Способ неразрушающего прогнозирующего контроля износостойкости электромагнитного реле Советский патент 1992 года по МПК H01H49/00 

Изобретение относите к электротехнике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл прогнозирующего неразрушающего контроля износо- стонкости э/1ектромагни ных реле при коммутации Чг-грузки вызывающей дугу или игкру на контактах в условиях производства и эксплуатации

i/пвестны способы и устройства для контроля износостойкости электромагнитных основанные на определении коли- отказов (незэмыканий и тыкании замыкающих и размыкаю- i ил к-пктпр вызванных разрушением 1 (| )/ы cot-гшгия контактов и гамих кон- г 1) МРИ Or u КОЛИЧРГ I ве включений

и выключений (порядка десятков тысяч) испытуемых реле

Недостатками известного способа являются его низкая производительность невоз можность выявления всех видов отказов (невозможность выявления тройника т е одновременного замыкания замыкающего и размыкающего контактов) необходимость наработки реле в процессе контроля прак тически до полного износа и невысокая до стоверность результатов контроля обусловленная тем что оценка износогтои кости всего количества изготовленных ропс дается по результатам контроля ij° ntcx e AOFS ОТКЭЧОР и пп ограни енной п 6 чхе г ле

ел

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля коммутационных изделий, основанный на контроле, кроме контактирования контактов, еще и суммарного времени переключения контакта, представляющего собой сумму времени дребезга размыкающего контакта, времени перелета переключающего контакта и времени дребезга замыкающего контакта, при котором в качестве изделия с недостаточной изностойко- стью признается такое, у которого указанное суммарное время переключения превышает установленную норму,

Проверка коммутационного изделия по известному методу вследствие увеличения объема информации об испытуемом изделии позволяет сократить время контроля и не доводить испытуемое изделия до состояния износа контактов.

Вместе с тем известному способу присуща низкая достоверность результатов контроля изностойкости изделия, обусловленная тем, что появление неконтактирования контактов при небольшом числе включений и выключений изделия (от единиц до десятков раз) не отражает износостойкость, а основной параметр, характеризующий в известном способе пониженную износостойкость, - увеличенное суммарное время дребезга размыкающего контакта, перелета переключающего контакта и дребезга замыкающего контакта слабо отражает контролируемую износостойкость и является мало информативным в качестве критерия пониженной износо- стойкости по следующим причинам.

Значительное превышение времени дребезга в некоторых случаях может свидетельствовать о дефектах реле, в частности, о пониженном контактном нажатии. Одна- к ), с точки зрения прогнозирония износостойкости, этот параметр недостаточно информативен т.к. пониженное контактное нажатие не является определяющим фактором в снижении износостойкости. Контактное нажатие главным образом определяет сопротивление контактной цепи, которое практически не влияет на износ контактов при коммутации больших токов нагрузки при условии возникновения дуги или искры на контактах. Кроме того, необходимо отметить, что продолжительность дребезга как замыкающего так и размыкающего контакта является у каждого экземпляра реле достаточно нестабильной величиной, которая может в любом коммутационном цикле существенно отличаться от предыдущего значения, в том числе и значительно превышать предыдущее значение. Отмеченное эпизодическое увеличение времени дребезга имеет место и у значительной массы реле, обладающих достаточным запасом износостойкости и не имеющих каких-либо дефек- тов изготовления, включая отклонения величины контактного нажатия от нормы.

К аналогичным ошибкам при разбраковке изделий по известному методу приводит и отнесение изделия к числу обладающих пониженной износостойкостью при увеличенном времени перелета переключающего контакта, т.к. увеличение по сравнению со средним значением времени перелета может быть вызвано не толы э пониженной 5 скоростью движения подвижной системы, что сопровождается пониженной износостойкостью изделия, но и в значительной мере может быть вызвано увеличенным межконтактным зазором, который имеет 0 место у изделий с высокой износостойкостью.

При перелете переключающего контакта в известном способе не учитывается скорость движения переключающего контакта. 5 которая обуславливает длительность горения дуги или искры и от которой в значительной мере зависит эрозия и перенос контактного материала.

