電壽命試驗(yàn)(共13頁)

1、2.2電壽命(shumng)試驗(yàn)2.2.1概述(i sh)電器的電壽命是指在規(guī)定的接通和分?jǐn)鄺l件下，電器不需維修和不需更換任何零部件所能承受的有載操作次數(shù)。電器的電壽命試驗(yàn)時被試電器的觸頭（對接觸器、低壓斷路器等電器來說，是指它們的主觸頭）是按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的試驗(yàn)條件來接通和分?jǐn)嚯娐返模ǔ酥?，接觸器、低壓斷路器等電器還應(yīng)按其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行(jnxng)其輔助觸頭的電壽命試驗(yàn)）。各種電器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，除了規(guī)定其電壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)條件外，還規(guī)定了其電壽命的次數(shù)，電器產(chǎn)品電壽命試驗(yàn)的目的就是為了考核電器在規(guī)定的試驗(yàn)條件下能否達(dá)到規(guī)定的電壽命次數(shù)。2.2.2試驗(yàn)條件1、電壽命試驗(yàn)的接

2、通與分?jǐn)鄺l件對于接觸器，GB 14048.4-2003規(guī)定了不同使用類型時驗(yàn)證其電壽命的接通和分?jǐn)鄺l件，如表1所示。表1 不同使用類型時接觸器驗(yàn)證電壽命的接通和分?jǐn)鄺l件電流種類使用類型代號額定工作電流（A）接通分?jǐn)郔/INU/UNcos或L/R(ms)Ic/INUr/UNCos或L/R(ms)ACAC-1全部值110.95110.95AC-2全部值2.510.652.510.65AC-3IN17610.6510.170.65IN17610.3510.170.35AC-4IN17610.65610.65IN17610.35610.35DCDC-1全部值111111DC-2全部值2.5122.51

3、2DC-3全部值2.517.52.517.5注 cos的誤差(wch)為0.05，L/R的誤差(wch)為15%，試驗(yàn)(shyn)電流的誤差為5%，試驗(yàn)電壓的誤差為5%。I接通電流；IN額定工作電流；U外施電壓；UN額定工作電壓；IC分?jǐn)嚯娏?；Ur工頻或直流恢復(fù)電壓。接觸器主觸頭使用類型的典型用途如表2所示。表2 主觸頭的使用類型電流種類使用類型代號典型用途舉例ACAC-1無感或微感負(fù)載，電阻爐AC-2線繞轉(zhuǎn)子電動機(jī)起動、分?jǐn)郃C-3籠型異步電動機(jī)的起動、運(yùn)轉(zhuǎn)分?jǐn)郃C-4籠型異步電動機(jī)的起動、反接制動與反向、點(diǎn)動DCDC-1無感或微感負(fù)載，電阻爐DC-3并勵電動機(jī)的起動、反接制動與反向、點(diǎn)動D

4、C-5串勵電動機(jī)的起動、反接制動與反向、點(diǎn)動表1中AC-3類型的電壽命試驗(yàn)條件是根據(jù)用交流接觸器來控制電動機(jī)進(jìn)行正常工作時（即起動及在運(yùn)轉(zhuǎn)中斷開籠型電動機(jī)）的實(shí)際接通和分?jǐn)嗲闆r來制定的。在籠型電動機(jī)起動瞬間，它相當(dāng)于一個二次側(cè)短路的變壓器，所以電動機(jī)的起動電流比較大，一般均大于6倍電動機(jī)的額定電流，由于在起動籠型電動機(jī)時，電器的接通電流就是電動機(jī)的起動電流，所以電器電壽命試驗(yàn)的接通條件定為I/IN=6、U/UN=1。如正常運(yùn)轉(zhuǎn)時電動機(jī)帶額定負(fù)載，電動機(jī)定子電流等于其額定電流，則在運(yùn)轉(zhuǎn)中斷開電動機(jī)時，電器觸頭斷開的電流就是電動機(jī)的額定電流，故電器電壽命試驗(yàn)的分?jǐn)鄺l件中IC/IN定為1。下面再來分

