电寿命试验

2.2电寿命试验2.2.1概述电器的电寿命是指在规定的接通和分断条件下，电器不需维修和不需更换任何零部件所能承受的有载操作次数。电器的电寿命试验时被试电器的触头（对接触器、低压断路器等电器来说，是指它们的主触头）是按产品标准中所规定的试验条件来接通和分断电路的（除此之外，接触器、低压断路器等电器还应按其产品标准中规定的试验条件进行其辅助触头的电寿命试验）。各种电器的产品标准中，除了规定其电寿命试验的试验条件外，还规定了其电寿命的次数，电器产品电寿命试验的目的就是为了考核电器在规定的试验条件下能否达到规定的电寿命次数。2.2.2试验条件1、电寿命试验的接通与分断条件对于接触器，GB14048.4-2003规定了不同使用类型时验证其电寿命的接通和分断条件，如表1所示。表1不同使用类型时接触器验证电寿命的接通和分断条件电流种类使用类型代号额定工作电流（A）接通分断I/INU/UNcosφ或L/R(ms)Ic/INUr/UNCosφ或L/R(ms)ACAC-1全部值110.95110.95AC-2全部值2.510.652.510.65AC-3IN≤17610.6510.170.65IN＞17610.3510.170.35AC-4IN≤17610.65610.65IN＞17610.35610.35DCDC-1全部值111111DC-2全部值2.5122.512DC-3全部值2.517.52.517.5注cosφ的误差为±0.05，L/R的误差为±15%，试验电流的误差为±5%，试验电压的误差为±5%。I—接通电流；IN—额定工作电流；U—外施电压；UN额定工作电压；IC—分断电流；Ur—工频或直流恢复电压。接触器主触头使用类型的典型用途如表2所示。表2主触头的使用类型电流种类使用类型代号典型用途举例ACAC-1无感或微感负载，电阻炉AC-2线绕转子电动机起动、分断AC-3笼型异步电动机的起动、运转分断AC-4笼型异步电动机的起动、反接制动与反向、点动DCDC-1无感或微感负载，电阻炉DC-3并励电动机的起动、反接制动与反向、点动DC-5串励电动机的起动、反接制动与反向、点动表1中AC-3类型的电寿命试验条件是根据用交流接触器来控制电动机进行正常工作时（即起动及在运转中断开笼型电动机）的实际接通和分断情况来制定的。在笼型电动机起动瞬间，它相当于一个二次侧短路的变压器，所以电动机的起动电流比较大，一般均大于6倍电动机的额定电流，由于在起动笼型电动机时，电器的接通电流就是电动机的起动电流，所以电器电寿命试验的接通条件定为I/IN=6、U/UN=1。如正常运转时电动机带额定负载，电动机定子电流等于其额定电流，则在运转中断开电动机时，电器触头断开的电流就是电动机的额定电流，故电器电寿命试验的分断条件中IC/IN定为1。下面再来分析运转中断开笼型电动机时电器触头上的电压，当电动机定子绕组断电瞬间，由于转子绕组对于电动机的磁路来说相当于一个短路线圈，所以它就立即感应出一个电流来阻止电动机磁路中主磁通的消失，这个转子电流产生一个磁通，此磁通相对于转子时静止的，但对于定子绕组来说，这个磁通相当于一个转速等于转子转速n的旋转磁场，这个旋转磁场切割定子绕组，在定子绕组中感应出电动势E，这个电动势在电动机绕组刚断电瞬间的大小与电压U相近，以后按指数规律衰减，其频率f=np/60，它小于电源电压的频率，且随着转子转速n的减小而降低。在电动机定子绕组断电瞬间，电器动、静触头间的电压Ur等于电源电压U与定子绕组感应电动势E瞬时值之和，由于在电动机定子绕组断电瞬间定子绕组感应电动势E的方向正好与电源电压U的方向相反，其大小又与电源电压相近，所以在电动机定子绕组断电瞬间电器动、静触头间电压Ur的瞬时值接近于零，根据有关资料里的实测数据，这个电压值不超过0.17UN，据此，交流接触器电寿命试验分断条件中之Ur/UN定为0.17。