小型断路器可靠性试验装置

1.小型断路器可靠性试验装置，其特征为由试验控制柜，试品柜，大电流试验柜和负载 柜组成；其中，试验控制柜包括工业控制用计算机(1)和触头状态检测电路(5)；试品柜包 括小型断路器试品(4)、试品的手柄操作机构(3)和手柄合/分闸驱动电路(2)；大电流试 验柜包括电流自动调节与测试电路(7)；负载柜包括配套负载电路(6)；小型断路器可靠性 试验装置各个组成部分的连接方式是工业控制用计算机(1)分别和电流自动调节与测试电路 (7)、触头状态检测电路(5)和手柄合/分闸驱动电路(2)相连；手柄合/分闸驱动电路(2) 和手柄操作机构(3)、小型断路器试品(4)、触头状态检测电路(5)顺次相连，其中小型断 路器试品(4)又分别和配套负载电路(6)及电流自动调节与测试电路(7)相连。
2.按照权利要求1所述的小型断路器可靠性试验装置，其特征是所述的手柄合/分闸驱 动电路(2)包括数据输入输出电路(21)、第一光电耦合器(22)、第二光电耦合器(25)、 电动机(23)、机械手行程开关(24)；手柄合/分闸驱动电路(2)连接方式是工业控制用计 算机(1)通过地址线(200)和I/O数据线(210)与数据输入输出电路(21)连接，数据输 入输出电路(21)的输出接口通过信号线(211)与第一光电耦合器(22)的输入端连接，第 一光电耦合器(22)的输出端经信号线(212)与电动机(23)相连，电动机(23)通过手柄 操作机构(3)与小型断路器试品(4)相连，在手柄操作机构(3)上安装的机械手行程开关 (24)通过信号线(222)与第二光电耦合器(25)连接，再通过信号线(221)与数据输入 输出电路(21)的输入接口相连。
3.按照权利要求1所述的小型断路器可靠性试验装置，其特征是所述的触头状态检测电 路(5)包括多路转换器(50)、数据收发器(51)、第二数据缓冲器(52)、第三光电耦合器 (53)、数模转换器(54)、电压放大器(55)、电压比较器(56)、第四光电耦合器(57)、数 据寄存器(58)和第一数据缓冲器(59)；触头状态检测电路(5)连接方式是工业控制用计 算机(1)与信号线(501)、多路转换器(50)、信号线(520)、数据寄存器(58)顺次相连； 同时，工业控制用计算机(1)还与双向信号线(500)、数据收发器(51)、信号线(502)、 第二数据缓冲器(52)、信号线(503)、第三光电耦合器(53)、信号线(504)、数模转换器 (54)、信号线(505)、电压放大器(55)、信号线(506)、电压比较器(56)、信号线(508)、 第四光电耦合器(57)、信号线(509)、数据寄存器(58)、信号线(510)、第一数据缓冲器 (59)顺次连接，第一数据缓冲器(59)又经信号线(511)接数据收发器(51)，形成信号 控制回路；另外，试品触头(70)经信号线(507)与电压比较器(56)连接。
4.按照权利要求1所述的小型断路器可靠性试验装置，其特征是所述的电流自动调节与 测试电路(7)包括自动调压控制电路(71)、回路开关控制电路(72)、数据采集电路(73)、 试验电源(74)、主回路开关(75)、电动调压器(76)、变压器(77)、支路开关(78)、采样 电阻(79)和被测试品触头(70)；电流自动调节与测试电路(7)连接方式是将试验电源(74) 顺次与信号线(700)、主回路开关(75)、信号线(701)、电动调压器(76)、信号线(702)、 变压器(77)、信号线(703)、支路开关(78)、信号线(704)、采样电阻(79)、信号线(705)、 被测试品触头(70)相连，最后经信号线(706)与试验电源(74)相连，形成一个试验回路； 试验控制柜中的工业控制用计算机(1)顺次与信号线(707)、自动调压控制电路(71)、信 号线(708)和电动调压器(76)相连接；与此同时工业控制用计算机(1)还顺次与信号线 (709)、回路开关控制电路(72)、信号线(710)和主回路开关(75)相连；其中回路开关 控制电路(72)又顺次与信号线(711)和支路开关(78)相连接；工业控制用计算机(1) 通过信号线(713)与数据采集电路(73)相连，数据采集电路(73)又经信号线(712)与 采样电阻(79)相连接。