5、析運(yùn)轉(zhuǎn)中斷開籠型電動機(jī)時電器觸頭上的電壓，當(dāng)電動機(jī)定子繞組斷電瞬間，由于轉(zhuǎn)子繞組對于電動機(jī)的磁路來說相當(dāng)于一個短路線圈，所以它就立即感應(yīng)出一個電流來阻止電動機(jī)磁路中主磁通的消失，這個轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生一個磁通，此磁通相對于轉(zhuǎn)子時靜止的，但對于定子繞組來說，這個磁通相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場切割定子繞組，在定子繞組中感應(yīng)出電動勢E，這個電動勢在電動機(jī)繞組剛斷電瞬間的大小與電壓U相近，以后按指數(shù)規(guī)律衰減，其頻率f=np/60，它小于電源電壓的頻率，且隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的減小而降低。在電動機(jī)定子繞組斷電瞬間，電器動、靜觸頭間的電壓Ur等于電源電壓U與定子繞組感應(yīng)電動勢E瞬時值之和，由

6、于在電動機(jī)定子繞組斷電瞬間定子繞組感應(yīng)電動勢E的方向正好與電源電壓U的方向相反，其大小又與電源電壓相近，所以在電動機(jī)定子繞組斷電瞬間電器動、靜觸頭間電壓Ur的瞬時值接近于零，根據(jù)有關(guān)資料里的實(shí)測數(shù)據(jù)，這個電壓值不超過0.17UN，據(jù)此，交流接觸器電壽命試驗(yàn)分?jǐn)鄺l件中之Ur/UN定為0.17。接觸器電壽命的次數(shù)的確定原則是：從使用的角度出發(fā)，電壽命次數(shù)如能接近機(jī)械壽命的次數(shù)當(dāng)然最好，但在電壽命試驗(yàn)時，與電器的其他零部件相比，觸頭部分的磨損更為厲害，除了由于在觸頭斷開和閉合過程中動、靜觸頭間的碰撞與摩擦產(chǎn)生機(jī)械磨損外，還由于電的原因造成了觸頭的電磨損。觸頭在斷開電路時一般都會產(chǎn)生電弧，電弧的高溫使

7、觸頭表面金屬材料熔化，由于磁場和氣流等作用，熔化了的觸頭金屬材料向周圍噴射而散失，這就造成了觸頭斷開過程中的電磨損，觸頭的電磨損不但(bdn)產(chǎn)生在斷開過程，在閉合過程中也會產(chǎn)生，這是由于在閉合過程中一般會產(chǎn)生觸頭彈跳，觸頭彈開時動、靜觸頭間出現(xiàn)的金屬橋及短弧都會使觸頭金屬散失而造成觸頭閉合過程中的電磨損。隨著觸頭磨損的增加，觸頭的厚度逐漸減小，觸頭的超程及終壓力也隨之逐漸減小，從而使觸頭溫升逐漸增高。當(dāng)觸頭磨損到一定程度使觸頭溫升超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許數(shù)值或觸頭超程減小到接近于零，使觸頭間不能可靠接觸時，這個觸頭就不能再使用了，所以電器的電壽命試驗(yàn)主要是考核電器在正常工作時觸頭的電氣耐磨性。由此

8、可見，觸頭在閉合和斷開過程中不但有機(jī)械磨損，同時又電磨損，而且(r qi)電磨損時主要的，所以如要求電器的電壽命次數(shù)接近其機(jī)械壽命次數(shù)是很難達(dá)到的，這勢必要求觸頭的厚度及超程都設(shè)計(jì)的很大，使設(shè)計(jì)很不合理，有時甚至是很難達(dá)到。所以議案接觸器的電壽命次數(shù)都規(guī)定的比其機(jī)械壽命次數(shù)小得多，但一般應(yīng)不小于接觸器機(jī)械壽命次數(shù)的1/20，其數(shù)值應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中予以規(guī)定。對于低壓斷路器，GB 14048.2-2001規(guī)定：斷路器電壽命試驗(yàn)(shyn)的試驗(yàn)條件為在最大額定工作電壓下的接通和分?jǐn)囝~定電流，試驗(yàn)時交流試驗(yàn)電路的功率因數(shù)為0.8，直流試驗(yàn)電路的時間常數(shù)為2ms，電壽命試驗(yàn)時的操作循環(huán)次數(shù)與操作頻率（每

