陳 西, 袁志良

(蘇州西門(mén)子電器有限公司, 江蘇 蘇州 215129)

0 引 言

分?jǐn)嗄芰y(cè)試是一種模擬性試驗(yàn),模擬現(xiàn)實(shí)使用過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)載以及短路故障時(shí),驗(yàn)證低壓電器能否可靠地分?jǐn)鄿y(cè)試回路中所出現(xiàn)的過(guò)載與故障電流[1]。在這些情況下,分?jǐn)嚯娐分械碾妷汉碗娏鞫即笥谏‰妷号c生弧電流,因此在分?jǐn)噙^(guò)程中產(chǎn)品的觸頭系統(tǒng)不可避免地產(chǎn)生電弧,為此要求低壓電器可靠迅速地將電弧熄滅,不然電弧電流產(chǎn)生的高熱量能讓觸頭系統(tǒng)的金屬表面熔化,也就是常說(shuō)的產(chǎn)品熔焊,進(jìn)而導(dǎo)致觸頭系統(tǒng)甚至其他部件的燒毀?？茖W(xué)地考核低壓電器開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗄芰κ潜ＷC低壓電器可靠地工作的一項(xiàng)重要檢測(cè)項(xiàng)目。

對(duì)負(fù)載電路的調(diào)節(jié)是分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。主要包括兩部分調(diào)節(jié):一個(gè)是對(duì)主回路的調(diào)節(jié),另一個(gè)是對(duì)振蕩電路的調(diào)節(jié)。主回路調(diào)節(jié)主要是用來(lái)模擬出相應(yīng)的測(cè)試電壓、測(cè)試電流、功率因數(shù);振蕩回路調(diào)節(jié)是針對(duì)對(duì)瞬態(tài)電涌電流有規(guī)定的情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)主回路中的振蕩頻率、振蕩系數(shù)來(lái)讓試驗(yàn)回路更好地模擬產(chǎn)品現(xiàn)實(shí)使用情況中負(fù)載振蕩特性。需要指出的是無(wú)振蕩調(diào)節(jié)電路下進(jìn)行的試驗(yàn)比有振蕩調(diào)節(jié)電路進(jìn)行的試驗(yàn)要嚴(yán)酷,因?yàn)閷?shí)際檢測(cè)過(guò)程中顯示振蕩調(diào)節(jié)電路對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有很大的影響,是決定試驗(yàn)?zāi)芊裢ㄟ^(guò)的關(guān)鍵因素。

現(xiàn)國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有太多的文獻(xiàn)資料就振蕩電路調(diào)節(jié)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響進(jìn)行分析和探討,不同的檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)振蕩回路的調(diào)節(jié)理解也不盡一致。為此本文結(jié)合實(shí)際檢測(cè)工作,首先,分析振蕩頻率與振蕩系數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響;然后基于這些分析結(jié)果,提出了振蕩系數(shù)調(diào)節(jié)和振蕩頻率調(diào)節(jié)分別如何影響試驗(yàn)結(jié)果的結(jié)論,以達(dá)到提高低壓電器分?jǐn)鄿y(cè)試的科學(xué)性與合理性的目的。

1 振蕩調(diào)節(jié)電路的定義

參照GB/T 14048.1—2012《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分:總則》,負(fù)載調(diào)節(jié)電路(負(fù)載星形接地)如圖1所示[2]。其中,S為電源;D為被試電器;S為調(diào)整相的選擇開(kāi)關(guān);B為二極管;A為記錄儀;Ra為電阻器;G為高頻發(fā)生器;R為負(fù)載電路電阻器;X為負(fù)載電路電抗器;Rp為并聯(lián)電阻器;Cp為并聯(lián)電容器;I1、I2、I3為電流傳感器。

圖1 負(fù)載調(diào)節(jié)電路(負(fù)載星形接地)

調(diào)節(jié)振蕩電路主要是讓測(cè)試電路滿(mǎn)足瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性要求。為了滿(mǎn)足模擬包含單獨(dú)電機(jī)負(fù)載(感性負(fù)載)的電路條件,參照GB/T 14048.1—2012,負(fù)載電路的振蕩頻率應(yīng)按以下公式計(jì)算[1]。

f=2000Ic0.2Ue-0.8±10%

(1)

式中:f——振蕩頻率;

Ic——分?jǐn)嚯娏?

