CN110274827A - 一种适用于触点熔焊力测试的试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于触点熔焊力测试的试验系统及方法，所述试验系统包括电动滑台、动触点弹簧座、动软连接、传感器绝缘子、静触点夹具、力传感器，其中：所述电动滑台上安装有动触点弹簧座，电动滑台带动动触点弹簧座进行上、下方向的运动；所述动触点弹簧座的正下方设置有静触点夹具；所述动触点弹簧座和静触点夹具上设置有动软连接；所述静触点夹具的下端安装有传感器绝缘子；所述力传感器通过传感器绝缘子与静触点夹具相连接。相较于目前在开关电器研发过程中的熔焊力测试方法，本发明能够降低试验成本与试验周期，且实验结果更加清晰直观，便于开关电器设计人员及时评价相关设计方案的优劣，进而提高研发效率。

Description

一种适用于触点熔焊力测试的试验系统及方法

技术领域

本发明涉及一种适用于触点熔焊力测试的试验系统及方法。

背景技术

熔焊是指在电流经过时，两个相接触的导体发生融化、凝结的现象。对于开关电器而言，其触点发生熔焊失效时还受到电弧的影响。为了保证控制电路的长期、可靠运行，研究电器产品的抗熔焊能力十分重要。因此，需要在设计过程中对电器产品内部触点的熔焊性能拥有充分认识。目前，在开关电器的研发过程中，主要通过对样机进行电寿命实验，以电寿命实验中发生熔焊的电寿命周期为评价指标，对产品的熔焊性能进行评估。此方法的成本较为昂贵，实验准备周期较长；且实验过程中触点受到样机内其他零件性能退化的影响，无法对触点自身的熔焊性能进行准确评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于触点熔焊力测试的试验系统及方法，相较于目前在开关电器研发过程中的熔焊力测试方法，能够降低试验成本与试验周期，且实验结果更加清晰直观，便于开关电器设计人员及时评价相关设计方案的优劣，进而提高研发效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于触点熔焊力测试的试验系统，包括电动滑台、动触点弹簧座、动软连接、传感器绝缘子、静触点夹具、力传感器，其中：

所述电动滑台上安装有动触点弹簧座，电动滑台带动动触点弹簧座进行上、下方向的运动；

所述动触点弹簧座的正下方设置有静触点夹具；

所述动触点弹簧座和静触点夹具上设置有动软连接；

所述静触点夹具的下端安装有传感器绝缘子；

所述力传感器通过传感器绝缘子与静触点夹具相连接。

一种利用上述试验系统进行触点熔焊力测试试验的方法，包括如下步骤：

第一步：将待测试的触点装在动触点弹簧座和静触点夹具上；

第二步：通过电动滑台将动触点弹簧座升至最高位置；

第三步：根据实验类型的不同，此步骤分为（a）静熔焊力试验和（b）动熔焊力试验两种，其中：

（a）在进行静熔焊力试验时，通过驱动电动滑台使动触点弹簧座向下运动，直至触点对间的接触压力满足试验要求，而后接通外接电源，通过动软连接使触点对间通过一个电载荷，最大电流不超过10000A，脉冲时间不大于30ms，最后关闭外接电源；

（b）在进行动熔焊力试验时，需预先设定电动滑台的位移速度，以代表动触点的运动速度，最大速度不超过4m/s，而后打开外接电源，通过动软连接在被测触点对上施加一个设定电压，此电压不超过110V，并驱动电动滑台，使动触点弹簧座快速向下运动，在触点对闭合并稳定后，关闭外接电源；

第四步：通过驱动电动滑台使动触点弹簧座慢速向上运动，此速度应大于电动滑台最小速度，当力传感器示数恢复初始值时，认为触点对完全分开，记录此过程中力传感器的示数变化；

第五步：分析步骤四中力传感器的示数变化，因力传感器始终处于压力作用下，所以在触点分开的过程中，若存在小于传感器初始值的力，即为熔焊力。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明以力指标描述触点的抗熔焊性能，相较于整机实验中的电寿命指标，更具有推广性和横向对比性。

