开关触头电寿命预测方法分析

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继电器触头电寿命诊断..

继电器触头电寿命诊断..

燃弧时间随操作次数变化图
在0-16700期间,触点工作正常;直到94922次出 现持续燃弧,电流分不断的情况;之后持续燃弧的 现象频繁出现,触点不能可靠分合电路
参考文献
[1]魏梅芳,阳靖,李震彪,吴细秀. 继电器电寿命测试系统设计[J]. 低压电 器,2008,03:26-28+32. [2]杜太行,侯全山,张勇,聂鑫鹏. 基于LabVIEW的交流负载继电器电寿 命试验系统测控技术[J]. 低压电器,2008,21:48-51.
具体做法是,对继电器电寿命试验中的电流、电压波形进行分
析,提取波形中的燃弧时间作为特征量,研究这个波形参数与触 点电寿命之间存在的关系。
开断燃弧时间 的提取方法
Im I m 1 I m I m 1 3
燃弧时间随操作次数变化图
从图上可以看出,在出现持续燃弧现象之前,分 断燃弧时间和操作次数基本无关,基本上保持相等 的燃弧时间
例如,一旦出现触点熔(冷)焊、动静触点之间有金属桥或 被污染物粘连、燃弧时间过长,甚至持续燃弧等情况,这 些情况都会在电流、电压波形上很直观的表现出来
分断过程中出现短时熔焊 导致电路处于大电流状态
闭合过程中的弹跳现象
3、继电器触头电寿命试验的实现
实现:结合基于LabVIEW的虚拟仪器技术,进行继电器电 寿命试验,采集大量的电路通断过程中触头两端的电流和电 压波形信号,通过对这些波形数据的分析和处理,提取敏感 反映触头电寿命的特征因子,建立触头电寿命与电流电压波 形特征之间的联系。 LabVIEW(实验室虚拟仪器工程平台),是一种程序开 发环境,能够提供很多外观与传统仪器(如示波器、万用表 )类似的控件,可用来方便地创建用户界面。它与其他计算 机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的 语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言编写程 序,产生的程序是框图的形式。

基于触头分断/闭合电流波形的电寿命预测

基于触头分断/闭合电流波形的电寿命预测

0 引 言
开关 电器广 泛 应 用 于 分 断/ 闭合 电路 中 的 电 压/ 电流 , 可靠 性直 接影 响整 个 电力 系统 的可靠 其
态 _ 、 触 电 阻法 ]触 头运 动 过程 中 的信号 特 2 接 ] 、
征 _来 预 测 寿命 。但 这 些 方 法 都 难 以 实 时 反 映 5 触 头剩余 电寿命状 态 。 因此 , 要 寻找 一种通 用 、 需 合 理 的 , 反映 开关 电器 触 头 实 时 剩 余 电寿命 的 能
W I i n L hn io , Y N i E f g , IZ eba Me a A GJ g , n Xxu i 。 i
( .C nrl riigD p r n ,H n nE etcP w r o p n ,C a gh ,C ia 1 e t ann e at t u a l r o e m a y h n sa4 1 1 hn ; aT me ci C 1 03
Absr c t a t:Ai ig a ha n r n e p e c in o lcrc c ntc sm o ty b s d o h ea in bewe n eo m n tt te du a c r dito fee ti o a ti sl a e n t e r lto t e r — so e r e a d c rnt w n ur n e o lcrc c n a td a no i nd pr d cin m eh d t a o tc i tm e in d g e n ure ,a ne e d a c fee ti o t c ig ssa e ito t o h tc na tlf i e wa e it d b i e e c h r ce itc o r u e n he b e k n /ma i g p o e swa e e t d S n spr dc e y tme s qu n e c a a trsi fa c c r nti t r a i g k n r c s spr s n e . o e —

