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钱多多论坛微型断路器及其试验

更新时间:2019-10-09

  微型断路器(Miniature Circuit Breaker,MCB)属于低压断路器中的一类,是一种由保护装置、操作机构、触头等构成的小容量动作开关电器,参照国家标准GB10963.1《家用及类似场所用过电流保护断路器》中对微型断路器定义:“用于交流电流 50Hz 或 60Hz、电压值不超过 440V(相间)、额定电流值不超过 125A、额定极限短路分断能力不超过 25000A 的交流断路器”。

  C 类为一般商场及建筑群线路终端中使用,有较大的额定容量,可抗击一定的电流冲击能力;

  D 类微型断路器多用于高感性负荷和有较大冲击电流产生的配电系统中,如产生脉冲电流的电气设备、小型电动机等。

  微型断路器用于保护电气线路及设备的安全,当用电设备或线路发生过载、短路故障时,其脱扣器应能及时动作,可靠地将电路切断;当电气线路或用电设备处于正常状态时,其触头应能可靠地接通电路,脱扣器不应误动作。

  在微型断路器制造过程中,需要针对上述特性进行测试,以保证产品质量。微型断路器生产过程中主要进行的试验项目包括有瞬时特性、延时特性、通断以及工频耐压试验。

  在传统的微型断路器制造过程中,上述试验检测项目大多由人工或独立的试验设备完成。由于各项试验耗时性、准确性以及对试品的影响程度不同,试验项目及其顺序分布会对生产效率及产品质量产生不同程度的影响。因此,合理安排试验项目与顺序尤为重要。

  针对上述情况,采用集成的、流水线式的微型断路器出场试验检测系统,根据产量与生产节奏,合理安排不同试验项目的规模、节拍以及试验顺序,可以有效提高产品生产效率,减少试验检测过程对生产过程及产品质量造成的影响,有效提到良品率及产能。

  微型断路器生产过程中主要需完成的试验项目有瞬时特性、延时特性、通断以及工频耐压试验。这几类试验特点及节拍各有其特点。

  瞬时特性试验: 根据产品类型不同,瞬时特性试验需要试品在短时间内承受数倍于额定电流的测试电流,并精确测量其脱扣时间以判断是否合格。钱多多论坛,瞬时特性试验耗时较短,对试验电源的精度、反应速度及电流上升率以及计时系统的准确性、有效性的要求较高,采用高可靠的电源系统与计时系统是提高试验效率的有效手段。由于单台项目试验耗时较少,在本项目的试验系统设计中,可以采用多工位循环试验的方式以提高设备性价比。

  延时特性试验:与瞬时特性试验相比,延时特性试验测试电流相对较小,但延时试验时间较长,由于电流热效应导致的试品冷却时间也较长,在批量的微型断路器生产与检测线中,延时特性试验设备往往是节拍中耗时最长的环节,需要通过合理的设计以提高试验台使用效率,减少由于试品冷却时间造成的试验过程阻塞。在本系统的设计中,采用异步循环调用的方式,以最大程度提高系统测试速度,保证整个生产检测过程节拍。

  通断与工频耐压检测。考虑到工频耐压检测对产品有一定程度的破坏性,不宜反复进行。因而将工频耐压检测作为微型断路器出厂检测最后一个环节进行。本试验涉及高电压(2.5kV试验电压),试验过程安全至关重要。因此,在设计中通过物理隔离、程序连锁等方式,将高电压系统与传送带、设备外壳等严格隔离开,以避免试验过程中由于绝缘泄漏等原因造成的潜在危险。

  根据生产线节拍与生产能力,瞬时特性试验系统设计为12台测试工位循环测试的方式。设备使用电子式高精度大功率程控电流源,配合高速数据采集系统以提供试验电流并精确反馈动作时间。为满足D型断路器试验要求,程控电流源特别设计有2500安培档,以保证63A断路器40倍的测试电流。电流源档位根据试品情况自动进行切换,以保证全量程的电流输出精度及测量精度。

  大功率电流源前置隔离变压器,避免因电源波动引起的试验偏差。通过AC-DC-AC的转换过程,利用高速大功率IGBT进行整流及逆变,并留有充足的裕量,一方面确保电流输出波形稳定纯净低畸变,另一方面也保证了长期重复使用条件下不影响电源的使用寿命,突发性的电流冲击也不会对系统行程危害。程控电流源通过通讯与干节点两套系统与控制系统进行联络,在控制电流输出与分断时采用干节点直接控制以减少通讯带来的延时与影响。

  为降低接触电阻,保证试验电流的输出,采用T2紫铜作为测试电极,并且在接触面焊接银点,从而保证设备长期可靠运行,延长设备使用寿命。针对不同档位的输出,系统通过不同的高精度电流传感器进行电流采集,电流值可通过控制系统实时显示。历史试验电流可通过试验控制系统进行查询及追溯,为质量追踪与质量管理提供依据。

  按照GB10963.1标准,不同类型的微型断路器瞬时校验电流有所不同,其中,B型产品校验电流为额定电流的3-5倍(3倍电流为低倍,5倍电流为高倍),C型产品为5-10倍,D型产品为10-40倍。低倍电流时不动作时间大于等于0.1秒,高倍电流时动作时间小于等于0.1秒。本系统采用高精度数据采集装置,代替传统的计时器以提供更高精度的时间采集,时间精度高于1ms。数据采集系统通过高速采样获取电流波形,有效地确定自电流产生至试品有效开断的过程,除了可以确定有效的分断时间外,也可用于分析触头特性等目的。

