CN103743471A - 一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法 - Google Patents

Abstract

一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法，这种非接触式检测方法通过接触器直动式触头结构动作过程中发出的声信号，实现接触器动作释放时间参数的检测；本发明针对接触器触头分离过程中的动作释放时间，即从动、静触头断开到衔铁复位整个过程的时间无法判断问题，给出了基于声信号的非接触式判断方法，接触器动静触头间的快速分断，可以减小产品在高压负载切换过程中所产生的电弧对动静触头的烧蚀时间，提高接触器产品的电寿命；通过对接触器动作释放时间的测量，实现产品在负载通断过程中动静触头分离速度的判断，量化分析接触器产品的烧蚀情况，指导长寿命高压接触器的设计和筛选。

Description

一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法

技术领域

本发明涉及一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法，这种非接触式检测方法通过接触器直动式触头结构动作过程中发出的声信号，实现接触器断开阶段动作释放时间等动作时间参数的检测。

背景技术

现有的接触器动作状态检测方法，通过对产品线包加电掉电以及触头翻转过程中电信号状态变化的监测，实现对产品动作闭合时间、释放时间的测试。但对一组负载引出端的直动式触头结构及绝大多数的单稳态产品，触头断开状态无法提供测试可用的电信号，无法实现触头系统释放时间的准确测试。动作释放时间直接影响着大功率接触器的电弧分断能力及产品的电寿命，是重要的设计参数，动作释放时间的不可测试降低了整个产品的可靠性。本发明根据上述两种情况，提出了基于声信号的直动式接触器动作释放时间的测试方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对接触器触头分离过程中，整个动作过程的动作释放时间，即从动、静触头断开到衔铁复位整个过程的时间如何测试问题，本发明提出了一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法。

接触器动作释放时间参数的大小是判断接触器的电寿命长短的重要参数。

接触器动静触头间的快速分断，可以减小产品在高压负载切换过程中所产生的电弧对动静触头的烧蚀时间，提高接触器产品的电寿命。通过对接触器动作释放时间的测量，实现产品在负载通断过程中动静触头分离速度的判断，量化分析接触器产品的烧蚀情况，指导长寿命高压接触器的设计和筛选。

本发明提出一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法，测试组件包括数据处理终端、数据采集仪、传声器、负载电源、负载、线包电源、接触器，所述接触器包含静触头、卡簧、动触头、轭铁、衔铁、下轭铁、接触弹簧、反力弹簧、中心轴和线包，所述测试方法包括准备阶段、接触器闭合阶段和接触器断开过程中时间参数测试阶段，所述准备阶段步骤如下：

步骤一、将传声器置于接触器一旁，并将传声器与数据采集仪连接好，启动数据采集仪以及后数据处理终端；

步骤二、将接触器的线包引出端与线包电源接好；

步骤三、将接触器的负载引出端与负载电源接好；

步骤四、将传声器放置在距离接触器直径10mm大小范围区域内，传声器探头高度居于接触器高度中间部位；

所述接触器闭合阶段步骤如下：

步骤五、打开负载电源，然后打开线包电源给接触器线包加电，电磁力推动衔铁压缩反力弹簧（反力弹簧处于压缩状态）向上运动，中心轴、动触头、卡簧随之同步向上运动，首先动触头与静触头贴合，动触头停止运动，中心轴、卡簧、衔铁继续运动实现超行程动作，接触弹簧开始受到压缩、反力弹簧进一步压缩，直至衔铁与轭铁贴合，衔铁运动停止。

所述断开方向的接触器动作过程中时间参数测试阶段步骤如下：

步骤六断开线包电源，接触器的线包掉电，接触器内部无外加电磁力作用，压缩的接触弹簧和反力弹簧开始释放，推动衔铁、中心轴、卡簧向下运动，首先卡簧与动触头撞击产生第一次撞击声、这时接触弹簧压力全部释放，反力弹簧压力部分释放，反力弹簧继续推动衔铁、带动中心轴、卡簧、动触头继续向下运动，动触头与静触头开始分离，直至衔铁与下轭铁撞击产生第二次撞击声时，动触头与静触头完成分离动作。传声器接收接触器分断过程中发出的2次时撞击声，通过数据采集仪输入到数据处理终端；