基于触头分断_闭合电流波形的电寿命预测

基于触头分断_闭合电流波形的电寿命预测
[ 3] ! HAMM ERSCHM IDT M, N EUHAU S A R, R IEDER W F. The Effect o fM a teria l T ransfer in R e lays D iag nosed by Fo rce and /or V o ltage M easurem ent [ J ]. IEEE T ransac tions on Components and P ackag ing T echno log ies, 2004, 27( 1): 12 18.
K ey words: electrical con tac t; endurance predic tion; curren t waveform
0! 引 ! 言
开关电器广泛应用于分断 /闭合电路中的电 压 /电流, 其可靠性直接影响整个电力系统的可靠 运行, 而触头是开关电器的重要部件之一, 故研究 触头的电寿命对于开关电器的可靠性有着非常重 要的作用 [ 1] 。
目前, 国内外对触头电寿命的预测主要基于 磨损量和电流的关系, 包括利用触头表面机械状
态 [ 2, 3] 、接触电阻法 [ 4 ] 、触头运动过程中的信号特 征 [ 5] 来预测 寿命。但这 些方法都难以实 时反映 触头剩余电寿命状态。因此, 需要寻找一种通用、 合理的, 能反映开关电器触头实时剩余电寿命的 预测监测方法。
3! 结 ! 语
在本文的试验条件下, 通过对分断电流电压 波形中特征量的统计分析, 随着操作次数的增加, 特征量随操作次数的变化规律如下:
( 1) 分断燃弧时间随着操作次数的增加未表 现出明显的变化规律。
( 2) 分断燃弧时间存在突变现象, 即在出现 长燃弧和持续燃弧之前分断燃弧时间没 通用低压电器篇

开关触头电寿命预测方法分析

开关触头电寿命预测方法分析

开关触头电寿命预测方法分析2006-7-5 15:24:19 【文章字体:大中小】打印收藏关闭一、引言开关电器的可靠性直接影响整个电力系统的可靠性。

电触头是开关电器的关键部件之一,其性能直接关系到电器的整体电性能,故研究触头的电寿命对故障诊断和系统维修等具有重要作用。

目前,国内外对电寿命的预测方法主要包括表面粗糙度法、有效接触距离法、接触电阻法、簇射电弧法、燃弧参数统计分析法、质量损耗法、频谱分析法、多变量寿命预测法等。

但是,上述方法都难以实时反映触头剩余电寿命状态。

因此,需要寻找一种通用、合理、能反映开关电器触头实时剩余电寿命的预测方法。

二、利用触头表面机械状态预测电寿命本方法主要利用触头开闭过程中表面机械状态与操作次数N的关系预测电寿命。

(一)表面粗糙度法电磁继电器在DC 10V,操作107次,分断感性负载的情况下,通过激光显微镜测量出每次开闭后的表面粗糙度,建立表面粗糙度与N的关系,进而预测触头的电寿命。

结果表明,随着N的增加,触头表面粗糙度H会发生变化。

由图1可知,操作105次后,触头允许的最大粗糙度H max迅速增加,具体关系为式中H maxa——阳极最大粗糙度H max,c——阴极最大粗糙度N——操作次数若H max,a和H max,c超过允许的最大值,就认为触头失效,从而就能预测出触头的电寿命。

其中,H max可由试验得出。

Hmaxc与N的关系(见图2)。

其中,曲线1表示DC100 V,曲线2表示DC 0 V。

可见,用H预测电寿命的方法具有不确定性。

(二)有效接触距离法通过常开触头的有效接触距离与N的关系预测触头电寿命的方法。

有效接触距离是指触头完全打开时动、静触头间的距离。

触头的有效接触距离是吸合时间和释放时间的函数(见图3)。

吸合时间是指从线圈通电时刻起到常开触头第1次闭合的时间间隔。

释放时间是指从线圈断电到常开触头第1次打开的时间间隔。

通过测得每次操作过程中的吸合时间和释放时间,计算出有效接触距离,从而找出有效接触距离随操作次数的变化规律(见图4)。

隔离开关电寿命预测模型建立

隔离开关电寿命预测模型建立

隔离开关电寿命预测模型建立隔离开关电寿命预测模型建立隔离开关电寿命预测模型是一种用于估计隔离开关设备寿命的工具,该模型可以帮助我们预测设备的使用寿命,并采取必要的维护和保养措施。