Естественно, что поскольку в известном 0 методе каждая из составляющих суммарного времени переключения контакта, т.е. время дребезга размыкающего контакта, время перелета переключающего контакта и время дребезга замыкающего контакта яв- 5 ляется малоинформативной для оценки износостойкости изделия, то и само суммарное время переключения контакта является недостаточно достоверной характеристикой износостойкости изделия. 0 Целью изобретения является повышение достоверности неразрушающего контроля прогнозирующего контроля износостойкости электромагнитного реле.

Поставленная цель достигается тем, что 5 в способе неразрушающего прогнозирующего контроля износостойкости электромагнитного реле, при котором на обмотку подают прямоугольный импульс напряжения, амплитуда которого соответствует но- 0 минальному рабочему значению для реле данного типа и длительность которого превышает максимально возможное для данного типа реле время срабатывания, и измеряют время перелета переключающего 5 контакта при срабатывании и время перелета переключающего контакта при отпускании, согласно изобретению, время перелета переключающего контакта при срабатывании измеряют как время от момента первого разрыва цепи размыкающего

контакта до момента первого замыкания цепи замыкающего контакта, время перелета переключающего контакта при отпускании измеряют как время от момента первого разрыва цепи за: :ыкающего контакта до мо- мента первого замыкания цепи размыкающего контакта, измеренные значения времен перелета при срабатывании и отпускании запоминают, вновь подают на обмотку прямоугольные импульсы напряже- ния с длительностью, превышающей максимально возможное для данного типа реле время срабатывания, амплитуду которых постепенно увеличивают, начиная с величины, соответствующей минимально возмож- ному значению напряжения срабатывания для данного типа реле, при каждом срабатывании выделяют сигнал, пропорциональный току обмотки реле, и его дифференцируют, прекращают увеличение амплиту- ды импульсов напряжения, подаваемых на обмотку реле, после того, как в процессе очередного срабатывания реле во время остановки якоря размах скачка полученной указанным дифференцированием произ- водной от тока обмотки из одной полярности в противоположную полярность достигнет заданной величины, заранее установленной для данного типа реле, при достижении размахом скачка производной оттока обмотки заданной величины измеряют и запоминают время перелета переключающего контакта в процессе срабатывания как время от момента первого разрыва цепи размыкающего контакта до момента перво- го замыкания цепи размыкающего контакта, вычисляют коэффициент, характеризующий скорость перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при подаче на обмотку номинального рабочего на- пряжения, по формуле

Ксраб.

tn сном tn сстаб

где Ксраб. - коэффициент, характеризующий скорость перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при подаче на обмотку номинального рабочего напряжения;

1п.сном время перелета переключающего конгаюа в процессе срабатывания при подаче на обмотку номинального рабочего напряжения;

tn.сстаб зремя перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при достижении размахом скачка производной от тока обмотки заданной величины, вычисляют коэффициент характеризующий

5 10 15 20 25 30 5 0

5

0

5

скорость перелетя переключающего юнта-. та в процессе отпускания при снятии с о О мотки номинального рабочего напряжения по формуле

°ном

. г,

1п сстаб.

где Котп. коэффициент, характеризующий скорость перелета переключающего контакта в процессе отпускания при снятии с обмотки номинального рабочего напряжения.

tn.QHOM время перелета переключающего контакта в процессе отпускания при. снятии с обмотки номинального рабочего напряжения;

п.с,Стаб время перелета переключаю- щего контакта в процессе срабатывания при достижении размахом скачка производной от тока обмотки заданной величины, в качестве реле с пониженной износостойкостью размыкающего контакта признают такое, у которого вычисленное значение коэффициента Ксраб. превышает величину, заранее установленную для реле данного типа-, а в качестве реле с пониженной износостойко- стью замыкающего контакта признают такое, у которого вычисленное значение коэффициента Котп. превышает величину, заранее установленную для реле данного типа.

Критерии соответствия износостойкости электромагнитного реле заданной норме существенно отличаются в известном и предлагаемом способах.

Контролируемое по известному способу суммарное время дребезга размыкающего контакта, перелета переключающего контакта и дребезга замыкающего контакта недостаточно достоверно отражает износостойкость реле, т.к. зависит, кроме контролируемого параметра, еще от целого ряда факторов.