步骤七对数据处理终端采集的分断过程中声信号进行时程声压分析，绘制时域声压幅值分布图。得到卡簧与动触头撞击产生的第一次撞击声、衔铁与下轭铁撞击产生的第二次撞击声在时域的声压幅值分布情况。

步骤八根据步骤九的时域声压幅值分布图，直接读取两次声压幅值信号的各自声压最大值，并确定两者的时间间隔，从而确定卡簧与动触头、衔铁与下轭铁的撞击声的时间间隔，得到动触头与静触头分离，直至衔铁复位的动触头释放时间。

本发明与现有技术的区别：

1、对一组负载引出端的直动式触头结构及绝大多数的单稳态产品，触头断开状态无法提供测试可用的电信号，无法实现触头系统释放时间的准确测试。通过对接触器动作过程中声音信号的采集，实现了对此类接触器的动作释放时间的非接触式测量，解决了动作释放时间的测试问题。

2、接触器动作声的非接触式测量方法，通过机械结构可动部件，在不同位置时提供的声信号，判断可动部件从一个位置到另一个位置的变化时间，而电磁式接触器以往基于电信号的动作时间判定方法，没有排除掉接触器线包上电形成磁场的时间对动作时间测试误差的影响。动作声的非接触式测量方法更为直接和准确。

3、本发明针对接触器触头分离过程中的动作释放时间，即从动、静触头断开到衔铁复位整个过程的时间无法判断问题，给出了基于声信号的非接触式判断方法，接触器动静触头间的快速分断，可以减小产品在高压负载切换过程中所产生的电弧对动静触头的烧蚀时间，提高接触器产品的电寿命；通过对接触器动作释放时间的测量，实现产品在负载通断过程中动静触头分离速度的判断，量化分析接触器产品的烧蚀情况，指导长寿命高压接触器的设计和筛选。

附图说明

图1为本发明一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法的流程图；

图2为本发明一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法中检测接触器动作声信号时的结构示意图；

图3为本发明一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法中检测接触器动作声信号时接触器剖视结构示意图；

图4为1号接触器产品的动作释放时间所测的：“声压幅值—时间”测试曲线；

图5为2号接触器产品的动作释放时间所测的“声压幅值—时间”测试曲线；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明提供的一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法进行详细说明。

本发明提供的一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法，流程如图1所示，具体通过如下步骤实现：

步骤一、将传声器3置于接触器7一旁，并将传声器3与数据采集仪2连接好，启动数据采集仪2以及后数据处理终端1；

步骤二、将接触器7的线包715引出端与线包电源6接好；

步骤三、将接触器7的负载引出端与负载电源4接好；

步骤四、将传声器3放置在距离接触器7直径10mm大小范围区域内，传声器3探头高度居于接触器7高度中间部位；

所述接触器闭合阶段步骤如下：

步骤五、打开负载电源4，然后打开线包电源6给接触器7线包715加电，电磁力推动衔铁710压缩反力弹簧713（反力弹簧713处于压缩状态）向上运动，中心轴714、动触头708、卡簧707随之同步向上运动，首先动触头708与静触头706贴合，动触头708停止运动，中心轴714、卡簧707、衔铁710继续运动实现超行程动作，接触弹簧712开始受到压缩、反力弹簧713进一步压缩，直至衔铁710与轭铁709贴合，衔铁710运动停止。

