一種小型斷路器觸頭同步檢測(cè)裝置的研制

摘 要：為滿足安全標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)多極斷路器觸頭同步性的檢測(cè)要求，研制了一種專用于小型斷路器觸頭同步性的檢測(cè)裝置，采用直流電源和交流大電流電源組成判斷線路，使用USB數(shù)據(jù)采集器件對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集和處理，以圖形方式直觀地顯示斷路器觸頭在手動(dòng)分合、自動(dòng)斷開時(shí)的同步性，并可用于斷路器的自由脫扣功能判斷。

關(guān)鍵詞；斷路器；觸頭同步；自由脫扣

引言

小型斷路器（MCB）是具備一定帶載閉合和分?jǐn)嚯娐纺芰Φ拈_關(guān)，多極斷路器的觸頭同步性能對(duì)其工作性能具有重要影響，因此在小型斷路器的安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其觸頭同步性有明確要求，標(biāo)準(zhǔn)上推薦用示波器、指示燈以及臨時(shí)搭建的輔助電路檢測(cè)，操作不便且需要人工判斷，效率不高。

1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷路器觸頭同步性的要求

小型斷路器是最常見的低壓電器品種，其體積雖小，但由于擔(dān)負(fù)線路保護(hù)功能，因此對(duì)其安全性能要求十分嚴(yán)格。在GB10963中對(duì)多極斷路器的機(jī)械結(jié)構(gòu)有如下要求：

（1）多極斷路器的所有極的動(dòng)觸頭機(jī)械上應(yīng)這樣聯(lián)結(jié)，即除了可開閉的中性極（如果有的話）外，所有極無論是手動(dòng)操作或自動(dòng)操作基本上同時(shí)接通和同時(shí)分?jǐn)?，即使僅在一個(gè)保護(hù)極發(fā)生過載時(shí)也是如此。四極斷路器的開閉中性極不應(yīng)比保護(hù)極后閉合和先斷開。通過采用適當(dāng)?shù)难b置進(jìn)行檢查和手動(dòng)試驗(yàn)來檢驗(yàn)是否符合要求。

（2）如果具有適當(dāng)短路接通分?jǐn)嗄芰Φ囊粋€(gè)極被用作中性極，并且斷路器是無關(guān)人力操作則所有的極包括中性極可以基本上同時(shí)動(dòng)作。

（3）當(dāng)斷路器的觸頭同步性不能滿足要求時(shí)，斷路器在閉合或分?jǐn)嚯娐诽貏e是在出現(xiàn)過電流情況的電路時(shí)，因觸頭不同步就可能會(huì)導(dǎo)致故障，例如不具備保護(hù)能力的N級(jí)如先斷開，會(huì)導(dǎo)致回路中電流重新分配，且N極可能流過大電流而損壞。

2 斷路器觸頭同步檢測(cè)原理

圖1中所示檢測(cè)裝置采用+3.3V直流電源，用于當(dāng)試品閉合或斷開時(shí)，通過測(cè)量試品觸頭上下端電壓的突變從而判斷同步性。AC4V電源實(shí)際是一個(gè)由調(diào)壓器、降壓變壓器組成的電源，輸入為市電，輸出最大為有效值4V，其通、斷電可由電源輸入側(cè)開關(guān)控制。AC4V電源用于施加在試品的一極上，以產(chǎn)生瞬時(shí)過電流，可以使產(chǎn)品過電流脫扣。USB6009為數(shù)據(jù)采集器，用于采集觸頭上下端電壓并送入嵌入式工控機(jī)進(jìn)行處理和顯示。

圖1中所示各器件的選擇依據(jù)如下：

交流電源：USB6009采集器在差分輸入模式下輸入限值為±10V，因此交流電源的輸出電壓峰值不能超過10V。而根據(jù)斷路器觸頭的阻抗經(jīng)驗(yàn)來看，除部分限流能力特別強(qiáng)的斷路器，有效值為4V的交流電源可以產(chǎn)生500A左右的電流，足以使斷路器在較短的時(shí)間內(nèi)脫扣。