Ue——額定工作電壓。

參照GB/T 14048.1—2012,振蕩系數(shù)γ調(diào)整[1]應(yīng)為γ=1.1±0.05。

電路的振蕩特性,主要體現(xiàn)在兩個(gè)參數(shù):振蕩系數(shù)γ,振蕩頻率f。振蕩系數(shù)γ實(shí)際數(shù)值確定方法如圖2所示;振蕩頻率f實(shí)際數(shù)值確定方法如圖3所示。

圖2 振蕩系數(shù)γ實(shí)際數(shù)值確定方法

圖3 振蕩頻率f實(shí)際數(shù)值確定方法

參照GB/T 14048.1—2012附錄E,振蕩系數(shù)γ定義[1]為

(2)

式中:U11——高頻發(fā)生器不再供電給負(fù)載電路時(shí)波形的縱坐標(biāo);

U12——過(guò)零瞬間的縱坐標(biāo)。

通常認(rèn)為圖3從第二個(gè)波峰開(kāi)始直流分量較小,因此振蕩頻率的計(jì)算應(yīng)為第二個(gè)波峰到第三個(gè)波峰的頻率值。

2 振蕩電路調(diào)節(jié)的作用

通常通過(guò)調(diào)節(jié)圖1中的電容器Cp來(lái)調(diào)整振蕩頻率,通過(guò)調(diào)整電阻器Rp來(lái)調(diào)整振蕩系數(shù)。理論上,增加Cp,振蕩頻率f會(huì)隨之減小;增加Rp,振蕩系數(shù)γ會(huì)隨之增加。主回路自然振蕩屬性如圖4所示;主回路調(diào)整后的振蕩屬性如圖5所示。由圖4、圖5可見(jiàn),調(diào)節(jié)振蕩回路可以將原先主回路的自然振蕩屬性調(diào)整到滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求的振蕩屬性。

對(duì)比圖4與圖5,能清晰地看出振蕩調(diào)節(jié)電路能在很大程度上調(diào)整回路中的振蕩屬性。

圖4 主回路自然振蕩屬性

圖5 主回路調(diào)整后的振蕩屬性

3 振蕩調(diào)節(jié)回路對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)結(jié)果的影響

接下來(lái)通過(guò)實(shí)際檢測(cè),從調(diào)節(jié)與不調(diào)節(jié)振蕩頻率f、振蕩系數(shù)γ的角度,只調(diào)節(jié)振蕩頻率f、不調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ的角度,只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ、不調(diào)節(jié)振蕩頻率f的角度出發(fā),探討振蕩頻率調(diào)節(jié)與振蕩系數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)結(jié)果的影響。

在分?jǐn)嘣囼?yàn)過(guò)程中,燃弧的實(shí)際情況很大程度上決定了產(chǎn)品能否通過(guò)分?jǐn)嘣囼?yàn)。因此,接下來(lái)的分析中,主要對(duì)比在同樣測(cè)試參數(shù)下的燃弧數(shù)據(jù),燃弧數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在最大燃弧電壓、燃弧時(shí)間、燃弧能量3個(gè)方面。

3.1 調(diào)節(jié)與不調(diào)節(jié)振蕩回路對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)結(jié)果的影響分析

本文以檢測(cè)隔離開(kāi)關(guān)在電動(dòng)機(jī)負(fù)載類(lèi)型下的分?jǐn)嘣囼?yàn)為實(shí)例,功率因數(shù)定義為0.45(模擬單獨(dú)電機(jī)負(fù)載)、恢復(fù)電壓為725 V,分?jǐn)嚯娏鳛? 600 A;通過(guò)調(diào)整主回路的阻抗得到上述電參數(shù),主回路阻抗確定下來(lái)后,主回路的自然振蕩屬性就定義好了,然后在不調(diào)節(jié)振蕩回路和調(diào)節(jié)振蕩回路兩種情況下進(jìn)行分?jǐn)嘣囼?yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的影響分析。

首先在不使用振蕩調(diào)節(jié)電路的情況下進(jìn)行分?jǐn)嘣囼?yàn)。未調(diào)節(jié)振蕩電路下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形和燃弧數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值如圖6所示。

圖6 未調(diào)節(jié)振蕩電路下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形和燃弧數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值

調(diào)節(jié)振蕩電路下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形和燃弧數(shù)據(jù)值如圖7所示。

圖7 調(diào)節(jié)振蕩電路下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形與燃弧數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值

綜合分析兩次分?jǐn)嘣囼?yàn)中的燃弧實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),未調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)振蕩電路燃弧實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 未調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)振蕩電路燃弧實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

表1的對(duì)比數(shù)據(jù)顯示調(diào)節(jié)振蕩電路很大程度上限制了燃弧時(shí)間、最大燃弧電壓,進(jìn)而達(dá)到限制燃弧能量的目的。燃弧時(shí)間短說(shuō)明產(chǎn)品在分?jǐn)嗟倪^(guò)程很快熄滅了電弧,并有效地限制住了最大燃弧電壓,避免分?jǐn)嘣囼?yàn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量,也就避免了對(duì)產(chǎn)品的巨大熱沖擊,尤其是對(duì)相應(yīng)的觸頭系統(tǒng)的沖擊。實(shí)際檢測(cè)中不調(diào)節(jié)振蕩電路時(shí),產(chǎn)品因?yàn)槿蓟r(shí)間過(guò)長(zhǎng)起火,但是經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)振蕩電路,燃弧時(shí)間縮短,產(chǎn)品通過(guò)試驗(yàn)。這也證明了調(diào)節(jié)與未調(diào)節(jié)振蕩電路對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)是有很大的影響,但不清楚調(diào)節(jié)振蕩頻率與振蕩系數(shù)分別影響燃弧的哪方面數(shù)據(jù)。因此接下來(lái)分別從只調(diào)節(jié)振蕩頻率或只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)來(lái)進(jìn)一步分析和探討。