2、本发明适用的触点范围及材料类型较广，对于不同材质、结构的触点均能进行测试。

3、本发明可以对触点零件进行熔焊力测试，能够对其提供可调、准确且接近真实工况的力载荷及电载荷，同时适用于触点的静熔焊及动熔焊性能测试。

4、本发明能够调整多种设计参数对触点进行测试，如：触点闭合速度、触点压力、电负载数值、电负载时间、分断速度。

5、本发明可以记录触点闭合及分断过程中的接触力变化情况进，也能够研究回跳现象对熔焊情况的影响。

附图说明

图1为本发明试验系统的总体布局主视图；

图2为本发明试验系统的总体布局侧视图；

图3为动触点弹簧座布局示意图；

图4为图3中A-A向剖视图；

图5为静熔焊工作示意图；

图6为动熔焊工作示意图；

图7为熔焊力测量示意图；

图8为熔焊力测试原理示意图；

图9为静熔焊测试过程原理图；

图10为动熔焊测试过程原理图；

图11为熔焊力测试结果图；

图12为负载电流对静熔焊力的影响；

图13为触点闭合速度对动熔焊力的影响；

图中：1为电动滑台，2为动触点弹簧座，3为动软连接，4为传感器绝缘子，5为静触点夹具，6为力传感器，7为静触点，8为动触点，9为熔焊区域，21为绝缘导套，22为滑动轴，23为动触点夹具，24为调整手柄，25为调整螺套，26为压簧，27为引出脚。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种适用于触点熔焊力测试的试验系统，如图1-4所示，所述试验系统包括电动滑台1、动触点弹簧座2、动软连接3、传感器绝缘子4、静触点夹具5、力传感器6，其中：

所述电动滑台1上安装有动触点弹簧座2，用于带动动触点弹簧座2进行上、下方向的运动，且速度可调；

所述动触点弹簧座2用于固定动触点8，并为触点对提供接触压力；

所述动触点弹簧座2和静触点夹具5上设置有动软连接3；

所述动软连接3为动触点引出线，用于为静触点7和动触点8提供电载荷；

所述静触点夹具5的下端安装有传感器绝缘子4；

所述传感器绝缘子4安装在力传感器6上，用于力传感器6与导电部分的绝缘；

所述静触点夹具5用于夹持静触点7；

所述力传感器6负责检测实验中静触点7受到的力的变化。

本发明中，如图3-4所示，所述动触点弹簧座2包括绝缘导套21、滑动轴22、动触点夹具23、调整手柄24、调整螺套25、压簧26、引出脚27，其中：动触点夹具23通过螺纹紧固在滑动轴22的下端，引出脚27通过焊接固定在滑动轴22上。滑动轴22的上部套有绝缘导套21，且能够在绝缘导套21中上下自由滑动，绝缘导套21与动触点弹簧座2的结构框架通过胶粘固定。滑动轴22的上端与预压过的压簧26下端通过同心结构相接触，使滑动轴22总是受到一个向下的力。压簧26的上端通过绝缘结构与调整手柄24相接触，调整手柄24为螺纹梅花手柄，能够通过焊接固定在动触点弹簧座2结构框架上的调整螺套25进行位移，以调整压簧26的预压力。整个动触点弹簧座2中，引出脚27、滑动轴22及动触点夹具23为导电零件，且与其他零件相绝缘。

