空铁芯电感负载对开关寿命试验影响
空铁芯电感负载对开关寿命试验影响
陈卫东
（浙江省质量检测科学研究院      杭州    310018）
Impact of Air Core Inductive Load on Switch Life Test
目前国内检测机构电器附件开关寿命试验的负载一
般有两种：空芯感性负载和铁芯感性负载。在产品寿命云南虫谷剧情
测试其他相同并符合标准规定的条件情况下，试验中发
现，使用不同类型感性负载的设备，开关寿命合格率存
怎么显示隐藏文件夹在截然不同的检测结果，一般情况下，用铁芯感性负载
比用空芯感性负载合格率要高。为研究空铁芯感性负载
对开关电寿命的真实影响，笔者专门建了一套由Labview
图形软件监控的空铁芯感性负载无人值守的控制柜装
置，以开展对比研究。
1 比对试验条件
1.1 按标准试验条件对10A的电器附件开关进行正常
操作比对试验
1.1.1 负载电流波形要求：
国际标准IEC 60669-1：2000t和国标GB 16915.1-
2003规定：开关寿命试验负载可以使用空芯电感；如果
电流波形为基本正弦波形也可以使用铁芯电感器。实际
比对装置负载电流波形如图1和图2所示。
1.1.2 试验参数允许偏差：
、
摘要：为使电器附件开关寿命比对试验条件能较好地符合IEC和GB有关标准要求，建了一套由
Labview图形软件监控的空铁芯感性负载无人值守的控制柜装置，比对试验核心是对开关触点电寿命的影响。
关键词：铁芯电感；空芯电感；开关；寿命比对试验；Labview 监控；触点mV
压降；触点断开电弧
Abstract：In order to make the life comparison test conditions of electric accessory switch can better meet the re-quirements of relative standards, we built a set of air core Labview image software to monitor the load control device unattended. Comparison test of air core inductor core load is compared to the electrical life of switch contacts.
Key words：iron core inductors; air core inductors; switch; comparison test; Labview monitoring; contact mV drop; contacts open arc
图1  铁芯负载电流波形为基本正弦波，其失真度为：1.0%
图2  空芯负载电流波形为基本正弦波，其失真度为：1.0%
触点最重要的影响因素，触点断开电弧温度可达1000℃以上，而铜的熔点温度为1083℃，触点在电弧高温下氧化，发黑，表面凹凸，接触电阻和功耗逐渐增大，直至触点熔焊。
2 比对试验系统结构框图（如图3）
cosφ=0.6±0.05。
比对装置设置试验参数偏差超限控制：Un±2%、In
±2%、cosφ=0.6±0.02。1.1.3 通断周期
GB 16915.1第19条正常操作规定：
“通”的时间应为整个周期时间的（2505
+）%，而“断”的时间则为整个周期时间的（7550
连忙的近义词-）%。
比对装置实际设置通断周期为：通1s，断3s。4s周期时间内，T试样（铁芯感性负载试样）NO1s,OFF1s，接着K试样（空芯感性负载试样）NO1s，OFF1s，依次交替循环运行。
1.1.4 比对试验环境：比对试样均安装在没有热源的同一室温环境中。
1.1.5 比对试验电源：比对试样共用同一供电电源。1.1.6 用继电器试样代替电器附件试样
开关空铁芯感性负载寿命比对试验，实质是开关触点的电寿  命比对试验。因此必须排除由于开关操作和人工安装的机械因素影响，于是采用24V直流电控制的继电器，代替同规格电器附件开关进行试验，并且设置24V继电器工作电压24V±0.24V超限控制。
1.1.7 用铜触点继电器代替银合金触点继电器继电器寿命额定寿命在105以上，且常规继电器寿命合格率一般都在95%以上，用铜触点继电器代替常规继电器，可在几千周期内获得比对试验结果。试验省钱，