在本文中,我将逐步介绍建立隔离开关电寿命预测模型的过程。

第一步:收集数据建立预测模型的第一步是收集相关的数据。

我们需要收集隔离开关设备的历史运行数据,包括设备的使用时间、维护记录和故障情况等。

此外,还需要收集与设备寿命相关的其他因素,如环境条件和使用频率等。

数据的质量和数量对模型的准确性至关重要,因此需要确保收集到充分和准确的数据。

第二步:数据预处理在建立模型之前,我们需要对收集到的数据进行预处理。

首先,需要对数据进行清洗,删除重复、缺失或错误的数据。

然后,我们可以对数据进行归一化处理,以便将不同尺度的数据统一到相同的范围内。

此外,还可以进行特征选择,选择与设备寿命相关的最重要特征,以提高模型的性能和效果。

第三步:选择合适的模型在建立预测模型之前,需要选择合适的算法或模型。

常见的模型包括线性回归、决策树、支持向量机和神经网络等。

选择模型时,需要考虑数据的特点和问题的复杂程度。

对于隔离开关电寿命预测模型,可以尝试多种模型,比较它们的性能和准确率。

第四步:模型训练和评估在选择好模型后,我们需要使用收集到的数据对模型进行训练。

训练时,将数据分为训练集和测试集。

将训练集输入模型进行训练,然后使用测试集对模型进行评估。

评估模型可以使用各种指标,如均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R-squared)等。

第五步:模型优化和验证模型训练和评估之后,我们可以对模型进行优化和验证。

优化模型包括调整模型参数、增加特征数量或改进数据预处理方法等。

验证模型可以通过交叉验证等方法来验证模型的泛化能力和稳定性。

通过不断优化和验证模型,可以提高模型的准确性和可靠性。

第六步:应用模型当模型训练和验证完成后,我们可以将其应用于实际的隔离开关设备中。

高压隔离开关的可靠性评估与寿命预测

高压隔离开关的可靠性评估与寿命预测

高压隔离开关的可靠性评估与寿命预测引言:高压隔离开关是电力系统中重要的设备之一,其作用是在电力系统中切断或接通电力线路。

为了确保电力系统的可靠运行,高压隔离开关的可靠性评估与寿命预测变得尤为重要。

本文将对高压隔离开关的可靠性评估方法和寿命预测技术进行探讨,并分析其在电力系统中的应用价值。

一. 高压隔离开关的可靠性评估方法1. 故障树分析法故障树分析法是一种常用的可靠性评估方法,它通过将故障现象分解为基本事件,并利用逻辑门的运算关系,构建出整个系统的故障树模型。