Различное сочетание указанных факторов у различных экземпляров реле одного типа в известном способе никак не учитывается, что приводит к ошибкам при выявлении реле с недостаточной износостойкостью.

При контроле по предлагаемому способу износостойкости у каждого из экземпляров проверяемого реле определяется соотношение между временем перелета пе- реключающего контакта, которое измеряется при рабочих режимах питания обмотки, и временем перелета переключающего контакта при обеспеченной у всех i земплчров одинаковой скорости ДРИМСРНИ-I оря, кото рач обеспечивается задл-пит и.н копою

размаха скачка производной от тока обмотки

Поскольку время перелета переключающего контакта, измеренное при одинаковой скорости движения якоря, одинаково пропорционально величине межконтактного зазора у всех экземпляров проверяемых реле, то, таким образом, соотношение между временем перелета, измеренным при рабочих режимах питания обмотки, и временем перелета, точно соответствующим межконтактному зазору, позволяет определить с какой скоростью движется переключающий контакт в зазоре при подаче или снятии с обмотки рабочего напряжения и однозначно выявить те реле, у которых эта скорость недопустимо мала, что приводит к увеличению длительности электрической дуги на контактах (особенно при коммутации индуктивной нагрузки).

Таким образом, с высокой степенью достоверности обеспечивается выявление по предлагаемому способу экземпляров реле с заниженной коммутационной способностью.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг 2 - временные диаграммы, характеризующие работу устройства при измерении времени перелета переключающего контакта в процессе подачи и снятия с обмотки реле номинального рабочего напряжения; на фиг.З - временные диаграммы токов и напряжений, характеризующие работу устройства при измерении времени перелета переключающего контакта, строго соответствующего величине межконтактного зазора.

Устройство содержит микроЭВМ 1, первый выход которой подключен ко входу цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 2, а второй выход - к управляющему входу измерителя 3 временных интервалов.

Выход ЦАП 2 подключен к управляющему входу управляемого стабилизатора 4 напряжения постоянного тока, К выходу стабилизатора 4 подключена обмотка 5 контролируемого реле, соединенная последовательно с резистором 6. Параллельно резистору 6 подключен вход дифференцирующего устройства 7, выход которого соединен со входом блока-анализатора 8 размаха скачка производной от тока обмотки. Выход блока 8 подключен к первому входу микроЭВМ 1, второй вход которой подключен к выходу блока 3.

К выходу источника 9 питания контактов через нагрузочный резистор 10 подключен переключающий контакт 11 проверяемого реле, размыкающий контакт 12 и замыкающий контакт 13 которого подключены к общей (нулевой) шине устройства. К переключающему контакту 11 подключен информационный вход измерителя 3 временных интервалов.

Устройство работает следующим образом.

В начале проверки реле микроЭВМ 1 выдает на первом выходе цифровой код,

вызывающий на выходе ЦАП 2 появление соответствующего аналогового сигнала, при поступлении которого на вход стабилизатора 4 на обмотку 5 контролируемого реле подается прямоугольный импульс напряжения. амплитуда которого равна номинальному рабочему значению.

Длительность, указанного импульса напряжения, подаваемого на обмотку 5 проверяемого реле, задается микроЭВМ 1 с

таким расчетом, чтобы она превышала максимально возможное для данного типа реле время срабатывания. В процессе подачи и последующего снятия напряжения с обмотки 5 проверяемого реле измеритель 3 временных интервалов по соответствующим сигналам со второго выхода микроЭ&М 1 производит измерение времени перелета переключающего контакта 11 при срабатывании и отпускании. При этом время перелета переключающего контакта 11 при срабатывании измеряется как время от момента первого разрыва цепи размыкающего контакта до момента первого замыкания цепи замыкающего контакта (временной интервал tn.c.HOM. на диаграмме UBx. блока 3, фиг.2), а время перелета переключающего контакта 11 при отпускании измеряется как время от момента первого разрыва цепи замыкающего контакта до момента

первого замыкания цепи размыкающего контакта (см. временной интервал троном на диаграмме UBx блока 3, фиг.2). Измеренные блоком 3 значения времени перелета переключающего контакта при срабатывании и

5 отпускании проверяемого реле поступают в микроЭВМ 1 и хранятся в ее памяти.

