理；

电流互感器系统[X]、[Y]及电流信号调理模块[K]，电流互感器系统[X]的输入端接入主电路电流信号，以进行触头系统断口电流的信号隔离与测试，电流互感器系统[Y]的输入端接入电磁机构的电流信号；电流互感器系统[X]、[Y]各自采集的电流信号都输入电流信号调理模块[K]，以进行信号的转换、采集与抗干扰处理；

高速信号采集卡[A]，用于接收电压信号调理模块[J]和电流信号调理模块[K]输入的信号，并将采集卡中的信号输入测试程序模块[C]；

测试程序模块[C]，接收并对高速信号采集卡[A]输入的所有实测参数进行测量和计算，而后将相关参数输入综合分析模块[D]；

仿真软件数据库[E]，用于向综合分析模块[D]输入相关结构参数、电器特征参数和电磁机构动态特性仿真波形；

综合分析模块[D]，接收测试程序模块[C]输入的测试参数和仿真软件数据库[E]输入的仿真参数，通过波形分析法、人工智能相关算法、可靠性理论分析法进行综合分析并将分析结果输入到波形显示模块[G]和寿命预测模块[S]；

管理设置模块[H]，根据需要进行参数的设置和系统管理，通过综合分析模块[D]完成波形显示模块[G]和寿命预测模块[S]之间的切换与管理。

波形显示模块[G]，通过对测试波形的处理分析，实现对电压、电流测试信号的运算处理，并对采集到的波形进行显示和相关的图像处理；

寿命预测模块[S]，将测试参数与仿真参数相结合，对测试样品进行失效机理分析和寿命预测。

2、根据权利要求1所述的电磁电器测试系统，其特征在于：所述管理设置模块[H]包括波形显示模块[G]参数设置、寿命预测模块[S]参数设置以及电压互感器系统[L]、[M]、[N]和电流互感器系统[X]、[Y]的测试范围、测试精度设置。