  在测试时,高、低倍电流试验之间插入其他试品进行试验,以提供有效的冷却时间,保证试品测试的准确性,以免形成过于严苛的试验环境,同时又不影响整体的试验节奏。系统设计有延时关断功能,如试品因故障无法开断,试验电流将自动关断。试品正常断开后,为避免试品两端瞬时过电压对试品与系统产生影响。设备采用了高速旁路进行电流切换与泄流。

  作为自动生产线的组成部分,试验系统与前、后工序配合,上、下料过程根据生产线节奏自动完成。并根据产品条码自动针对每台产品高倍及低倍电流分别进行试验,依据试验结果自动将试品流转至下一阶段或推出流水线以供人工检查。对于多次试验不合格的产品,则自动推出至废品位置以报废处理。

  延时特性试验系统,共配置16工位及4组等待工位,以提高试验节拍。系统采用2组电源同时工作的方式,可同时对2台试品进行测试,以提高试验效率。按照国标要求,微型断路器在1.13倍电流下应该不脱扣,在1.45倍电流下应于1-2小时(根据额定电流不同)内脱扣,而在2.55倍电流下应于1-60秒内脱扣,在超过3倍电流后,则根据B、C、D类型的不同,进入瞬时动作的环节。在设备出厂试验时,显然不可能进行1-2小时的长期试验,因此大部分情况下试验电流设置为2.55倍-3倍的额定电流之间,以使得试品脱扣时间相对较短,并且满足产品设计的脱扣曲线。

  按照要求,延时特性试验至少应检验两次,两次之间试品需要充分冷却以恢复状态,因此,在每次试验结束后,试品会被推送至冷却位置,通过风冷循环进行吹风冷却,并通过温度检测装置监控并推断产品内部温度变化,试验系统自动记录每台设备的位置及试验状态,当试品冷却完成后,系统自动进行下一次试验,并根据试验结果确定是否将试品推送至下一环节继续进行检测。

  延时特性试验采用电子式高精度程控恒流源,最大电流输出不小于400安培,电流上升时间不大于1秒,电流源内部采用隔离变压器及高可靠的IGBT进行隔离、整流及逆变等操作,可长期高负载稳定运行。测试电极采用T2紫铜,电极接触面焊接银点,同时满足1-4P不同类型的试品试验,系统采用高精度电流传感器及高速数据采集装置进行数据采集,在试品分断后可及时切断电源并对试品进行处理,以提高系统工作节拍,提高效率。

  系统内置温度补偿算法,可根据环境温度自动进行计算及补偿,从而提高试验的可靠性与准确性。系统作为自动化生产线的组成部分,工作节拍可满足生产线节拍要求,实现自动上、下料功能。本系统设计中充分考虑了冷却、等待消耗的时间与空间,通过多路同时试验的方式提高工作节拍。

  通断与工频试验系统,是产品测试阶段的最后一个环节,试验内容及过程相对较简单,但由于工频耐压试验需要输出高电压,因此试验具备一定的危险性,在系统设计时尤其需注意安全。耐压测试按照50Hz,2.5kV/10mA/2s进行,泄漏电流小于10mA及视为合格,试验采用了高精度程控式工频耐压测试仪作为试验核心,控制系统采用通讯的方式进行操作。试品通断通过专用的工装夹具进行操作及检测,操作完成后,试品被放置在绝缘装置上,绝缘装置可以耐受35kV以上电压,从而在物理上与流水线及检测系统进行隔离。与此同时,在设备处安装有安全光栅,当有人进入试验区域时,试验过程将自动中断,以保证人身安全。

  通断及工频耐压试验系统设计为6工位循环试验,产品自动装夹、自动测试、自动上下料,不合格品自动辨识和分拣。试验完成后进入生产线后续工序。

  与传统的控制系统不同,本系统所有设备控制系统通过统一的服务器进行数据交换及节拍匹配。控制系统采用先进的LabVIEW等工具进行设计,配置有关系型数据库,可根据条码/二维码对每台产品生产、测试过程进行追踪与追溯,数据库容量可保存5年以上的产品数据,并提供产品查询的API接口,用于产品的质量追溯,可极大地提高用户质量管理及产品研发水平。控制系统不仅保存试品的试验结果,对试验过程中的重要波形等信息也同时进行保存,以保证用户的质量追溯过程可以了解到生产试验过程的细节。

  控制系统可自动检测、记录并调节各个自动化生产装置的生产节拍,以实现节拍之间的匹配与配合,对于需要人工参与的过程,也通过指示灯与计算机屏幕与操作人员进行提示与指示,保证系统流畅运行。

  控制服务器与各台设备之间通过以太网进行数据交换,各子设备可在服务器离线时独立进行试验,并在与服务器连接后上传数据与信息,这使得系统的使用更为灵活,用户可以在生产线停机时单独使用某一台设备进行特定项目的使用。

  随着试验数据的增加,控制系统内置的机器学习模块将不断介入生产与试验过程,为用户的生产与试验数据提供分析、诊断与预测等功能。使用户数据得到最大限度的有效利用。

  同时,在系统设计中,控制系统从硬件到软件都配备有完善的安全装置,通过安全光栅、行程开关、机械电气联锁等方式,确保生产与试验过程中人员不会接触到危险的电气与机械装置。并对设备使用过程中的危险操作予以提醒与预警。以达到安全生产的目标。