電阻R：電阻R用于保護(hù)直流電源，使其避免短路故障。此外當(dāng)使用交流電源分?jǐn)嘣嚻窌r(shí)，當(dāng)使用交流電源進(jìn)行斷開操作時(shí)，電阻R也起到對(duì)2個(gè)電源的保護(hù)作用；當(dāng)試品斷開時(shí)，交流電源和直流電源共同施加在觸頭上下端，由于交流電源輸出端實(shí)際為變壓器的輸出線圈，直流電阻非常小，故直流電源的電壓幾乎都施加在電阻R上，同樣交流電源的電壓也經(jīng)過電阻R才施加到直流電源上，故2個(gè)電源都得到保護(hù)。因此R只要使用一個(gè)較大阻值的電阻即可，精度也無關(guān)緊要。

采集器件：USB6009是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）的一款USB低端串行采集卡，具有4路差分輸入（也可變?yōu)?路單端輸入），采樣最大速率48k/s。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、性能合適，而且支持采用LabView軟件方便地開發(fā)軟件。

3 檢測(cè)操作方式

根據(jù)圖1原理組裝的檢測(cè)裝置的操作方式有三種，見表1，由此實(shí)現(xiàn)了空載和過電流斷開條件下檢測(cè)觸頭同步性的功能。當(dāng)閉合產(chǎn)品手柄并保持時(shí)，通過控制交流電源輸出也可檢測(cè)產(chǎn)品的自由脫扣功能。

4 處理軟件的編制要點(diǎn)

采集軟件要實(shí)現(xiàn)的必要功能包括：采集參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)計(jì)算處理等，軟件的操作性直接影響到檢測(cè)的效率。USB6009支持使用LabView軟件開發(fā)，LabView軟件使用圖形化語言開發(fā)，可以大大提高開發(fā)效率。軟件編制過程中需要解決的要點(diǎn)有：

4.1 采集的觸發(fā)控制

USB6009不具備硬件觸發(fā)，而觸頭同步信號(hào)的檢測(cè)應(yīng)用單次觸發(fā)方式采集，即只要達(dá)到觸發(fā)信號(hào)后再采集足夠時(shí)間數(shù)據(jù)即可，因此只能通過計(jì)算機(jī)在采集同時(shí)不斷判斷是否達(dá)到觸發(fā)條件。由于采集的信號(hào)量不需要太大，因此在軟件編制時(shí)可根據(jù)需要采集的數(shù)據(jù)量設(shè)定每一次采集的數(shù)據(jù)段大小，不斷采集并判斷每段數(shù)據(jù)是否達(dá)到觸發(fā)條件，并保留觸發(fā)前一段（如無則補(bǔ)零）和后一段數(shù)據(jù)，最后從中截取所需數(shù)量的數(shù)據(jù)。

4.2 采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算

由于采用直流信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)觸頭分合時(shí)，根據(jù)圖1的回路，采集到的信號(hào)是突升或突降的直流電壓，因此只要判斷電壓突變點(diǎn)即可確定該觸頭動(dòng)作位置。對(duì)于使用交流電源的觸頭回路，只進(jìn)行分?jǐn)鄼z測(cè)，當(dāng)其分?jǐn)鄷r(shí)觸頭上下端電壓將由0V變?yōu)榻涣麟娫吹目蛰d輸出電壓，可通過閾值判斷并尋找電壓突變點(diǎn)從而確定突變時(shí)間。

5 結(jié)束語

本裝置的原理適用于過電流斷路器，對(duì)于僅具有剩余電流保護(hù)功能的且與線路電壓有關(guān)的斷路器則不適用。此類斷路器必須采用高壓交流電源供電，且使用剩余電流使其脫扣，可在本裝置主電路原理基礎(chǔ)上做進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)現(xiàn)。如配合氣缸、安裝夾具等并采用PLC控制，則可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全自動(dòng)操作，進(jìn)一步提高效率，適應(yīng)大批量產(chǎn)品檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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