本发明中，所述静触点夹具5为导电零件，力传感器6通过传感器绝缘子4与静触点夹具5相连接，使得力传感器6与静触点夹具5相绝缘。

本发明中，所述试验系统中电负载通过动软连接3传至动触点弹簧座2，直至通过动触点8和静触点7达到静触点夹具5，最终回到外接的电源中。

本发明中，如图1、图2、图3和图4所示，所述静触点7与动触点8间的运动关系为：静触点7与机架固定，动触点8受绝缘导套21的约束，在动触点弹簧座2间延竖直方向运动，且自由状态时总被压簧26压在下方。开始工作时，电动滑台1驱使动触点弹簧座2向下运动，静触点7与动触点8相接触，且通过力传感器6检测到的力达到设定值时，电动滑台1停止工作，动弹簧座2不再动作。当测试熔焊力时，电动滑台1将动弹簧座2缓慢上移，使静触点7与动触点8分离，直至动弹簧座2回到初始位置，视为工作结束。

本发明中，当外部电源对试验系统施加电载荷时，其载荷传递路径为：外部电源→静触点夹具5→静触点7→动触点8→动触点夹具23→滑动轴22→引出脚27→外部电源。

本发明中，如图5和图6所示，整个试验的控制系统分为静熔焊实验与动熔焊实验部分，其中静熔焊实验控制过程为：

（a）在进行静熔焊力测试试验时，首先通过驱动电动滑台1使动触点弹簧座2快速向下运动，直至电动滑台1的运动位置达到设定值，即静触点7与动触点8刚接触的位置。然后电动滑台1改为微动，使触点弹簧座2向下缓慢移动，在此过程中通过压缩压簧26为触点间提供接触压力，当力传感器6的示数达到设定值时即认为接触压力已经达到设定值，此时对实验系统施加电负载，在电负载达到实验时间后关闭外接电源。而后通过电动滑台1控制动触点弹簧座2向上缓慢移动，直到力传感器6的示数恢复初始状态，此时即认为熔焊力的测试已经完成，而后电动滑台1改为快速动作，将触点弹簧座2提升到实验初始位置。整个过程为一次静熔焊力测试实验。

（b）在进行动熔焊力试验时，需预先设定电动滑台1的位移速度，以代表动触点8的运动速度，而后打开外接电源，在被测触点对静触点7与动触点8上施加一个设定电压，然后驱动电动滑台1，使动触点弹簧座2快速向下运动，在触点对静触点7与动触点8闭合并稳定后，关闭外接电源。而后通过电动滑台1控制动触点弹簧座2向上缓慢移动，直到力传感器6的示数恢复初始状态，此时即认为熔焊力的测试已经完成，而后电动滑台1改为快速动作，将触点弹簧座2提升到实验初始位置。整个过程为一次动熔焊力测试实验。

本发明中，如图7、图8、图9、图10和图11所示，试验系统的工作原理如下：

在静熔焊力测试时，系统的工作原理为：电动滑台1可以使动触点弹簧座2上下、控速运动，当动触点夹具23上所夹持的动触点8与静触点夹具5上所夹持的静触点7相接触时，此时整个回路导通，触点对静触点7与动触点8间存在一定的接触压力F₁。然后可以输入静熔焊与动熔焊试验的电流负载I₁。当通过电负载后，通过控制电动滑台1将将动触点弹簧座2以速度V₂慢速上移，将触点对静触点7与动触点8分开。若发生熔焊，则在静触点7与动触点8之间将形成熔焊区域9。在分开的过程中，受熔焊区域9的影响，力传感器6的示数F_i会小于静触点7、静触点夹具5、传感器绝缘子4及力传感器6的部分重力之和F₀，直至熔焊区域9被拉断。

在动熔焊力测试时，系统的工作原理为：首先需设定电动滑台1的位移速度V₁，以代表动触点8的运动速度。而后打开外接电源，在被测触点对静触点7与动触点8上施加一个设定电压U，然后驱动电动滑台1，使动触点弹簧座2以V₁的速度快速向下运动，在触点对静触点7与动触点8闭合并稳定后，关闭外接电源。接着通过控制电动滑台1将将动触点弹簧座2以速度V₂慢速上移，将触点对静触点7与动触点8分开。若发生熔焊，则在静触点7与动触点8之间将形成熔焊区域9。在分开的过程中，受熔焊区域9的影响，力传感器6的示数F_i会小于静触点7、静触点夹具5、传感器绝缘子4及力传感器6的部分重力之和F₀，直至熔焊区域9被拉断。