省时，快出比对结果。1.1.8每隔50个小周期增设1个大周期，用来采集开关触点寿命mV压降，触点mV压降可间接反映开关触点接触质量的情况。mV压降采集设在大周期中，是因为智能显示mV表采样需要2s以上时间。大周期时间为10s，K,T 试样交替通断，其中T ：NO 4s，OFF 1s；K： NO 4s，OFF 1s。
1.1.9比对试验过程中采样电流波形同时采集触点断开电弧波形。
开关负载参数是影响触点寿命的重要参数，在250V 电压，10A负载电流条件下，触点断开电弧是影响开关
图3  开关空铁芯感性负载寿命比对试验系统结构框图
3 比对试验控制流程图（如图4）
4 空铁芯感性负载开关寿命试验比对结果汇总
从表1和表2比对试验结果得知：（1）寿命终止原因：全是触点熔焊；
（2）铁芯感性负载试样比空芯负载试样平均寿命长603周期数；
（3）铁芯感性负载试样比空芯感性负载试样平均
试样寿命周期数试样寿命周期数试样寿命周期数12567112613212603226311226082225983265813267823256342513142642242575525241526132525886251816254626259472607172576272581825871826012826079256119258129261810252920259330
2642
30试样平均寿命试验周期数：2591
试样寿命周期数试样寿命周期数试样寿命周期数13128113115213229231091231522231953321713321923320743182143221243216531541531982533096318216316226325173212173225273164831571832432832419321819311529321610318820322130
3181
30试样平均寿命试验周期数：3194
表1  空芯30试样感性负载寿命试验周期数情况表2  铁芯30试样感性负载寿命试验周期数情况寿命长18.9% [（铁芯负载平均寿命周期数-铁芯负载平均寿命周期数）/铁芯负载平均寿命周期数] ×100% = [（3194-2591）/3194] ×100%≈18.9%。寿命差异明显。
5 分析原因
开始
系统初始化
铁芯出错？
空心计数达50次整数倍？
空心通4秒断1秒
是
铁芯计数达50次整数倍？
否铁芯通4秒断1秒
是空心出错？
否
是铁芯通1秒断1秒
否
空心通1秒断1秒
小龙虾尾的做法大全
否铁芯出错断开控制继电器报警
是
铁芯出错
断开控制继电器报警
是
铁芯计数+1铁芯计数达20000次？
铁芯出错
空心计数+1空心计数达20000次？
空心出错
是同时出错？
断开所有继电器报警、断电
是结束
否
是否
否
保存参数
参数异常？
读取并保存mv
压降
参数异常？
读取并保存mv
压降保存参数计算并保存电弧幅值
是
图4  比对试验控制流程图
图5  铁芯负载试样试验过程中触点mV 压降散点图
图6  空芯负载试样试验过程中触点mV 压降散点图
5.1 从典型的触点mV降曲线情况分析
从图5和图6的试验过程 mV压降变化情况可发现如下
规律：
（1）从起始mV压降，都在300 mV~400 mV之间，二者没有多大差别。
（2）mV压降上升速度差别明显，到1000试验周期时：
铁芯负载试样触点mV升为700mV左右；空芯负载试样触点mV升为800mV左右。
空芯负载试样mV压降上升速度比铁芯负载试样快100 mV左右。
（3）1000周后mV压降平均波动范围差别明显：铁芯负载试样在600mV~900mV范围内波动；空芯负载试样在700mV~1000mV范围内波动.1000周试验后，空芯负载试样平均mV压降波动高度比铁芯高100mV左右。
（4）从最高mV压降情况比较：
铁芯负载试样最高到达900mV 压降是3次；空芯负载试样最高到达1000mV压降是2次。从（2）~（4）mV增长趋势比较结果，得知空芯负载试样的mV压降增长趋势明显比铁芯负载试样快而高。
说明监控开关试验过程中触点mV压降的方法，是一种值得推广的间接监控开关电寿命的方法。
5.2 从触点断开电弧影响分析
在感性负载条件下，开关断开电弧比开关接通和触点弹跳电弧强得多，开关触点断开电弧是造成触点熔焊的主要原因。
图7中，箭头所指的波形是10A正弦电流波形触点断开时的电弧波形。