通过计算故障树的顶事件概率或可靠性指标,可以评估高压隔离开关的可靠性水平。

2. 统计分析法统计分析法是通过对历史数据进行统计分析,得到高压隔离开关的故障率、失效模式和失效原因等信息。

通过分析故障率趋势,可以评估高压隔离开关的寿命分布和可靠性水平。

常用的统计分析方法包括:韦伯分布、指数分布和寿命分布函数等。

3. 可靠性增长法可靠性增长法是一种基于故障数据和运行数据的评估方法。

通过监测高压隔离开关的故障数据和运行数据,建立故障率增长模型,预测未来一段时间内的故障率和可靠性水平。

二. 高压隔离开关的寿命预测技术1. 加速寿命试验加速寿命试验是通过提高高压隔离开关的工作条件或采用特殊的试验方法,以快速获得设备失效的数据。

试验结果可以用于推算高压隔离开关在实际工作条件下的寿命。

常用的加速寿命试验方法包括:高温试验、高湿试验和过电压试验等。

2. 可靠性物理模型可靠性物理模型是根据高压隔离开关的工作原理、失效模式和失效机理建立的数学模型。

通过考虑各种因素的影响,包括温度、湿度、负荷电流等,可以预测高压隔离开关的寿命。

常用的可靠性物理模型包括:Arrhenius模型和Weibull模型等。

3. 可靠性软件模拟可靠性软件模拟是利用计算机软件对高压隔离开关的寿命进行模拟和预测。

通过建立模拟模型和输入相关参数,可以模拟高压隔离开关在实际工作条件下的寿命和可靠性。

高压断路器触头电寿数猜测的研讨

高压断路器触头电寿数猜测的研讨

高压断路器触头电寿数猜测的研讨摘要:依据确诊技能的寿数猜测是断路器修补技能的新期间,这篇文章从断路器触头电寿数这一方面进行了研讨,提出了触头电寿数的工程有用的监测办法。

要害词:断路器;触头;电寿数猜测;监测0前语跟着科学技能的翻开,电力设备的确诊技能履历了一个从不科学到较科学的逐步翻开进程。

依据确诊技能的寿数猜测即是依据电力设备的老、劣化规则及影响和决议要素,通过对各种查看办法(离线或在线)获得各种信息,通过科学悉数归纳剖析,把握设备的其时情况和寿数希望[1],它是完毕电力设备情况修补根底和条件。

1988年~1991年国际大电网会议对72.5kV及以上现代单压式SF6断路器作了国际查询,查询标明:机械缺陷占70~80,电气缺陷居其次。

因为长时刻的方案修补,盲意图溃散拆开糟蹋了许多的人力物力,构成停电扔掉和下降设备寿数等,使咱们愈加强了对断路器,如触头情况、电寿数等电气功用监督必要性的知道。

以往对电磨损的监测是记载累计开断电流或累计电弧能量(I2t)。

实习上,同一断路器在一样的外部条件下先后开断两次一样巨细的电流值,其烧损程度也不或许一样[2~3]。

咱们知道,开断电流相差很大时,断路器触头的烧损机理纷歧样,烧损相差很大,因而,用累计开断电流来差异触头烧损量是不行的;别的电磨损尽管取决于电弧能量,但还与触头分断速度等有关,电磨损与电弧能量没有份额联络。

因而要对断路器触头电磨损、电寿数监测作进一步研讨,对断路器触头进行电寿数监测需求处理电寿数的概念和工程施行办法疑问。

1纷歧样断路器触头电寿数的标定办法1.1触头相对电磨损与相对电寿数的提出触头的磨损系指屡次开断闭合后,触头触摸外表逐步损坏(变形、烧毛、资料掉落等)的景象,触头的磨损首要是电磨损。

电磨损首要体现为触头的净扔掉、触头资料的金属搬运和化学腐蚀,净扔掉多是在电弧高温效果下已熔融或气化的触头外表被流体介质冲走或喷溅所构成。

触头的电磨损又取决于电弧能量即开断电流和燃弧时刻。

断路器电寿命的检测方法研究

断路器电寿命的检测方法研究

断路器电寿命的检测方法研究摘要:随着我国的电力系统不断发展前进,电的寿命和断路器之间的接触存在着很大的关联,并且电弧是根据触头磨损而产生的因素。

本文以下从几点方面直接对断路器通断的原理作为出发点,详细分析了相关的检测方法,对保护断路器的触头有着很大的帮助,因此,提升了断路器的寿命应用。

关键词:断电器;电寿命;检测方法前言:针对低压断路器是根据断开故障而形成的线路,主要是保护电气设备的关键元素。

断路器的电寿命简单来讲就是断路器的应用年限,通过规定的电流来分析,断路器的可靠通断次数有限。

因为开关出现断开的情况下,在起初的触头上也会产生电弧,并且电弧也会造成触头材料出现损坏,从而将断路器的电寿命减少[1]。

此外,如今断路器数量比较多,可靠通过对电力系统的装置正常运行起到了很大的决定性因素,根据经济角度来分析,也希望将电的寿命增长,以此可以提升材料的应用。

一、提升如今断路器电寿命的检测方法1.完善触头系统装置根据整体装置来分析,针对双向斥开的触头系统,可以有效提高触头之间的距离,并且也会提升2者的弧度,从而增强电弧的电压能力。