在熔焊力的测试过程重，熔焊力的计算公式为：

；

其中，F为熔焊力，F_i为传感器所检测到的载荷最小值，F₀为静触点7、静触点夹具5、传感器绝缘子4及力传感器6的重力之和。

利用上述试验系统进行触点熔焊力测试的具体实施步骤如下：

第一步：将待测试的静触点7与动触点8装在动触点夹具23和静触点夹具5上。

第二步：通过电动滑台1将动触点弹簧座2升至最高位置。

第三步：根据实验类型的不同，此步骤分为（a）静熔焊力试验和（b）动熔焊力试验。（a）在进行静熔焊力试验时，通过驱动电动滑台1使动触点弹簧座2向下运动，直至触点对静触点7与动触点8间的接触压力F₁满足试验要求，而后接通外接电源，使触点对间通过一个电载荷I₁，最后关闭外接电源。（b）在进行动熔焊力试验时，需预先设定电动滑台的位移速度V₁，以代表动触点的运动速度，而后打开外接电源，在被测触点对静触点7与动触点8上施加一个设定电压U，并驱动电动滑台，使动触点弹簧座以速度V₁快速向下运动，在触点对闭合并稳定后，关闭外接电源。

第四步：通过驱动电动滑台1使触点弹簧座2以速度V₂慢速向上运动，当力传感器6示数恢复初始值F₀时，可认为触点对静触点7与动触点8完全分开。记录此过程中力传感器6的示数变化。

第五步：分析步骤四中力传感器6的示数变化。因力传感器6始终处于压力作用下，所以在静触点7与动触点8分开的过程中，若存在小于传感器初始值F₀的力F_i，即为熔焊力。

由此可见，本发明通过电动滑台驱动动触点与静触点相接触，得到近似于开关电器内部真实工况的实验环境，对触点间的熔焊现象进行复现及测试。该试验系统可以对触点零件进行熔焊力测试，能够对其提供可调、准确且接近真实工况的力载荷及电载荷。相较于目前在开关电器研发过程中的熔焊力测试方法，能够降低试验成本与试验周期，且实验结果更加清晰直观，便于开关电器设计人员及时评价相关设计方案的优劣，进而提高研发效率。

下面以纯铜触点为例，介绍本试验装置的测试过程。

第一步：将待测试的静、动铜触点装在动触点夹具和静触点夹具上。

第二步：通过电动滑台将动触点弹簧座升至最高位置。

第三步：根据实验类型的不同，此步骤分为（a）静熔焊力试验和（b）动熔焊力试验。（a）在进行静熔焊力试验时，通过驱动电动滑台使动触点弹簧座向下运动，直至铜静触点与铜动触点间的接触压力为5N，而后接通外接电源，使触点对间通过1200~2800A的实验电流，最后关闭外接电源。（b）在进行动熔焊力试验时，需预先设定电动滑台的位移速度，以代表动触点的运动速度，而后打开外接电源，在被测静触点与上施加一个设定电压110V，并驱动电动滑台，使动触点弹簧座以速度0.15~0.25m/s快速向下运动，在触点对闭合并稳定后，关闭外接电源。

第四步：通过驱动电动滑台使触点弹簧座以速度0.1mm/s慢速向上运动，当力传感器示数恢复初始值时，可认为静触点与动触点完全分开。记录此过程中力传感器的示数变化。

第五步：分析步骤四中力传感器的示数变化。因力传感器始终处于压力作用下，所以在静触点与动触点分开的过程中，若存在小于传感器初始值的力，即为熔焊力。

图12为本实例中负载电流对静熔焊力的影响，图13为本实例中触点闭合速度对动熔焊力的影响。

Claims (9)