9、小時操作循環(huán)次數(shù)）如表3所示。表3 低壓(dy)斷路器電壽命試驗(yàn)的操作循環(huán)次數(shù)殼架等級額定電流（A）操作循環(huán)次數(shù)（次）每小時操作循環(huán)次數(shù)（次）INm1001500120100INm3151000120315INm630100060630INm2500500202500INm50010注 1 表中給出的是最小操作頻率，如果制造廠同意，可以提高操作頻率。2 在每個操作循環(huán)(xnhun)期間，斷路器應(yīng)保持閉合足夠的時間，以保證通以全電流，但不超過2s。2、電壽命試驗(yàn)(shyn)時的安裝條件、電源及負(fù)載條件、環(huán)境條件進(jìn)行電壽命試驗(yàn)時，產(chǎn)品的安裝位置、試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)負(fù)載及周圍(zhuwi)空氣溫度等應(yīng)滿

10、足如下要求。（1）被試電器應(yīng)完全裝配好，并按正常工作位置安裝。電器的固定、試驗(yàn)架的支撐強(qiáng)度及連接導(dǎo)線均應(yīng)符合實(shí)際使用情況。（2）電磁式電器的操作線圈應(yīng)按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定施以相應(yīng)的電壓或電流進(jìn)行操作，交流控制電路不允許串聯(lián)阻抗來調(diào)整電壓。操作電壓或電流的允差為5%。（3）交流試驗(yàn)電源的電壓和負(fù)載電流的波形應(yīng)基本上是正弦波。（4）直流試驗(yàn)電源可以使發(fā)電機(jī)、蓄電池或三相橋式整流電源，其空載電壓的波紋系數(shù)應(yīng)不大于5%，接通直流電路時電流必須基本上按指數(shù)曲線上升。（5）對于AC-4類型試驗(yàn)，電源的容量和交流負(fù)載電路的瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性，應(yīng)與接通和分?jǐn)嘣囼?yàn)中的有關(guān)規(guī)定相同。（6）電壽命試驗(yàn)可在室溫下進(jìn)行。（7

11、）操作線圈的電源頻率應(yīng)為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的額定頻率，頻率允差為5%。2.2.3 試驗(yàn)方法1、電壽命試驗(yàn)方法(fngf)的一般規(guī)定（1）試驗(yàn)前，可以給被試電器的摩擦部分加潤滑油。除產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另外有規(guī)定外，在試驗(yàn)過程中，允許(ynx)每隔總操作次數(shù)的1/101/5對被試樣品進(jìn)行正常維護(hù)。正常維護(hù)內(nèi)容由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。一般內(nèi)容為：加潤滑油；在不拆卸產(chǎn)品零件的情況(qngkung)下（可以卸下滅弧罩），對整個產(chǎn)品進(jìn)行清潔工作，包括清除粉塵和對觸頭進(jìn)行清理。（2）試驗(yàn)時允許用手操作手動電器，也允許用專門的操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，但后者應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確地再現(xiàn)手動操作的條件。（3）應(yīng)采用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的操作頻率進(jìn)行試驗(yàn)，如操作頻

12、率對試驗(yàn)結(jié)果沒有影響，則允許提高試驗(yàn)操作頻率。2、試驗(yàn)電路1.主電路（1）對于電壽命試驗(yàn)條件中接通條件與分?jǐn)鄺l件相同的電器（如配電用及照明線路用低壓斷路器、AC-4類交流接觸器等），其電壽命試驗(yàn)的主電路與其進(jìn)行通斷能力試驗(yàn)時的主電路完全相同，由于試驗(yàn)時模擬被試電器的正常工作情況。所以負(fù)載阻抗應(yīng)接在被試電器之后，但在試驗(yàn)電源與被試電器之間允許接入不大于試驗(yàn)電路總阻抗值10%之前級阻抗。以限制被試電器在發(fā)生相間短路時的故障電流。電壽命試驗(yàn)時，由于負(fù)載阻抗值一般較大，所以在計(jì)算負(fù)載阻抗值時可以不必考慮電源內(nèi)阻抗。根據(jù)電壽命試驗(yàn)條件中規(guī)定(gudng)的電壓值、電流值及規(guī)律因數(shù)，負(fù)載電阻R及負(fù)載電感L