从局部组织来分析,针对单面触点可以选择2种形式,由于旋柳和劈柳之间接触性较好,也可以很好的出现减弱或是对触点温度较高等安全隐患问题。

针对两面的接触点,选择旋柳的效果会更好一些,因为从抗溶的性能来分析,前者的触头很显著要高于后者,因此,这样也会直接降低自由敦出现变形的情况发生[2]。

2.改善触头引弧装置在触头引弧上提高了U形的槽会大大的增强了动导电斥力,若是将U形槽设计的尺寸要大一些,电动斥力也会增强的更加显著一些,此外,U形槽的触头引弧很有利于电弧延伸摄入到栅片当中内。

在提升了U形槽的设计之后,电弧产生的电压值也在逐渐升高,从而将引弧设计为勾状形式,此外,勾状的电引护板上出现的轮廓需要进一步的减少触头的提升和大面积的接触,因此,寻找到最佳符合电弧的整体上升趋势。

3.应用产气材料很多器壁上的材料都是应用三聚氰胺所代替的原材料,在器壁之上的三聚氰胺会直接因为电弧的刺激性而产生大量的热体,而气体在电弧周围出现的气流也会因为高温而持续冷却,此外,压缩电弧应用的直径比较小,从而提高了灭弧的整体过程。

旋转开关在低压电路开关装置中的触点磨损与寿命预测分析

旋转开关在低压电路开关装置中的触点磨损与寿命预测分析

旋转开关在低压电路开关装置中的触点磨损与寿命预测分析引言:随着现代科技的迅速发展,低压电路开关装置在各个领域中扮演着重要的角色。

旋转开关作为其中常见的一种开关装置,其触点磨损与寿命预测十分关键。

本文将通过分析旋转开关的工作原理、触点磨损机理以及影响生命周期的因素,为低压电路开关装置的稳定运行提供技术支持。

一、旋转开关的工作原理旋转开关是一种常见的低压电路开关装置,主要通过旋转操作来切换电路通断。

它由主体、触点和驱动机构组成。

当旋转开关被转动到某个位置时,触点之间会发生接触或分离,从而实现电路的闭合或断开。

二、触点磨损的机理触点的磨损是旋转开关寿命的重要因素之一。

触点在工作中频繁地接触和分离,由于电弧的存在,导致触点表面产生腐蚀、烧蚀和磨损等现象。

这些现象会逐渐增加触点的接触电阻,降低传导性能,最终导致开关装置无法正常工作。

触点磨损主要包括以下几个方面:1. 电弧的产生和积聚:触点在分离时,由于电弧的热作用,使得部分金属物质汽化并沉积在触点表面,导致触点烧蚀和磨损。

2. 熔焊现象:当触点之间的电流很大时,金属表面会熔化形成液态金属,然后迅速凝固形成焊接点。

3. 金属表面的氧化:触点表面容易与环境中的氧气发生反应,形成金属氧化物层,阻碍了电流的通过,增加了触点的接触电阻。

三、触点寿命的预测分析触点寿命的预测分析是为了准确评估旋转开关的工作时间,并提前预测触点的磨损情况,从而合理安排维护和更换工作。

触点寿命的预测分析方法主要包括以下几种:1. 实验验证法:通过对旋转开关的长时间工作实验,记录触点的工作时间和磨损情况,从而对触点寿命进行定量分析。

2. 经验公式法:根据历史数据和经验公式,通过触点接触次数和工作环境等因素,预测触点的寿命。

3. 数学模型法:建立触点磨损的数学模型,通过对触点材料、接触压力、电流大小等参数进行计算,预测触点寿命。

四、影响触点寿命的因素触点寿命的预测不仅与触点磨损机理有关,还受到其他因素的影响。

轻触开关寿命测试标准

轻触开关寿命测试标准

轻触开关寿命测试标准轻触开关是一种常见的电子开关,广泛应用于各种电子设备中。

为了保证产品的稳定性和可靠性,对轻触开关进行寿命测试是必不可少的环节。