1.一种适用于触点熔焊力测试的试验系统，其特征在于所述试验系统包括电动滑台、动触点弹簧座、动软连接、传感器绝缘子、静触点夹具、力传感器，其中：

所述电动滑台上安装有动触点弹簧座，电动滑台带动动触点弹簧座进行上、下方向的运动；

所述动触点弹簧座的正下方设置有静触点夹具；

所述动触点弹簧座和静触点夹具上设置有动软连接；

所述静触点夹具的下端安装有传感器绝缘子；

所述力传感器通过传感器绝缘子与静触点夹具相连接。

2.根据权利要求1所述的适用于触点熔焊力测试的试验系统，其特征在于所述动触点弹簧座包括绝缘导套、滑动轴、动触点夹具、调整手柄、调整螺套、压簧、引出脚，其中：

所述动触点夹具通过螺纹紧固在滑动轴的下端；

所述引出脚通过焊接固定在滑动轴上；

所述滑动轴的上部套有绝缘导套，且能够在绝缘导套中上下自由滑动；

所述绝缘导套与动触点弹簧座的结构框架通过胶粘固定；

所述滑动轴的上端与预压过的压簧下端相接触；

所述压簧的上端通过绝缘结构与调整手柄相接触；

所述调整手柄通过焊接固定在动触点弹簧座结构框架上的调整螺套进行位移，以调整压簧的预压力。

3.根据权利要求2所述的适用于触点熔焊力测试的试验系统，其特征在于所述调整手柄为螺纹梅花手柄。

4.根据权利要求2所述的适用于触点熔焊力测试的试验系统，其特征在于所述引出脚、滑动轴及动触点夹具为导电零件。

5.根据权利要求1所述的适用于触点熔焊力测试的试验系统，其特征在于所述静触点夹具为导电零件。

6.一种利用权利要求1-5任一权利要求所述试验系统进行静触点熔焊力测试的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

第一步：将待测试的触点装在动触点弹簧座和静触点夹具上；

第二步：通过电动滑台将动触点弹簧座升至最高位置；

第三步：通过驱动电动滑台使动触点弹簧座向下运动，直至触点对间的接触压力满足试验要求，而后接通外接电源，通过动软连接使触点对间通过一个电载荷，最后关闭外接电源；

第四步：通过驱动电动滑台使动触点弹簧座慢速向上运动，当力传感器示数恢复初始值时，认为触点对完全分开，记录此过程中力传感器的示数变化；

第五步：分析步骤四中力传感器的示数变化，因力传感器始终处于压力作用下，所以在触点分开的过程中，若存在小于传感器初始值的力，即为熔焊力。

7.根据权利要求6所述的静触点熔焊力测试方法，其特征在于所述熔焊力的计算公式为：

；

其中，F为熔焊力，F_i为传感器所检测到的载荷最小值，F₀为静触点、静触点夹具、传感器绝缘子及力传感器的重力之和。

8.一种利用权利要求1-5任一权利要求所述试验系统进行动触点熔焊力测试的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

第一步：将待测试的触点装在动触点弹簧座和静触点夹具上；

第二步：通过电动滑台将动触点弹簧座升至最高位置；

第三步：预先设定电动滑台的位移速度，以代表动触点的运动速度，而后打开外接电源，通过动软连接在被测触点对上施加一个设定电压，并驱动电动滑台，使动触点弹簧座快速向下运动，在触点对闭合并稳定后，关闭外接电源；

第四步：通过驱动电动滑台使动触点弹簧座慢速向上运动，当力传感器示数恢复初始值时，认为触点对完全分开，记录此过程中力传感器的示数变化；

第五步：分析步骤四中力传感器的示数变化，因力传感器始终处于压力作用下，所以在触点分开的过程中，若存在小于传感器初始值的力，即为熔焊力。

9.根据权利要求6所述的动触点熔焊力测试方法，其特征在于所述熔焊力的计算公式为：

；

其中，F为熔焊力，F_i为传感器所检测到的载荷最小值，F₀为静触点、静触点夹具、传感器绝缘子及力传感器的重力之和。