После измерения и запоминания значения tn сном и п.Чном устройство переходит в режим измерения времени перелета переключающего контакта 11. строго пропорционального величине, межконтактного зазора. Измерение данного параметра осуществляется следующим образом. По циф- ровым сигналам микроЭВМ 1, преобразовываемым ЦАП 2 в соответствующие аналоговые величины, стабилизатор 4 начинает выдавать прямоугольные импульсы напряжения, длительность которых превышает максимально возможное время срабатывания для данного типа реле. При этом амплитуда первого импульса равна минимальному возможному значению напряжения срабэтыванир данного типа реле, а амплитуда каждого из последующих импульсов больше предыдущей на величину, выбираемую из условия обеспечения необходимой точности измерения.

На фиг.З диаграммы с буквой а изо- бражают напряжения и токи в устройстве при подаче на обмотку 5 проверяемого реле минимального значения напряжения, при котором происходит срабатывание, а диаграммы с буквой б - напряжения и токи в устройстве, когда размах скачка производной от тока обмотки 5 достиг заданного значения,

В процессе срабатывания проверяемого реле ток обмотки 5 нарастает по опреде- ленному закону, при этом моментам остановки якоря соответствуют точки А на кривых 10бм.

При каждом срабатывании проверяемого реле сигнал, пропорциональный току об- мотки 5, снимается с резистора 6 и поступает на вход дифференцирующего устройства 7. выходное напряжение которого соответствует производной от тока обмотки

d обм

5 проверяемого реле (диаграмма

d t

фиг.З). Выходной сип эп дифференцирующего устройства 7 контролируется блоком- аналхзатором 8 размаха скачка производной от тока обмотки и при том зна- чении напряжения на обмотке 5 проверяемого реле, при котором во время остановки якоря размах указанного скачка производной из одной полярности в противоположную полярность достигает заданного значения, заранее определенного для данного типа реле, блок-анализатор 8 выдает сигнал, поступающий на первый вход мик- роЭВМ 1. При поступлении данного сигнала микроЭВМ 1 прекращает д. чьнейший рост амплитуды выходных ИМПУЛЬСОВ стабилизатора 4 и указанная амплитуда у последующегоимпульсанапряженияподдерживается на достигнутом уровне. При подаче отмеченного последующего им- пульса по команде микроЭВМ 1 измеритель 3 временных интерпалов производит измерение времени от момента первого разрыва цепи размыкающего контакта 12 до момента первого замыкания цепи замыкающего контакта 13, т.е. времени перелета переключающего контакта 11, которое строго пропорционально величине м жконтактного зазора (см.временной интерпап tn.ccra6 на

диаграмме UBx блока 3. фиг.З Примеч(нг-- На данной диаграмме раямыка о щего 12 и замыкающего 13 контяктоп .- показан). Измеренное значение tncn,.- строго пропорционально величине межкои тактного зазора проверямого реле. т.к. дан ное время перелета переключающего контакта 11 у всех экземпляров проверяв мых реле измеряется при одинаковом (стабильном) размахе скачка производной от тока обмотки 5, т. е. при одинаковой скорости движения якоря реле.

Измеренное блоком 3 значение време ни перелета переключающего контакта 11 в процессе срабатывания при заданном размахе скачка производной от тока обмотки 5 поступает в микроЭВМ 1 и запоминается. Следующим этапом работы устройства является вычисление микроЭВМ 1 коэффициента, характеризующего скорость перелета переключающего контакта 11 в процессе срабатывания при подаче на обмотку 5 номинального рабочего напряжения, по формуле

Ксраб.

frl.C.HOM

tivccTaG.

25

30

35 4045 50 55

где Ксраб. - коэффициент, характеризующий скорость перелета переключающего контакта 11 в процессе срабатывания при подаче на обмотку 5 номинального рабочего напряжения;

tn.qHOM время перелета переключающего контакта 11 в процессе срабатыпания при подаче на обмотку 5 номинального рабочего напряжения;

п.;стаб время перелета переключающего контакта 11 в процессе срабатывания при достижении размахом скачка производной от точки обмотки 5 заданной величины

После этого микроЭВМ 1 производит вычисление коэффициента, характеризующего скорость перелета переключающего контакта 11 в процессе отпускания при снятии с обмотки 15 номинального рабочего напряжения, по формуле

„ tn OHOM

1мэтп. - -.

in ccrafi.