5.按照权利要求2所述的的小型断路器可靠性试验装置，其特征是所述的手柄合/分闸 驱动电路(2)中的电动机(23)为正反转电动机或单向旋转电动机。

技术领域：\n本发明属于一种断路器的试验检测装置，特别涉及一种对电器产品进行可靠性试验的小 型断路器可靠性试验装置。\n背景技术：\n随着日常生活电气化程度的提高以及城市建设的发展，采用高性能的小型断路器作为住 宅及类似建筑物内的电气线路和装置以及配电终端电路与装置的过载和短路保护越来越普 及。目前，对C45、DZ47等系列的小型断路器的需求量在迅速增加，小型断路器的年产量也 在不断提高，目前国内其年总产量已达到1亿极以上。小型断路器主要是指：“用于交流50Hz、 电压380V及以下、电流125A及以下、额定极限短路分断能力不超过25000A的交流断路器”。 小型断路器的可靠性高低直接影响到配电线路上的装置是否能安全运行，对国民经济具有重 大影响。可靠性试验装置是按照可靠性抽样理论及可靠性试验方法研制的，对小型断路器进 行可靠性水平的评估与验证的专用的试验装置，利用可靠性试验装置对小型断路器进行可靠 性试验，可发现小型断路器的故障隐患，从而促使生产厂家对产品进行改进等措施，最终提 高产品的可靠性水平。因此，研制小型断路器可靠性试验装置对保证与提高小型断路器产品 质量与可靠性有十分重要的意义和实用价值。\n在现有相关技术中，对于低压断路器的试验装置的研究主要有三种：第一种装置是采用 气动操作机构方式驱动断路器手柄，但只能完成断路器的合/分闸操作，不对触头接触的状态 进行监测；第二种装置是针对DZ15-40塑壳断路器设计的瞬动脱扣试验台，只对脱扣器的脱 扣功能进行试验，不能实现断路器合/分闸操作；第三种为塑壳断路器可靠性试验装置，该装 置只是对有手柄电动驱动机构的塑壳断路器进行试验，通过给电动驱动机构通/断电来完成塑 壳断路器手柄的分/合，而且只能进行操作可靠性方面的试验，不能检验脱扣器瞬动保护可靠 性。目前，关于小型断路器的文献都属于对小型断路器内部元件或结构设计方面的改进，而 关于小型断路器可靠性试验装置方面的内容国内外未见报道。\n发明内容\n本发明要解决的问题是针对目前缺少专门对小型断路器进行可靠性试验的试验装置的 现状而提供了一种小型断路器可靠性试验装置。解决了判定小型断路器可靠性的几个关键问 题：解决了利用工控机实现小型断路器可靠性试验的自动化，克服人手操作造成的精度不高 及人为因素造成的误差等缺点；还解决了如何准确判断在合/分闸操作过程中，小型断路器内 部操作机构及电气连接的真实的可靠性水平问题，并同时解决了检测小型断路器脱扣器的瞬 动保护特性过程中，模拟短路电流的实现以及脱扣状态的判断等问题。本发明研制的小型断 路器可靠性试验装置在上述几个关键问题方面的设计未见有相关报道。此外，本发明可兼顾 到类似结构的各种型号小型断路器，具有一定的通用性。\n本发明的技术方案如下：\n本发明利用工业控制用计算机、触头状态检测电路和数据采集电路等模块化电路对小型 断路器的手柄操作、操作机构操作及触头接触可靠性以及脱扣器瞬动保护可靠性进行自动操 作与测试。\n小型断路器可靠性试验装置，包括试验控制柜，试品柜，大电流试验柜和负载柜；其中， 试验控制柜包括工业控制用计算机1和触头状态检测电路5；试品柜包括多台小型断路器试 品4、试品的手柄操作机构3和手柄合/分闸驱动电路2；大电流试验柜包括电流自动调 节与测试电路7；负载柜包括配套负载电路6。工业控制用计算机1分别和电流自动调节 与测试电路7、触头状态检测电路5和手柄合/分闸驱动电路2相连；手柄合/分闸驱动电 路2和手柄操作机构3相连；手柄操作机构3和小型断路器试品4相连；小型断路器试 品4又和触头状态检测电路5及配套负载电路6相连。