所述断开方向的接触器动作过程中时间参数测试阶段步骤如下：

步骤七断开线包电源6，接触器7的线包715掉电，接触器内部无外加电磁力作用，压缩的接触弹簧712和反力弹簧713开始释放，推动衔铁710、中心轴714、卡簧707向下运动，首先卡簧707与动触头708撞击产生第一次撞击声、这时接触弹簧712压力全部释放，反力弹簧713压力部分释放，反力弹簧713继续推动衔铁710、带动中心轴714、卡簧707、动触头708继续向下运动，动触头708与静触头706开始分离，直至衔铁710与下轭铁711撞击产生第二次撞击声时，动触头708与静触头706完成分离动作。传声器3接收接触器7分断过程中发出的2次时撞击声，通过数据采集仪2输入到数据处理终端1；

步骤八对数据处理终端1采集的分断过程中声信号进行时程声压分析，绘制时域声压幅值分布图。得到卡簧707与动触头708撞击产生的第一次撞击声、衔铁710与下轭铁711撞击产生的第二次撞击声在时域的声压幅值分布情况。

步骤九根据步骤九的时域声压幅值分布图，直接读取两次声压幅值信号的各自声压最大值，并确定两者的时间间隔，从而确定卡簧707与动触头708、衔铁710与下轭铁711的撞击声的时间间隔。得到动触头708与静触头706分离，直至衔铁710复位的动触头释放时间。

实施例：

下面分别对同批次装配的具备330V/100A切换能力的1号接触器产品和2号接触器产品的动作释放时间进行记录，并和实际产品电寿命次数进行对比分析：

步骤一、将传声器3置于1号接触器7一旁，并将传声器3与数据采集仪2连接好，启动数据采集仪2以及后数据处理终端1；

步骤二、将1号接触器7的线包715引出端与线包电源6接好；

步骤三、将1号接触器7的负载引出端与负载电源4接好；

步骤四、将传声器3放置在距离1号接触器7直径10mm大小范围区域内，传声器3探头高度居于1号接触器7高度中间部位；

所述接触器闭合阶段步骤如下：

步骤五、打开负载电源4，然后打开线包电源6给1号接触器7线包715加电，电磁力推动衔铁710压缩反力弹簧713（反力弹簧713处于压缩状态）向上运动，中心轴714、动触头708、卡簧707随之同步向上运动，首先动触头708与静触头706贴合，动触头708停止运动，中心轴714、卡簧707、衔铁710继续运动实现超行程动作，接触弹簧712开始受到压缩、反力弹簧713进一步压缩，直至衔铁710与轭铁709贴合，衔铁710运动停止。

所述断开方向的接触器动作过程中时间参数测试阶段步骤如下：

步骤六断开线包电源6，1号接触器7的线包715掉电，接触器内部无外加电磁力作用，压缩的接触弹簧712和反力弹簧713开始释放，推动衔铁710、中心轴714、卡簧707向下运动，首先卡簧707与动触头708撞击产生第一次撞击声、这时接触弹簧712压力全部释放，反力弹簧713压力部分释放，反力弹簧713继续推动衔铁710、带动中心轴714、卡簧707、动触头708继续向下运动，动触头708与静触头706开始分离，直至衔铁710与下轭铁711撞击产生第二次撞击声时，动触头708与静触头706完成分离动作。传声器3接收1号接触器7分断过程中发出的2次时撞击声，通过数据采集仪2输入到数据处理终端1；

步骤七对数据处理终端1采集的分断过程中声信号进行时程声压分析，绘制时域声压幅值分布图。得到卡簧707与动触头708撞击产生的第一次撞击声、衔铁710与下轭铁711撞击产生的第二次撞击声在时域的声压幅值分布情况。绘制声压幅值时域历程图如图4所示。

步骤八根据步骤九的时域声压幅值分布图，直接读取两次声压幅值信号的各自声压最大值，声压信号的参数特征如下表1所示。确定两者的时间间隔，从而确定卡簧707与动触头708、衔铁710与下轭铁711的撞击声的时间间隔。得到动触头708与静触头706分离，直至衔铁710复位的动触头释放时间。