3.2 只調(diào)節(jié)振蕩頻率f對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)影響分析

振蕩電路的調(diào)節(jié)一直是分?jǐn)嘣囼?yàn)中的一個(gè)難點(diǎn)。有的時(shí)候很難通過(guò)調(diào)整Rp、Cp同時(shí)讓振蕩頻率與振蕩系數(shù)都滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求,因此有的時(shí)候只能滿(mǎn)足振蕩頻率f的要求或只能滿(mǎn)足振蕩系數(shù)γ的要求。在此先分析只調(diào)節(jié)振蕩頻率f,不調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)影響。

首先不調(diào)節(jié)振蕩頻率進(jìn)行分?jǐn)嘣囼?yàn),未調(diào)節(jié)振蕩頻率下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形如圖8所示。

圖8 未調(diào)節(jié)振蕩頻率下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形

然后在調(diào)節(jié)振蕩頻率下進(jìn)行分?jǐn)嘣囼?yàn),調(diào)節(jié)振蕩頻率下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形和燃弧數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值如圖9所示。

圖9 調(diào)節(jié)振蕩頻率下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形和燃弧數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值

將兩次試驗(yàn)的燃弧數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值匯總,調(diào)節(jié)振蕩頻率燃弧實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

表2 調(diào)節(jié)振蕩頻率燃弧實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

由表2可見(jiàn),調(diào)整振蕩頻率時(shí)能很大程度上縮短燃弧時(shí)間、降低燃弧能量;從波形上來(lái)看,不調(diào)節(jié)振蕩頻率的情況下產(chǎn)品在分?jǐn)噙^(guò)程中出現(xiàn)了重燃的現(xiàn)象,使產(chǎn)品在試驗(yàn)中不能很快熄滅電弧,從而燃弧時(shí)間過(guò)長(zhǎng),燃弧能量也很大;只調(diào)整振蕩頻率不調(diào)整振蕩系數(shù)的情況下,最大燃弧電壓幾乎沒(méi)有太大的變化。因此,得出將振蕩頻率調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)要求值可以避免產(chǎn)品分?jǐn)噙^(guò)程中的重燃現(xiàn)象,縮短燃弧時(shí)間,但對(duì)最大燃弧電壓沒(méi)有限制,那進(jìn)一步探討調(diào)整振蕩系數(shù)是否能像3.1中所述那樣能夠限制最大燃弧電壓。

3.3 只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)影響分析

分析在只調(diào)整振蕩系數(shù)、不調(diào)整振蕩頻率的情況下進(jìn)行分?jǐn)嘣囼?yàn)的試驗(yàn)結(jié)果,來(lái)達(dá)到分析調(diào)整振蕩系數(shù)對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)的影響。

首先不調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)進(jìn)行分?jǐn)嘣囼?yàn),未調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下的分?jǐn)嘣囼?yàn)波形如圖10所示。

圖10 未調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下的分?jǐn)嘣囼?yàn)波形

然后在同樣的測(cè)試參數(shù)下,調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)執(zhí)行分?jǐn)嘣囼?yàn),調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形如圖11所示。

圖11 調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下分?jǐn)嘣囼?yàn)波形

匯總兩次試驗(yàn)中燃弧數(shù)據(jù),調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)燃弧實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

表3 調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)燃弧實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)比表3中兩次試驗(yàn)的燃弧數(shù)據(jù),清晰地看到調(diào)整振蕩系數(shù)能很大程度上限制住最大燃弧電壓,燃弧時(shí)間沒(méi)有太大的變化。因此,得出將振蕩系數(shù)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)要求值可以避免產(chǎn)品分?jǐn)噙^(guò)程中出現(xiàn)極大燃弧電壓,有助于限制燃弧能量,產(chǎn)品順利地通過(guò)了分?jǐn)嘣囼?yàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了同時(shí)調(diào)節(jié)振蕩頻率與振蕩系數(shù)、只調(diào)節(jié)振蕩頻率、只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)這3種情況下對(duì)分?jǐn)嘣囼?yàn)結(jié)果的影響,得出振蕩電路調(diào)節(jié)是決定分?jǐn)嘣囼?yàn)?zāi)芊裢ㄟ^(guò)的關(guān)鍵因素。調(diào)整振蕩頻率能避免產(chǎn)品在試驗(yàn)中出現(xiàn)重燃現(xiàn)象,調(diào)整振蕩系數(shù)能限制住最大燃弧電壓。通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)波形及實(shí)測(cè)值證明了上述分析結(jié)果。希望通過(guò)這些實(shí)例分析得出的上述結(jié)論能夠幫助測(cè)試人員更好地理解振蕩電路調(diào)節(jié)在分?jǐn)嘣囼?yàn)中的作用。