\n所述的手柄合/分闸驱动电路2包括数据输入输出电路21、第一光电耦合  22、第 二光电耦合器25、电动机23、机械手行程开关24；其连接方式是工业控制用计算机1通 过地址线200和I/O数据线210与数据输入输出电路21连接，数据输入输出电路21的 输出接口通过信号线211与第一光电耦合器22的输入端连接，第一光电耦合器22的输出 端经信号线212与电动机23相连，电动机23通过手柄操作机构3与小型断路器试品4 相连，在手柄操作机构3上安装的机械手行程开关24通过信号线222与第二光电耦合器 25连接，再通过信号线221与数据输入输出电路21的输入接口相连。\n所述的触头状态检测电路5包括多路转换器50、数据收发器51、第二数据缓冲器 52、第三光电耦合器53、数模转换器54、电压放大器55、电压比较器56、第四光电 耦合器57、数据寄存器58和第一数据缓冲器59；其连接方式是工业控制用计算机1经 信号线501与多路转换器50相连，多路转换器50经信号线520与数据寄存器58相连； 工业控制用计算机1经双向信号线500与数据收发器51相连，数据收发器51经信号线 502接第二数据缓冲器52，再经信号线503接第三光电耦合器53，经信号线504接数 模转换器54，再经信号线505接电压放大器55，再经信号线506接电压比较器56， 试品触头70经信号线507接电压比较器56，电压比较器56经信号线508接第四光电 耦合器57，再经信号线509接数据寄存器58，再经信号线510接第一数据缓冲器59， 再经信号线51 1接数据收发器51，形成信号控制回路。\n所述的电流自动调节与测试电路7包括自动调压控制电路71、回路开关控制电路 72、数据采集电路73、试验电源74、主回路开关75、电动调压器76、变压器77、 支路开关78、采样电阻79和被测试品触头70；其连接方式是试验电源74依次经信号 线700接主回路开关75、经信号线701接电动调压器76、经信号线702接变压器77、 经信号线703接支路开关78、经信号线704接采样电阻79、经信号线705接被测试品 触头70，最后经信号线706与试验电源74相连，形成一个试验回路。试验控制柜中的工 业控制用计算机1通过信号线707与自动调压控制电路71相连，自动调压控制电路71 又经信号线708与电动调压器76相连接；工业控制用计算机1通过信号线709与回路开 关控制电路72相连，回路开关控制电路72又经信号线710、711分别与主回路开关 75、支路开关78相连接；工业控制用计算机1通过信号线713与数据采集电路73相连， 数据采集电路73又经信号线712与采样电阻79相连接。\n所述的多组配套负载电路6由负载电源、配套电阻组成，为试品触头两端提供电压信号。\n本发明与现有技术相比有以下几个主要的有益效果：\n1.可同时对多台小型断路器进行操作可靠性试验和瞬动保护可靠性试验；\n2.具有较强的通用性，可兼顾到类似结构的各种型号小型断路器；\n3.可对试品进行自动合/分闸无冲击操作，操作频率在10～500次/小时范围内可调，并 能同时对多对触头进行接触压降及断开触头间电压的监测，并判断试品故障情况；\n4.解决了利用工控机实现小型断路器可靠性试验的自动化，克服人手操作造成的精度不 高及人为因素造成的误差等缺点；\n5.设计的专用负载柜，能提供4组配套的阻性负载；\n6.试验过程中，用户可对可靠性试验参数进行修改整定，如闭合触头的接触压降极限值 Ujm，试验操作频率及总的试验次数等。\n附图说明\n图1是小型断路器可靠性试验装置结构示意图；\n图2是手柄合/分闸驱动电路结构示意图；\n图3是触头状态检测电路结构示意图；\n图4是电流自动调节与测试电路结构示意图；\n图5是本发明的试验运行计算机程序框图；\n图6是本发明小型断路器可靠性试验装置电路图。