从电弧电流波形的幅值看，触点断开电弧波形的幅值约为断开前电流波形幅值的1/3。对于电流10A，压降800mV触点的功耗为8W。如果上图中的电弧幅值按10A 正弦波幅值的1/3估算，其电弧波形有效值按10A电流的5%计算，即电弧电流有效值为0.5A，而产生电弧的电压至少是250V，对于电感负载电流断开时的反电动势，叠加电压可能高达到500V，于是触点断开电弧的功耗可高达(250V×0.5A) ~ (500V×0.5A)=125W~250W，，是开关触点
图7  10A
开关断开电弧波形
图8  试验前触点照片
图9  试验后触点熔焊照片
mV压降功耗的15~30倍，只是持续持续时间ms级的，但在触点极间产生的温度很高，最高可达千度以上，足以超过1083℃铜的熔点温度。
电路电压不低于10V ~20V ，电流不小于80m A ~100mA，就会产生电弧，开关工作电压越高，电流越大，产生的电弧功率越大，温度越高。
开关触点，在电弧高温下触点表面逐渐发黑氧化，开关触点电阻随着试验次数增加慢慢递增，最后造成触点间熔焊。开关触点断开电弧强弱还与断开瞬间电流相位有关，因此断开电弧随瞬间电流相位而变。
总之，开关寿命试验中，触点断开电弧的强弱是影响开关电试验寿命的最主要因素。
图8和图9 为本次开关寿命试验前和试验后触点状态
cf名字符号照片。
5.3 空铁芯电感优缺点（见表3）
6 结论
虽然开关铁芯感性负载寿命合格率比空芯感性负载高，但考虑到空芯感性负载波形好，不受磁滞和涡流的影响，考虑对执行标准从严要求，建  议企业及相关检测机构选用空芯感性负载作为试验设备。
电感类别
优点
缺点
空芯电感空气磁导率μ0线
性，正弦波，波形
保险费怎么算基本无失真
体积大、安装条件受铁磁材料和金属材料影响
铁芯电感体积小，在不饱和
情况下正弦波失真
较小易磁饱和，有磁滞损耗和涡流损耗，磁饱和时波形失真严重，磁导率μ非线性
表3  空铁芯电感优缺点
参考文献
[1]GB 16915.1-2003, 家用和类似用途固定式电气装置的开关  第1部分：通用要求[S].
[2]IEC 60669-1:2000, Switches for household and similar fixed-electrical installations Part 1:General requirements[S].
{INT0IE=0; INT0IF=0;//关外部中断0、请标志位switch(ps2_Rec_Cnt) //判断接收到第几位数据{//接收处理代码{
{Rec_Array[RevNum]=Rec_Value;RevNum++; ps2_Rec_Cnt= 0;if(Rec_Value==0X5A)//接收完判断
{ Rec_Finish_Flag++;}if(Rec_Finish_Flag==2)
{ Rec_Finish_Flag=0;Rec_OK_Flag=1;//接收完}}  break;default:break;
} INT0IE=1; //开外部中断0}
4 结束语
本文主要分析了PS/2通信协议, 设计并实现基于PIC18F6720单片机的模拟键盘接口。条形码的解码在单片机处理上采用中断方式，以便提高系统的实时性，而且简单的接口电路便能实现对条码设备的数据读取。该模拟键盘接口也可以作为一个子模块嵌入到其它设备仪器和工控系统上, 增加了与PC 机通信的途径。智能识别技术是自动化领域的一个发展和应用方向，用单片机来代替PC 机的工作，可以大大减少生产成本，可靠性也较高，无疑将促进自动化测试技术和自动化仪表技术的发展。
参考文献
[1] Adam Chapweske ,Roy Show  PS/2 技术参考 [Z]. 2002-11-2.[2]徐晓．汪道辉．标准PS ／2键盘与单片机的接口设计[J]．中国测试技术, 2005,(01)：89～91.
[3]何立民．单片机应用系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社. 1990．
[4]孙安青 PIC 单片机实用C 语言程序设计与典型实例 [M]．北京：中国电力出版社．2008.
[5]李江伟, 汪锐, 汪仁煌. 键盘接口在单片机系统与PC 机通信中的应用[J]. 电子技术应用，2001, 3: 23 - 24.
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