接触器电寿命的次数的确定原则是：从使用的角度出发，电寿命次数如能接近机械寿命的次数当然最好，但在电寿命试验时，与电器的其他零部件相比，触头部分的磨损更为厉害，除了由于在触头断开和闭合过程中动、静触头间的碰撞与摩擦产生机械磨损外，还由于电的原因造成了触头的电磨损。触头在断开电路时一般都会产生电弧，电弧的高温使触头表面金属材料熔化，由于磁场和气流等作用，熔化了的触头金属材料向周围喷射而散失，这就造成了触头断开过程中的电磨损，触头的电磨损不但产生在断开过程，在闭合过程中也会产生，这是由于在闭合过程中一般会产生触头弹跳，触头弹开时动、静触头间出现的金属桥及短弧都会使触头金属散失而造成触头闭合过程中的电磨损。随着触头磨损的增加，触头的厚度逐渐减小，触头的超程及终压力也随之逐渐减小，从而使触头温升逐渐增高。当触头磨损到一定程度使触头温升超过标准规定的允许数值或触头超程减小到接近于零，使触头间不能可靠接触时，这个触头就不能再使用了，所以电器的电寿命试验主要是考核电器在正常工作时触头的电气耐磨性。由此可见，触头在闭合和断开过程中不但有机械磨损，同时又电磨损，而且电磨损时主要的，所以如要求电器的电寿命次数接近其机械寿命次数是很难达到的，这势必要求触头的厚度及超程都设计的很大，使设计很不合理，有时甚至是很难达到。所以议案接触器的电寿命次数都规定的比其机械寿命次数小得多，但一般应不小于接触器机械寿命次数的1/20，其数值应在产品标准中予以规定。对于低压断路器，GB14048.2-2001规定：断路器电寿命试验的试验条件为在最大额定工作电压下的接通和分断额定电流，试验时交流试验电路的功率因数为0.8，直流试验电路的时间常数为2ms，电寿命试验时的操作循环次数与操作频率（每小时操作循环次数）如表3所示。表3低压断路器电寿命试验的操作循环次数壳架等级额定电流（A）操作循环次数（次）每小时操作循环次数（次）INm≤1001500120100﹤INm≤3151000120315﹤INm≤630100060630﹤INm≤2500500202500﹤INm50010注1表中给出的是最小操作频率，如果制造厂同意，可以提高操作频率。2在每个操作循环期间，断路器应保持闭合足够的时间，以保证通以全电流，但不超过2s。2、电寿命试验时的安装条件、电源及负载条件、环境条件进行电寿命试验时，产品的安装位置、试验电压、试验负载及周围空气温度等应满足如下要求。（1）被试电器应完全装配好，并按正常工作位置安装。电器的固定、试验架的支撑强度及连接导线均应符合实际使用情况。（2）电磁式电器的操作线圈应按产品标准的规定施以相应的电压或电流进行操作，交流控制电路不允许串联阻抗来调整电压。操作电压或电流的允差为±5%。（3）交流试验电源的电压和负载电流的波形应基本上是正弦波。（4）直流试验电源可以使发电机、蓄电池或三相桥式整流电源，其空载电压的波纹系数应不大于5%，接通直流电路时电流必须基本上按指数曲线上升。（5）对于AC-4类型试验，电源的容量和交流负载电路的瞬态恢复电压特性，应与接通和分断试验中的有关规定相同。（6）电寿命试验可在室温下进行。（7）操作线圈的电源频率应为产品标准中规定的额定频率，频率允差为±5%。2.2.3试验方法1、电寿命试验方法的一般规定（1）试验前，可以给被试电器的摩擦部分加润滑油。除产品标准另外有规定外，在试验过程中，允许每隔总操作次数的1/10~1/5对被试样品进行正常维护。正常维护内容由产品标准规定。一般内容为：①加润滑油；②在不拆卸产品零件的情况下（可以卸下灭弧罩），对整个产品进行清洁工作，包括清除粉尘和对触头进行清理。（2）试验时允许用手操作手动电器，也允许用专门的操作机构进行操作，但后者应当准确地再现手动操作的条件。（3）应采用产品标准规定的操作频率进行试验，如操作频率对试验结果没有影响，则允许提高试验操作频率。2、试验电路1.主电路（1）对于电寿命试验条件中接通条件与分断条件相同的电器（如配电用及照明线路用低压断路器、AC-4类交流接触器等），其电寿命试验的主电路与其进行通断能力试验时的主电路完全相同，由于试验时模拟被试电器的正常工作情况。