\n本发明的具体实施方式：\n实施例1：\n由图1可见，所述的小型断路器可靠性试验装置，包括试验控制柜，试品柜，大电流试 验柜和负载柜；其中，试验控制柜包括工业控制用计算机1和触头状态检测电路5；试品 柜包括8台小型断路器试品4、试品的手柄操作机构3和手柄合/分闸驱动电路2；大电 流试验柜包括自动调压控制电路71、回路开关控制电路72、数据采集电路73、试验电 源74、主回路开关75、电动调压器76、变压器77、支路开关78、采样电阻79和 被测试品触头70；负载柜包括配套负载电路6。工业控制用计算机1分别和电流自动调 节与测试电路7、触头状态检测电路5和手柄合/分闸驱动电路2相连；手柄合/分闸驱动 电路2和手柄操作机构3相连；手柄操作机构3和小型断路器试品4相连；小型断路器 试品4又和触头状态检测电路5、配套负载电路6及电流自动调节与测试电路7相连。\n图1中所述的手柄合/分闸驱动电路2如图2所示，包括数据输入输出电路21、第一 光电耦合器22、第二光电耦合器25、电动机23、机械手行程开关24；其连接方式是 工业控制用计算机1通过地址线200和I/O数据线210与数据输入输出电路21连接，数 据输入输出电路21的输出接口通过信号线211与第一光电耦合器22的输入端连接，第一 光电耦合器22的输出端经信号线212与电动机23相连，电动机23通过手柄操作机构3 与小型断路器试品4相连，在手柄操作机构3上安装的机械手行程开关24通过信号线 222与第二光电耦合器25连接，再通过信号线221与数据输入输出电路21的输入接口相 连。\n图1中所述的触头状态检测电路5如图3所示，包括多路转换器50、数据收发器51、 第二数据缓冲器52、第三光电耦合器53、数模转换器54、电压放大器55、电压比较 器56、第四光电耦合器57、数据寄存器58和第一数据缓冲器59；其连接方式是工业 控制用计算机1经信号线501与多路转换器50相连，多路转换器50经信号线520与数 据寄存器58相连；工业控制用计算机1经双向信号线500与数据收发器51相连，数据 收发器51经信号线502接第二数据缓冲器52，再经信号线503接第三光电耦合器53， 经信号线504接数模转换器54，再经信号线505接电压放大器55，再经信号线506接 电压比较器56，试品触头70经信号线507接电压比较器56，电压比较器56经信号线 508接第四光电耦合器57，再经信号线509接数据寄存器58，再经信号线510接第一 数据缓冲器59，再经信号线511接数据收发器51，形成信号控制回路。\n图1中所述的电流自动调节与测试电路7如图4所示，包括自动调压控制电路71、回 路开关控制电路72、数据采集电路73、试验电源74、主回路开关75、电动调压器76、 变压器77、支路开关78、采样电阻79和被测试品触头70；其连接方式是试验电源74 依次经信号线700接主回路开关75、经信号线701接电动调压器76、经信号线702接 变压器77、经信号线703接支路开关78、经信号线704接采样电阻79、经信号线705 接被测试品触头70，最后经信号线706与试验电源74相连，形成一个试验回路。试验控 制柜中的工业控制用计算机1通过信号线707与自动调压控制电路71相连，自动调压控 制电路71又经信号线708与电动调压器76相连接；工业控制用计算机1通过信号线 709与回路开关控制电路72相连，回路开关控制电路72又经信号线710、711分别与 主回路开关75、支路开关78相连接；工业控制用计算机1通过信号线713与数据采集 电路73相连，数据采集电路73又经信号线712与采样电阻79相连接。\n图6是本实施例装置的电路图，其主要分为四个部分，第I部分为图1中的工业控制用 计算机1，第II部分为图1中的触头状态检测电路5，第III部分为图1中的手柄合/分 闸驱动电路2、试品的手柄操作机构3和小型断路器试品4；第IV部分为图1中的电流 自动调节与测试电路7。