在进行寿命测试时,需要遵循一定的测试标准,以确保测试结果的准确性和可比性。

首先,在进行轻触开关寿命测试时,需要确定测试的环境条件。

测试环境应符合产品的使用条件,包括温湿度、环境振动等。

这些环境条件会对轻触开关的性能产生影响,因此需进行相应的环境适应性测试。

其次,在测试过程中,需要确定轻触开关的寿命测试方法和参数。

寿命测试方法可以分为静态负荷测试和动态负荷测试两种。

静态负荷测试是将固定的力或压力施加在轻触开关上,并对其进行持续时间的测试。

动态负荷测试则是模拟实际使用场景,通过反复触发开关来测试其寿命。

测试参数包括触发力、动作次数、测试时间等。

这些参数应该根据实际使用情况来确定,并在测试过程中保持一致。

除了寿命测试方法和参数,还需要确定测试的评估标准。

评估标准包括寿命测试合格标准和寿命预测指标。

寿命测试合格标准是指轻触开关在测试过程中是否能够正常工作,在规定的测试次数内能否保持其功能和性能。

寿命预测指标则是根据寿命测试的数据,通过统计分析等方法预测轻触开关的使用寿命。

在进行轻触开关寿命测试时,还需要注意以下几点。

首先,要确保测试设备的准确性和可靠性。

测试设备应与实际使用场景相匹配,并且经过校准和验证。

其次,要保证测试过程的可追溯性。

每一次测试都应记录下来,包括测试时间、测试人员、测试条件等。

这样可以在测试结果不符合要求时进行追溯。

此外,要定期对测试设备和测试方法进行评估和改进,以提高测试效率和准确性。

综上所述,轻触开关寿命测试是确保产品质量的重要环节。

通过遵循明确的测试标准,可以保证测试结果的准确性和可比性。

在进行测试时,需要确定测试环境条件、测试方法和参数,以及评估标准。

此外,还需要注意测试设备的准确性、测试过程的可追溯性以及定期的评估和改进。

这样才能进行高质量、可靠性的轻触开关寿命测试。

开关电源寿命评估

开关电源寿命评估

開關電源壽命評估第1节开关电源-寿命评估一.电源的寿命的定义和期望寿命众所周知,电子产品的故障如Bath-tub Curve (图1,)所示,分为以下三种类型。

①减少型(DFR;Decreasing Failure Rate)初期,带有缺陷的部分会发生故障,但随着时间的推移,剩下的都是稳定的部件,故障率亦会下降。

这段时间称为初期故障期。

②一定型(CFR; Constant Failure Rate)此时,机器运行稳定,故障率降至一定水平,发生的故障均为随机性事件,称为偶发性故障期。

这段时期的稳定度和平均故障时间(MTBF)呈指数式分布。

③增加型(IFR;Increasing Failure Rate)故障率逐渐上升。

故障发生原因为磨损。

多见于风扇电动机的球形轴承及继电器的驱动部位等处。

这种类型的故障具有集中某处发生的特征,一般从初期开始即呈正态分布。

因此,可以说寿命就是指机器故障率保持不变的稳定运行时期,也就是偶发故障期。

用户对电源的最低寿命的要求各不相同,一般最好考虑为7~10年。

然而,机器的运行时间因机而异,所以应明确限定期望寿命,并检测设计是否符合寿命标准。

表1中列举了几种主要电器的最短寿命。

它们是在设定完全使用时间为7年的前提下,根据各种电器的运行状况推算出来的数据。

二.电源装置的寿命评估电源装置因为处理电流的缘故,所用部件受到的电应力大,发热量高,机器内部温度上升快,所以寿命评估工作尤显重要。