13、可由公式求得，即 （） （1-1） （1-2）式中 U電壽命試驗(yàn)條件中規(guī)定的接通(ji tn)或分?jǐn)嚯妷海?I電壽命(shumng)試驗(yàn)條件中規(guī)定的接通或分?jǐn)嚯娏?；cos電壽命試驗(yàn)條件中規(guī)定的接通或分?jǐn)鄷r電路的功率因數(shù)。（2）對于電壽命試驗(yàn)條件中接通條件與分?jǐn)鄺l件不相同的電器（如AC-3類型交流接觸器），由表1可以看出，其接通條件為I/IN=6、U/UN=1，分?jǐn)鄺l件為IC/IN=1、Ur/UN=0.17，由于其接通條件與分?jǐn)鄺l件不同，這就對試驗(yàn)電路提出了較高的要求。當(dāng)然，在電壽命試驗(yàn)中，直接用電動機(jī)作試驗(yàn)負(fù)載完全可以滿足上述試驗(yàn)條件，這樣，試驗(yàn)電路比較簡單，但它很不方便，因?yàn)檫@樣試驗(yàn)站必須有

14、一系列標(biāo)準(zhǔn)的電動機(jī)，試驗(yàn)過程也比較復(fù)雜，此外不便于均勻調(diào)節(jié)試驗(yàn)電流值，所以一般均以結(jié)構(gòu)簡單的電阻器與空心電抗器串聯(lián)作為負(fù)載，來模擬真實(shí)的電動機(jī)負(fù)載，這是，為了滿足表1所示的AC-3類型交流接觸器的試驗(yàn)條件，一般采用雙電源的試驗(yàn)電路，其主電路的接線原理圖如圖1所示。圖1 AC-3類型(lixng)電壽命試驗(yàn)主電路KC1、KC2控制(kngzh)接觸器（陪試接觸器）；KM被試接觸器；R負(fù)載電阻；L負(fù)載(fzi)電感圖1中用了兩套試驗(yàn)電源，其電壓分別為UN及UN/6。R與L的數(shù)值應(yīng)保證負(fù)載阻抗與電源電壓UN接通時，主電路的電流值為6IN，其計(jì)算公式為 （1-3） （1-4）式中 cos電壽命試驗(yàn)條件

15、中規(guī)定的功率因數(shù)。為了保證被試接觸器KM的接通和分?jǐn)鄺l件滿足表1的規(guī)定，控制接觸器KC1、KC2與被試接觸器KM的動作次序應(yīng)如圖2所示，圖中T為一個操作周期。圖2 控制接觸器KC1、KC2與被試接觸器KM的動作次序試驗(yàn)時，每一操作周期中，KC1首先閉合，然后被試接觸器KM閉合，使負(fù)載阻抗與電源接通，其接通電壓UN，接通電流為6IN，之后KC1斷開，把主電路分?jǐn)嗪?，KC2閉合，使負(fù)載阻抗與電源UN/6接通，此時主電路中電流剛好為IN，之后被試接觸器KM斷開把主電路分?jǐn)?，其分?jǐn)嚯妷簽閁N/6，分?jǐn)嚯娏鳛镮N，這樣，被試接觸器KM的接通條件與分?jǐn)鄺l件就滿足了表1的規(guī)定。這種雙電源的試驗(yàn)電路比較簡單，

16、目前各試驗(yàn)站應(yīng)用也廣泛(gungfn)，但它需要兩套試驗(yàn)電源，并且試驗(yàn)一臺接觸器要用兩臺控制接觸器，尤其是其中接觸器KC1要在UN時斷開(dun ki)6IN，極易損壞。同時其噪聲與弧光都很大，一般KC1的容量選擇為被試接觸器的3倍時，每試驗(yàn)10萬次就要消耗一臺，缺乏經(jīng)濟(jì)性。還由于KC1損壞很快，需要相當(dāng)頻繁的維修和更換，使試驗(yàn)工作繁重。為了克服上述缺點(diǎn)，可采用電力(dinl)半導(dǎo)體的交流接觸器電壽命試驗(yàn)裝置，即采用電力半導(dǎo)體來取代圖1中的KC1，從而減少了AC-3類型電壽命試驗(yàn)時陪試接觸器的消耗量，也減少了試驗(yàn)時的噪聲，還可使試驗(yàn)時的維修工作量大大減少。2.控制電路采用雙電源的試驗(yàn)電路時，接