\n图1中所述的小型断路器可靠性试验装置，在工业控制用计算机控制下进行小型断路器 可靠性试验，其试验运行程序如图5所示：\n(1)计算机上电后运行小型断路器可靠性试验程序：\n(2)判断是否有试验菜单项选择操作(鼠标点击或键盘输入)，无试验菜单项选择操作时 重复第2步，有试验菜单项选择操作时转第3步；\n(3)判断是否为试验参数修改功能菜单，若不是转第4步，若是则进行以下处理：\n通过鼠标及键盘进行参数修改，工业控制用计算机自动进行保存修改后的运行参数，在 下次运行时计算机自动调入上次运行的参数。运行参数包括：接触压降极限值，断开电压极 限值，操作频率，总的试验次数，允许故障次数，占空比，试品的额定电流等参数。修改运 行参数后，保存并显示运行参数，然后转第2步。\n(4)判断是否为试验数据文件处理菜单，若不是就转第5步，若是则进行以下处理：\n文件处理包括了数据文件的存储、调入、试验数据的显示打印等。当一批试品试验完成 后，可以通过文件处理模块将试验数据保存到计算机中；并通过读取数据文件，能将以前的 试验数据读入；还能通过显示或打印命令，将试验数据显示在计算机显示器上或通过打印机 进行输出打印。\n文件处理完成后，转第2步。\n(5)判断是否为试验初始化菜单，若不是转第6步，若是则进行以下处理：\n试验初始化菜单函数允许用户通过鼠标及键盘对允许失效次数、试验操作次数、接触压 降极限值、断开压降极限值等试验参数进行修改；修改确认后，所有的试验参数改变，旧的 试验数据将被删除(试验将按照新的试验参数重新进行)，转第2步；修改取消后，试验参数 不变化，转第2步。\n(6)判断是否为操作可靠性试验运行菜单，若不是转第7步，若是则进行以下处理：\n该函数模块通过手柄合/分闸驱动电路2对试品进行合闸/分闸操作，在操作过程中通过 触头状态检测电路5检测试品触头的状态，判断失效，并记录失效试品的信息。试验运行完 成后，转第2步。\n(7)判断是否为瞬动保护可靠性试验运行菜单，若不是转第8步，若是则进行以下处理：\n该函数模块通过电流自动调节与测试电路7模拟短路电流，验证试品短路保护功能的可 靠性，即将试品回路闭合，按照标准的规定，对B、C、D型小型断路器，分别将试验电流调 节为试品额定电流的3倍或5倍、5倍或10倍、10倍或50倍，在规定时间内通过触头状态 检测电路5检测试品触头的状态，判断试品脱扣状况，并记录结果。试验运行完成后，转第 2步。\n(8)判断是否为试验退出菜单，若不是就转第2步，若是则退出小型断路器可靠性试验。\n在运行试验第6步，进行小型断路器操作可靠性试验时，试验的具体操作过程如下：\n首先，工业控制用计算机1通过手柄合/分闸驱动电路2对试品进行合闸操作：即工业 控制用计算机1首先发出电动机正转指令信号，信号通过I/O数据线210传递给数据输入 输出电路21，又经信号线211并通过第一光电耦合器22隔离后传送给电动机，电动机开 始正向转动，电动机的正向旋转运动通过手柄操作机构3转变为向上拨动试品4手柄进行 合闸操作的直线运动；当试品4手柄合闸到位时，安装在手柄操作机构3上的行程开关24 会感应检测出电信号(合闸到位状态信号)，该信号经过信号线222并通过第二光电耦合器 25隔离后，再经信号线221并通过数据输入输出电路21、I/O数据线210传送回工业控 制用计算机1，工业控制用计算机1进行判断后，经I/O数据线210发出电动机停转指令， 经数据输入输出电路21、信号线211、第一光电耦合器22、信号线212传给电动机， 使电动机停止，从而使小型断路器试品4的手柄保持在合闸的位置上。