机器的寿命基本上和使用部件的寿命挂钩。

部件寿命与热、电应力成函数关系,其中更以热应力为主。

从机器寿命设计的观点来看,如果将所有部件的寿命统一,则能达到理想的最优性价比,但部件的寿命性能(影响部件寿命的电力、环境特征)相差巨大,因而难以实现。

一般来说,尽可能降低短寿部件的应力,并极限化使用长寿部件,可以实现部件寿命的平均化。

电阻类、陶瓷电容器和薄膜电容器等半导体部件不接触强应力,寿命极长,因而可以说下面举出的部件的寿命才真正决定了电源的寿命。

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开关触头电寿命预测方法分析
2006-7-5 15:24:19 【文章字体:大中小】打印收藏关闭
一、引言
开关电器的可靠性直接影响整个电力系统的可靠性。

电触头是开关电器的关键部件之一,其性能直接关系到电器的整体电性能,故研究触头的电寿命对故障诊断和系统维修等具有重要作用。

目前,国内外对电寿命的预测方法主要包括表面粗糙度法、有效接触距离法、接触电阻法、簇射电弧法、燃弧参数统计分析法、质量损耗法、频谱分析法、多变量寿命预测法等。

但是,上述方法都难以实时反映触头剩余电寿命状态。

因此,需要寻找一种通用、合理、能反映开关电器触头实时剩余电寿命的预测方法。

二、利用触头表面机械状态预测电寿命
本方法主要利用触头开闭过程中表面机械状态与操作次数N的关系预测电寿命。

(一)表面粗糙度法
电磁继电器在DC 10V,操作107次,分断感性负载的情况下,通过激光显微镜测量出每次开闭后的表面粗糙度,建立表面粗糙度与N的关系,进而预测触头的电寿命。

结果表明,随着N的增加,触头表面粗糙度H会发生变化。

由图1可知,操作105次后,触头允许的最大粗糙度H max迅速增加,具体关系为
式中H maxa——阳极最大粗糙度
H max,c——阴极最大粗糙度
N——操作次数
若H max,a和H max,c超过允许的最大值,就认为触头失效,从而就能预测出触头的电寿命。

其中,H max可由试验得出。

Hmaxc与N的关系(见图2)。

其中,曲线1表示DC100 V,曲线2表示DC 0 V。

可见,用H预测电寿命的方法具有不确定性。

(二)有效接触距离法
通过常开触头的有效接触距离与N的关系预测触头电寿命的方法。

有效接触距离是指触头完全打开时动、静触头间的距离。

触头的有效接触距离是吸合时间和释放时间的函数(见图3)。

吸合时间是指从线圈通电时刻起到常开触头第1次闭合的时间间隔。

释放时间是指从线圈断电到常开触头第1次打开的时间间隔。

通过测得每次操作过程中的吸合时间和释放时间,计算出有效接触距离,从而找出有效接触距离随操作次数的变化规律(见图4)。

由图4可知,随着N的增加,触头的有效接触距离增加。

当实际测得的有效接触距离大于触头的最大有效接触距离时,说明触头失效,从而预测出触头的电寿命。

该方法适用于各种类型的电器,但困难之处是需要事先了解吸合、释放时间与接触距离之间的函数关系,需要试验确定最大有效距离。

三、接触电阻法
接触电阻R e是收缩电阴R S和表面膜电阻R m的和。

R c随N的增加而变化,在触头开闭的操作过程中,一方面旧膜被破坏,降低了R c;另一方面,由于触头间的多次撞击使触头材料的内部晶格发生畸变,造成内部电场不均匀,从而导致电子散射增加,增大了材料自身的电阻率。