где Котп. коэффициент. хлракг :рйзующий скорость перелета переключающего контакта 11 в процессе отпускания при снятии с обметки 5 номинального рлРпч м о напряжения;

Хп.оном время парено i переключающего КОНТаКТа 1 1 В Пропет.. :- ,-, ц Гс-ЛИНЧ ГфИ

снятии с обмотки 5 номинального рабочего напряжения;

tn.cciaes время перелета переключающего контакта 11 в процессе срабатывания при достижении размахом скачка производной от тока обмотки 5 заданной величины.

После вычисления значений коэффициентов Ксраб. и Котп в микроЭВМ 1 производится сравнение каждого из вычисленных значений указанных коэффициентов с экспериментально установленными соответствующими нормами, зависящими от напряжения, тока и индуктивности нагрузки контактов.

В случае превышения коэффициентом Ксраб. соответствующей нормы, т.е. в случае опасно замедленного движения переключающего контакта 11, способном вызвать дли- тельную электрическую дугу на размыкающем контакте 12 проверяемого реле, приводящем к эрозии контакта и отказам реле, микроЭВМ 1 высвечивает на экране дисплея информацию о недостаточной износостойкости размыкающего контакта 12 проверяемого реле. Аналогично, в случае превышения коэффициентом К0тп. установленной нормы, т.е. в случае опасно замедленного движения переключающего контакта 11, способном вызвать длительную электрическую дугу на замыкающем контакте 13, микроЭВМ 1 высвечивает на экране дисплея информацию о недостаточной износостойкости замыкающего контакта 13 проверяемого реле.

Кроме того, при проверке каждого экземпляра реле выдается информация как на экране дисплея, так и в форме машинной распечатки об измеренных значениях Ксраб. и Котп, позволяющая судить о запасе износостойкости каждого из контактов у каждого из экземпляров реле.

МикроЭВМ 1 также производится по соответствующему алгоритму статистическая обработка накопленных данных, позволяющая судить об усредненной износостойкости всех партий проверенных реле.

Пример. Проводился контроль износостойкости микроминиатюрных герметичных реле типа РЭС 49. Резистор 6 был выбран с сопротивлением, составляющим 3% от номинального сопротивления обмотки 5 реле. Дифференцирующее устройство 7 было выполнено на RC-цепи с параметрами 0 022 мкф и 430 см. Размах скачка производной от тока обмотки устанавливался на выходе дифференцирующей цепи на уровне 4 мВ с погрешностью ±2%. В качестве реле с недостаточной износостойко- С1ью рачмыкзющего контакта выявлялись

также экземпляры, у которых Кгряб 5 0,9, а в качестве реле с недостаточной износостойкостью замыкающего контакта выявлялись такие экземпляры, у которых К0щ 2:1.7.

После описанной разбраковки экземпляры реле как признанные не имеющими достаточной износостойкости, так и признанные имеющими достаточную износостойкость, были подвергнуты испытаниям,

0 во время которых размыкающие и замыкающие контактны данных реле коммутировали активную нагрузку при напряжении постоянного тока на разомкнутых контактах 150 В и токе через замкнутые контакты 0,1

5 А. Все испытуемые реле отработали по 100 х 103 коммутационных циклов (т.е. выполнили 100 х 103 включений и выключений нагрузки).

Реле, признанные не имеющими доста0 точной износостойкости замыкающего контакта, после 40 х 103...50 х 103 коммутационных циклов давали отказы в виде неразмыкания замыкающего контакта при отпускании.

5 Кроме того, реле, признанные не имеющими достаточной износостойкости размы- кающего контакта были подвергнуты испытаниям, во время которых указанную выше нагрузку (150 В; 0.1 А) коммутировали

0 только размыкающие контакты. Во время указанных испытаний после 70 х 103 коммутационных циклов были зафиксированы отказы в виде наразмыкания размыкающих контактов.