\n当试品4的手柄处于合闸位置后，工业控制用计算机1通过触头状态检测电路5检测 试品触头的状态：工业控制用计算机1经信号线501、多路转换器50产生多组电路的片 选信号，经信号线520选中对应的数据寄存器58使其工作；同时，工业控制用计算机1经 双向信号线500、数据收发器51、信号线502将设定的触头基准门限电压值(根据相关 标准规定，闭合触头的触头回路电压降Uj不应该超过的接触压降极限值Ujx为：当负载电 流为1A时，Ujx＝1.0A×R内阻+0.05Ucd，其中，Ucd为触头回路额定电压，试验中规定的基准 门限电压值应为接触极限值)传送到第二数据缓冲器52中，又经信号线503通过第三光 电耦合器53隔离，经信号线504在数模转换器54中进行数模转换，将基准门限电压由数 字值转换成模拟量，该模拟电压经信号线505并通过电压放大器55的放大后，经信号线 506传送到电压比较器56的一个输入端；试品触头70两端的电压信号经信号线507传送 到电压比较器56的另一输入端(试品触头两端的电压信号由负载柜中的负载电路6提供)； 两个信号经过电压比较器56进行比较，比较后的逻辑电平信号经信号线508、第四光电耦 合器57、信号线509传送到被选中的数据寄存器58，后经信号线510、第一数据缓冲器 59、信号线511、数据收发器51，送回工业控制用计算机1中。\n比较后的逻辑电平信号有高/低两种情况，表明实际接触压降值大于或小于基准门限电压 值；当实际接触压降值大于基准门限电压值时，说明接触不良，反之接触良好；由此，工业 控制用计算机1通过对接收的信号进行分析，而做出试品失效与否的判断，并记录失效试品 的信息。\n当合闸操作时间结束后，工业控制用计算机1通过手柄合/分闸驱动电路2按照上述同 样的方法对试品进行分闸操作；当试品4的手柄处于分闸位置后，工业控制用计算机1通 过触头状态检测电路5按照上述同样的方法检测试品触头的状态(分断触头间的电压Uf不 应低于极限值Ufx，除非产品标准另有规定，Ufx应为触头电路额定电压Ucd的90％)，并 对接收到的信号进行失效判断，记录失效试品的信息。\n如此往复，所述的手柄合/分闸驱动电路2可通过工业控制用计算机1控制按照设定的 频率值(10次/小时-500次/小时可调)对小型断路器试品4手柄进行周期性地自动合/分 闸操作；在小型断路器试品4的手柄处于合/分闸位置时，所述的触头状态检测电路5检测 试品触头两端的电压信号，对试品进行失效判定。\n当达到试验操作总次数或失效试品数时，试验操作可靠性试验运行停止。\n在运行试验第7步，进行小型断路器瞬动保护可靠性试验时，试验的具体操作过程如下：\n首先，工业控制用计算机1通过手柄合/分闸驱动电路2对被测试品进行合闸操作，并 通过触头状态检测电路5确认试品触头闭合；接着，工业控制用计算机1指令信号经信号 线709、通过回路开关控制电路72，又分别经信号线710、711传送到主回路开关75和 支路开关78，将其闭合，从而使电流自动调节与测试电路7中的试验回路接通。\n然后，工业控制用计算机1经信号线707、通过自动调压控制电路71及信号线708 给电动调压器76发出升/降压操作信号，此时，试验回路中的电流将增大/减小，在升/降压 的同时，由采样电阻79采集的试验回路电压信号经信号线712、数据采集电路73及信号 线713传回工业控制用计算机1，在工业控制用计算机1中转换成电流值，该电流值与预 定的试验电流值(按照标准的规定，对B、C、D型小型断路器，分别为试品额定电流的3 倍或5倍、5倍或10倍、10倍或50倍，)相比较，然后再由工业控制用计算机1经自动调 压控制电路71给电动调压器76发出升/降压操作信号，直至试验回路中的试验电流等于预 定电流值。\n最后，当试品所在试验回路电流为预定试验电流时，在规定时间内，工业控制用计算机1 通过触头状态检测电路5检测试品触头的状态，判定试品脱扣器脱扣的结果，并记录试验结 果。\n当完成试验次数后，瞬动保护可靠性试验停止运行。\n所述的负载柜可提供四组配套阻性负载，即可分别通过选择开关在24V、6V两种电压和 1A、0.1A两种电流中组合选择。\n实施例2：\n所述的小型断路器可靠性试验装置，手柄合/分闸驱动电路2中的电动机23也可采用单 向旋转电机。\n其余结构及原理与实施例1相同。