同时,在带载操作时,接触温升增高,也可能形成新的表面膜,增大接触电阻。

实际R c与N的关系取决于上述3种作用效果的总和,如图5所示。

由图5可知,不同材料的触头其R c随N表现出不同的变化趋势,只有Au-60Ag随N的增加表现出明显的变化趋势,其他的变化都不明显。

Rc随N增加变化不明显,如图6所示。

因此,用R c预测电寿命的方法目前尚无统一定论,需作进一步研究。

使用此方法的困难之处在于建立簇射电弧T u等参数与N之间的关系。

此外,簇射电弧还与电压有关,不同电压下的簇射波形不同。

(一)燃弧参数统计分析法
针对真空断路器的燃弧时间统计特性(均值分析和标准偏差分析),说明燃弧时间与真空断路器开断能力之间的关系,试图预示开断是否达到极限。

用标准偏差S表示燃弧时间的分散程度,其计算式如下:
式中 x i——每次操作的燃弧时间
——平均燃弧时间
n——样本数
通过对测得的大量燃弧时间值进行统计,制定一方差的评估标准值。

当分散程度S大于评估标准值时,寿命终止。

在实际使用此方法时,关键是N的选取,N的不同会导致、S的不同,从而使N的变化规律也会不同。

(二)质量损耗法
本方法利用触头的质量损损耗△m与N的关系预测电寿命。

其中△m包括分断和闭合过程中的损耗。

以Ag/Cd0为例,在电压为32V,电流为DC 400 A,燃弧时间为1 ms 条件下,每次动作后测出△m。

根据△m与N之间的关系,预测触头的寿命,如图10所示。

由图10可知,△m随N的增加而增加,当△m接近最大时,表明触头失效,从而终结寿命。

该方法使用时的困难之处在于如何确定真实磨损量,如何处理局部严重磨损与整体均匀磨损。

(三)频谱分析法
频谱分析法的主要思想是:对电弧电压波形进行快速傅里叶变换(FFT),找出某一频率下频谱幅值随N的变化规律,从而预测电寿命。

图11所示△C电弧电压波形下的频谱分布示意图。

图12为电流DC 15 A,Ag-CdO 材料下,400 Hz频谱幅值与N的关系。

在0~3000次间,频谱幅值是下降的,之后表现出增大的趋势。

但是,不同频谱变化规律可能不同,需要找到一种更精确的分析方法(如Neuro-Fuzzy法)来分析这种关系。

四、多变量寿命预测法
该方法的实质是:考虑影响寿命的多个参数,对所采集的电参数的动态数据建立数学预测模型并进行系统辨识,然后根据各元素的限定范围计算寿命。

该方法的关键是监测哪些参数。

选择了8个参数进行监测:接触电阻、接触压降、开路压降、燃弧时间、燃弧能量、回跳时间、吸合时间、释放时间。

但是,对于参数的合理选择尚需作进一步研究。

五、结束语
电气系统的网络化、智能化要求对各种电器设备与元件进行实时状态监测,开关电器电寿命的监测预报是其中的重要方面之一。

目前,电寿命预测方法有表面粗糙度法、有效距离法、接触电阻法、簇射电弧法、燃弧参数统计分析法、质量损耗法、频谱分析法、多变量寿命预测法等。

但它们多难以实时反映触头剩余电寿命状态。

比如随着操作次数的增加,接触电阻或表面粗糙度可能增加也可能减小,而触头磨损又存在局部严重与整体均匀侵蚀等。

故寻找能反映开关电器触头实时剩余电寿命的预测监
测方法很有必要。

单个参数与操作次数的关系难以预测电寿命,所以目前电寿命预测的重点是对影响电寿命的多个参数同时进行监测,并结合神经网络和小波分析等方法进行分析。

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