17、觸器KM、KC1、KC2的動作次序應(yīng)如圖2所示，這就需要采用一套控制電路來保證其動作次序。常用的控制電路有以下幾種。（1）采用凸輪控制器的控制電路。該電路如圖3所示。圖3中，電動機(jī)M經(jīng)減速機(jī)構(gòu)來帶動凸輪控制器S，用凸輪控制器的觸頭S1、S2、S3分別控制接觸器KC1、KM及KC2的線圈。將凸輪控制器的觸頭S1、S2、S3的動作次序調(diào)整為與圖2相對應(yīng)，如圖4所示，這樣就可使接觸器KC1、KM、KC2按圖2所示的動作次序動作。圖4中T為一個操作周期。 （a） （b）圖3 采用(ciyng)凸輪控制器的控制電路（a）控制器的工作(gngzu)原理圖；（b）控制器控制電路圖Q電源開關(guān)；M電動機(jī)；S凸輪

18、(tln)控制器圖4 凸輪控制器觸頭的動作次序凸輪控制器每轉(zhuǎn)動一圈，被試接觸器操作一次，調(diào)節(jié)減速機(jī)構(gòu)之速比可以調(diào)節(jié)試驗(yàn)的操作頻率。這種控制電器具有線路簡單、操作頻率穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但其體積大，工作時有噪聲，并且凸輪控制器本身壽命不高，易于損壞。（2）接近開關(guān)式控制裝置。其原理示意圖如圖5所示。圖5中，電動機(jī)經(jīng)減速裝置帶動固定在轉(zhuǎn)軸上的3個圓盤(yun pn)轉(zhuǎn)動，圓盤上按要求之接觸器動作次序（見圖2）分別固定好金屬片，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到金屬片靠近接近開關(guān)檢測頭之位置時，接近開關(guān)輸出一個直流電壓，經(jīng)放大后加到一個中間繼電器的線圈上，繼電器的觸頭去控制接觸器的線圈。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到時，3個接近開關(guān)依預(yù)定的次序動作，

19、通過3個中間繼電器的觸頭K1、K2、K3去控制接觸器KC1、KM、KC2的線圈，使接觸器KC1、KM、KC2按圖2所示的動作次序動作。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，被試接觸器操作一次。電動機(jī)一般可用單相伺服電動機(jī)，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速或改變減速機(jī)構(gòu)的速比，均可改變試驗(yàn)的操作頻率。 （a） （b）圖5 采用接近開關(guān)(kigun)的控制裝置（a）控制(kngzh)裝置的工作原理圖；（b）控制裝置控制電路圖1電動機(jī)；2減速裝置；3接近開關(guān)；4圓盤；5金屬片；K中間繼電器由于接近開關(guān)壽命長，故減輕了試驗(yàn)站的維護(hù)工作，也減少了試驗(yàn)時的噪聲。（3）舌簧管式控制(kngzh)裝置。這種控制裝置的工作原理與接近開關(guān)式控制裝置大致相同，不過它利用了舌簧管額觸頭簧片在永磁鐵吸引下動作，而當(dāng)舌簧管與永磁鐵間用一個鐵磁性材料（如硅鋼片）隔開時，舌簧管中觸頭簧片釋放的原理?？刂?kngzh)裝置的示意圖如圖6所示。圖6 采用舌簧管的控制(kngzh)裝置1電動機(jī)；2橡皮輪；3滾花摩擦減速輪；4硅鋼片；5鋁盤；6舌簧管；7永磁鐵；8底盤圖6所示裝置用一個低速電動機(jī)通過摩擦減速輪帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上按需要可安裝3個或更多鋁盤，每個鋁盤兩側(cè)分別固定了永磁鐵及舌簧管。根據(jù)圖2所示的接觸器動作次序的要求，在各個鋁盤的不同位置上貼上不同尺寸的硅鋼片。在鋁盤旋轉(zhuǎn)一周中，未被