5 Контроль износостойкости электромагнитного реле путем определения соотношения между временем перелета переключающего контакта при подаче или снятии с обмотки номинального рабочего

0 напряжения и временем перелета при заданном размахе скачка производной от тока обмотки при срабатывании обеспечивает предлагаемому способу возможность отбраковки всех экземпляров реле с недопу5 стимо низкой скоростью движения переключающего,контакта в зазоре, являющейся причиной отказа, без разрушения и износа реле и в течение незначительного времени, составляющего 10...20 коммутаци0 онных циклов (порядка 0,5... 1 с). Таким образом, неразрушающий прогнозирующий контроль износостойкости электромагнитных реле по предлагаемому способу позволяет создавать высокопроизводительные

5 автоматические приборы, обеспечивающие в условиях производства стопроцентную проверку всего количества изготовленных реле и получение достоверных данных об износостойкости как конкретно каждого из

экземпляров проверенных реле, так и ус- редненно по всему объему выпуска Формула изобретения Способ неразрушающего прогнозирующего контроля износостойкости электромагнитного реле, чри котором на обмотку подают прямоугольный импульс напряжения, амплитуда которого соответствует номинальному рабочему значению для реле данного типа и длительность которого превышает максимально возможное для данного типа реле время срабатывания, и измеряют время перелета переключающего контакта при срабатывании и время перелета переключающего контакта при отпускании, отличающийся тем.что. с целью повышения достоверности контроля, время перелета переключающего контакта при срабатывании измеряют от момента первого разрыва цепи размыкающего контакта до момента первого замыкания цепи замыкающего контакта, время перелета переключающего контакта при отпускании измеряют от момента первого разрыва цепи замыкающего контакта до момента первого замыкания .цепи размыкающего контакта, измеренные значения времен перелета при срабатывании и отпускании запоминают, вновь подают на обмотку прямоугольные импульсы напряжения длительностью, превышающей максимально возможное для данного типа реле время срабатывания, амплитуду которых посте внно увеличивают, начиная с величины, соответствующей ми- нималоно возможному значению напряжения срабатывания для данного типа реле, при каждом срабатывании выделяют сигнал, пропорциональный току обмотки реле, и его дифференцируют, прекращают увеличение амплитуды импульсов напряжения, подаваемых на обмотку реле, после того, как в процессе очередного срабатывания реле во время остановки якоря размах скачка полученной указанным дифференцированием производной от тока обмотки из одной полярности в противоположную полярность достигнет заданной величины, заранее установленной дл° данного типа реле, при достижении размахом скачка производной от тока обмотки заданной величины измеряют и запоминают время перелета переключающего контакта в процессе срабатывания как время от момента первого разрыва цепи размыкающего контакта до момента первого замыкания цепи замыкающего контакта, вычисляют коэффициент, ха рэктеризующий скорость перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при подаче на обмотку номи- нального рабочего напряжения, по формуле

Ксраб

tn CHOM

t« ;стэВ

где Ксраб коэффициент, характеризующий скорость перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при подаче на обмотку номинального рабочего напряжения;

п сном время перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при подаче на обмотку номинального рабочего напряжения;

tn-сстаб время перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при достижении размахом скачка производной от тока обмотки заданной величины; вычисляют коэффициент, характеризующий

скорость перелета переключающего контакта в процессе отпускания при снятии-с обмотки номинального рабочего напряжения, по формуле

30

мэтп

П Ох ом

п.сстаб.

где Котп - коэффициент, характеризующий скорость перелета переключающего контакта в процессе отпускания при снятии с обмотки номинального рабочего напряжения, tn QHOM время перелета переключающего контакта в процессе отпускания при снятии с обмотки номинального рабочего

напряжения;

In сстаб время перелета переключающего контакта в процессе срабатывания при достижении размахом скачка производной от тока обмотки заданной величины.

в качестве реле с пониженной износостойкостью размыкающего контакта признают такое, у которого вычисленное значение коэффициента Ксраб.превышает величину, заранее установленную для реле данного

типа, а в качестве реле с пониженной износостойкостью замыкающего контакта признают такое, у которого вычисленное значение коэффициента К0тп превышает величину, заранее установленную для реле

данного типа.

Чч1

8.

UO&M

ЗоЬм

c/3 a fa

t/0x. 6/7.3

t

ЗСГ#0##&Ј/

/ азмсгх c/rwfct

риг.З