所以负载阻抗应接在被试电器之后，但在试验电源与被试电器之间允许接入不大于试验电路总阻抗值10%之前级阻抗。以限制被试电器在发生相间短路时的故障电流。电寿命试验时，由于负载阻抗值一般较大，所以在计算负载阻抗值时可以不必考虑电源内阻抗。根据电寿命试验条件中规定的电压值、电流值及规律因数，负载电阻R及负载电感L可由公式求得，即cos3UR（）（1-1）211cos(H)3143ULI（1-2）式中U——电寿命试验条件中规定的接通或分断电压；I——电寿命试验条件中规定的接通或分断电流；cosφ——电寿命试验条件中规定的接通或分断时电路的功率因数。（2）对于电寿命试验条件中接通条件与分断条件不相同的电器（如AC-3类型交流接触器），由表1可以看出，其接通条件为I/IN=6、U/UN=1，分断条件为IC/IN=1、Ur/UN=0.17，由于其接通条件与分断条件不同，这就对试验电路提出了较高的要求。当然，在电寿命试验中，直接用电动机作试验负载完全可以满足上述试验条件，这样，试验电路比较简单，但它很不方便，因为这样试验站必须有一系列标准的电动机，试验过程也比较复杂，此外不便于均匀调节试验电流值，所以一般均以结构简单的电阻器与空心电抗器串联作为负载，来模拟真实的电动机负载，这是，为了满足表1所示的AC-3类型交流接触器的试验条件，一般采用双电源的试验电路，其主电路的接线原理图如图1所示。图1AC-3类型电寿命试验主电路KC1、KC2—控制接触器（陪试接触器）；KM—被试接触器；R—负载电阻；L—负载电感图1中用了两套试验电源，其电压分别为UN及UN/6。R与L的数值应保证负载阻抗与电源电压UN接通时，主电路的电流值为6IN，其计算公式为cos3NNURI（1-3）211cos3143NNULI（1-4）式中cosφ——电寿命试验条件中规定的功率因数。为了保证被试接触器KM的接通和分断条件满足表1的规定，控制接触器KC1、KC2与被试接触器KM的动作次序应如图2所示，图中T为一个操作周期。图2控制接触器KC1、KC2与被试接触器KM的动作次序试验时，每一操作周期中，KC1首先闭合，然后被试接触器KM闭合，使负载阻抗与电源接通，其接通电压UN，接通电流为6IN，之后KC1断开，把主电路分断后，KC2闭合，使负载阻抗与电源UN/6接通，此时主电路中电流刚好为IN，之后被试接触器KM断开把主电路分断，其分断电压为UN/6，分断电流为IN，这样，被试接触器KM的接通条件与分断条件就满足了表1的规定。这种双电源的试验电路比较简单，目前各试验站应用也广泛，但它需要两套试验电源，并且试验一台接触器要用两台控制接触器，尤其是其中接触器KC1要在UN时断开6IN，极易损坏。同时其噪声与弧光都很大，一般KC1的容量选择为被试接触器的3倍时，每试验10万次就要消耗一台，缺乏经济性。还由于KC1损坏很快，需要相当频繁的维修和更换，使试验工作繁重。为了克服上述缺点，可采用电力半导体的交流接触器电寿命试验装置，即采用电力半导体来取代图1中的KC1，从而减少了AC-3类型电寿命试验时陪试接触器的消耗量，也减少了试验时的噪声，还可使试验时的维修工作量大大减少。2.控制电路采用双电源的试验电路时，接触器KM、KC1、KC2的动作次序应如图2所示，这就需要采用一套控制电路来保证其动作次序。常用的控制电路有以下几种。（1）采用凸轮控制器的控制电路。该电路如图3所示。图3中，电动机M经减速机构来带动凸轮控制器S，用凸轮控制器的触头S1、S2、S3分别控制接触器KC1、KM及KC2的线圈。将凸轮控制器的触头S1、S2、S3的动作次序调整为与图2相对应，如图4所示，这样就可使接触器KC1、KM、KC2按图2所示的动作次序动作。图4中T为一个操作周期。（a）（b）图3采用凸轮控制器的控制电路（a）控制器的工作原理图；（b）控制器控制电路图Q—电源开关；M—电动机