步骤九对1号接触器7的线包715进行1.5s通（加电），1.5s断（断电）的反复加电，直至接触器产品首次无法断开和闭合，记录产品实际的电寿命次数。

重复上述步骤完成2号接触器产品的动作释放时间测试和电寿命寿命次数记录，绘制声压幅值时域历程图如图5所示。声压信号的参数特征如下表1所示

表1  接触器动作释放时间及电寿命测试

从1号接触器和2号接触器的动作释放时间和电寿命次数可以看到，1号接触器动作释放时间间隔为4.5ms，2号接触器动作释放时间间隔为2.5ms，1号接触器的电寿命次数为3000次，2号接触器的电寿命次数为12000次，2号接触器的负载切换能力远远高于1号接触器产品，快速分断电弧，即小的动作释放时间设计，可以大大提高产品的电寿命。

以上所述接触器也可叫做继电器，为沿中心轴左右对称结构；

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种基于声信号的接触器动作过程中时间参数测试方法，其特征在于测试组件包括数据处理终端（1）、数据采集仪（2）、传声器（3）、负载电源（4）、负载（5）、线包电源（6）、接触器（7），所述接触器(7)包含静触头(706)、卡簧(707)、动触头(708)、轭铁(709)、衔铁（710）、下轭铁（711）、接触弹簧（712）、反力弹簧（713）、中心轴（714）和线包（715），所述测试方法包括准备阶段、接触器闭合阶段和接触器断开过程中时间参数测试阶段，所述准备阶段步骤如下：

步骤一、将传声器（3）置于接触器（7）一旁，并将传声器（3）与数据采集仪（2）连接好，启动数据采集仪（2）以及后数据处理终端（1）；

步骤二、将接触器（7）的线包（715）引出端与线包电源（6）接好；

步骤三、将接触器（7）的负载引出端与负载电源（4）接好；

步骤四、将传声器（3）放置在距离接触器（7）直径10mm大小范围区域内，传声器（3）探头高度居于接触器（7）高度中间部位；

所述接触器闭合阶段步骤如下：

步骤五、打开负载电源（4），然后打开线包电源（6）给接触器（7）线包（715）加电，电磁力推动衔铁（710）压缩反力弹簧（713）向上运动，中心轴（714）、动触头（708）、卡簧（707）随之同步向上运动，首先动触头（708）与静触头（706）贴合，动触头（708）停止运动，中心轴（714）、卡簧（707）、衔铁（710）继续运动实现超行程动作，接触弹簧（712）开始受到压缩、反力弹簧（713）进一步压缩，直至衔铁（710）与轭铁（709）贴合，衔铁（710）运动停止;

所述断开方向的接触器动作过程中时间参数测试阶段步骤如下：

步骤六断开线包电源（6），接触器（7）的线包（715）掉电，接触器内部无外加电磁力作用，压缩的接触弹簧（712）和反力弹簧（713）开始释放，推动衔铁（710）、中心轴（714）、卡簧（707）向下运动，首先卡簧（707）与动触头（708）撞击产生第一次撞击声、这时接触弹簧（712）压力全部释放，反力弹簧（713）压力部分释放，反力弹簧（713）继续推动衔铁（710）、带动中心轴（714）、卡簧（707）、动触头（708）继续向下运动，动触头（708）与静触头（706）开始分离，直至衔铁（710）与下轭铁（711）撞击产生第二次撞击声时，动触头（708）与静触头（706）完成分离动作；传声器（3）接收接触器（7）分断过程中发出的2次时撞击声，通过数据采集仪（2）输入到数据处理终端（1）；

步骤七对数据处理终端（1）采集的分断过程中声信号进行时程声压分析，绘制时域声压幅值分布图,得到卡簧（707）与动触头（708）撞击产生的第一次撞击声、衔铁（710）与下轭铁（711）撞击产生的第二次撞击声在时域的声压幅值分布情况;

步骤八根据步骤九的时域声压幅值分布图，直接读取两次声压幅值信号的各自声压最大值，并确定两者的时间间隔，从而确定卡簧（707）与动触头（708）、衔铁（710）与下轭铁（711）的撞击声的时间间隔，得到动触头（708）与静触头（706）分离，直至衔铁（710）复位的动触头释放时间。

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