Stato attuale delle tecniche di prova delle prestazioni elettriche per i contattori
La ricerca sulle tecniche di prova dinamica per contattori e altri dispositivi di commutazione dotati di contatti elettrici si concentra principalmente sui seguenti aspetti:
1. Sistemi automatizzati di rilevamento dei parametri di contatto che utilizzano un computer come host e una scheda di campionamento A/D o DSP come dispositivo slave
Questo approccio utilizza un sistema computerizzato-sviluppato-per testare e controllare la durata elettrica dei relè. Questo sistema cattura i segnali di sovratensione durante tre fasi distinte del test di vita elettrica del relè: l'inizio, la metà e la fine. Utilizzando una scheda di campionamento A/D proprietaria-o una scheda di acquisizione dati ad alta-velocità incentrata su un DSP-il sistema campiona i parametri elettrici chiave dei contatti, come la caduta di tensione di contatto, la tensione sui contatti aperti e la corrente del circuito principale. La sezione di controllo utilizza una scheda I/O digitale per pilotare relè a stato solido-, attivando e disattivando così il contattore o il relè. In termini di software, il sistema utilizza la programmazione Visual Basic (VB), incorporando routine di servizio di interruzione per eseguire funzioni come il campionamento dei dati e il controllo logico. Gli aspetti di elaborazione dei dati descritti in letteratura si concentrano principalmente sul calcolo della frequenza della rete elettrica e del fattore di potenza. Analizzando i segnali di tensione catturati e applicando la trasformata veloce di Fourier (FFT), i segnali nel dominio del tempo vengono convertiti in segnali nel dominio della frequenza. I risultati di questa trasformazione vengono archiviati in array separati per i componenti reale e immaginario; la posizione in cui si verifica un valore di picco corrisponde alla frequenza della rete elettrica, che viene poi calcolata utilizzando una formula specifica. Sottoponendo i dati raccolti a una trasformata di Fourier che converte i segnali del dominio del tempo in segnali del dominio della frequenza vengono determinati gli angoli di fase della tensione e della corrente, consentendo così il calcolo del fattore di potenza.
2. Tecniche di rilevamento dei parametri dei relè basate sulla tecnologia di controllo del microcontrollore
Poiché il livello di automazione nei test dei dispositivi elettrici continua ad avanzare, i microcontrollori vengono sempre più applicati al test e al controllo di vari apparecchi elettrici. Perfezionando i tradizionali banchi di prova utilizzati per le operazioni di commutazione (apertura e chiusura) dei contattori CA, viene integrato un microcontrollore come modulo di controllo per gestire le azioni di commutazione del contattore CA. La rilevazione dei parametri elettrici di contatto viene effettuata principalmente attraverso l'uso di trasformatori di tensione e corrente, schede di acquisizione dati e un personal computer (PC). Questo sistema consente l'acquisizione in tempo reale-di forme d'onda dinamiche-come tensione e corrente di contatto-durante i processi di apertura e chiusura del contattore. Rispetto ai metodi di test tradizionali basati sull'oscilloscopio-, questo sistema offre una precisione superiore nella registrazione delle forme d'onda di tensione associate alla combustione dell'arco di contatto. Il software Visual C++ 6.0 viene utilizzato per sviluppare il programma di acquisizione dati e l'interfaccia uomo-macchina (HMI); il modulo di elaborazione dati esegue un'analisi automatizzata-in tempo reale dei dati raccolti, riducendo così al minimo gli errori tipicamente associati all'elaborazione manuale della forma d'onda. Questo schema sperimentale è semplice e fattibile e consente l'analisi delle forme d'onda della tensione di contatto e della corrente durante i processi dinamici di apertura e chiusura dei contattori CA. In letteratura, un dispositivo di test dei parametri elettrici del relè sviluppato da Zhang Qiang et al. utilizza un microcontrollore 89C51 potenziato come nucleo; incorporando sorgenti di tensione CA e CC nonché circuiti di rilevamento dei contatti, può testare vari parametri elettrici-come tempo di funzionamento, tensione operativa e resistenza di contatto-per un'ampia gamma di relè di tensione CA e CC. Per quanto riguarda la misurazione del tempo di funzionamento, il contatto normalmente chiuso (NC) del relè in prova è collegato a un segnale di livello alto-, mentre il contatto normalmente aperto (NO) è collegato a terra. Contemporaneamente all'applicazione della tensione nominale della bobina, viene avviato un timer per iniziare il conteggio e viene stabilito un circuito di rilevamento del livello di contatto-per monitorare le variazioni del livello di tensione del contatto in tempo reale. Lo stato operativo dei contatti è determinato in base a come cambiano i loro livelli di tensione. Quando il livello di tensione passa da alto a basso, il timer viene immediatamente arrestato; il tempo trascorso visualizzato dal timer in questo momento rappresenta il corrispondente tempo di ritiro. Il tempo di diseccitazione del relè può essere determinato utilizzando una procedura analoga. Inoltre, questo dispositivo di prova è in grado di monitorare la resistenza di contatto. Offrendo un elevato rapporto costo-prestazioni, questo dispositivo funge da prezioso riferimento per lo sviluppo dell'apparato sperimentale richiesto per l'attuale progetto di ricerca.
3. Applicazione della tecnologia degli strumenti virtuali nel test dei parametri dei dispositivi di commutazione
Con il progresso e la maturazione della tecnologia degli strumenti virtuali, questa viene sempre più applicata al test di dispositivi di commutazione come relè e contattori. La tecnologia degli strumenti virtuali è una nuova metodologia di misurazione-incentrata sul software che può ridurre significativamente il costo della strumentazione di test. Le funzioni di misurazione sono implementate principalmente attraverso la programmazione software; Supportato da una piattaforma hardware centrata su un PC industriale, le capacità di test dello strumento sono realizzate tramite programmazione all'interno dell'ambiente di sviluppo software LabVIEW. La libreria applicativa LabVIEW contiene una moltitudine di moduli di test e controllo progettati per vari scopi, consentendo agli utenti di richiamare direttamente i moduli rilevanti all'interno di un'applicazione LabVIEW per eseguire un'ampia gamma di funzioni di test. Rispetto ai tradizionali linguaggi di programmazione basati su testo-basati-come Assembly, VB e VC,-scrivere programmi software in LabVIEW è straordinariamente semplice. Una volta installati i driver per una scheda di acquisizione dati (DAQ) nell'ambiente LabVIEW, è possibile richiamare le routine funzionali della scheda per facilitare il controllo del dispositivo, nonché per eseguire attività di acquisizione, elaborazione e visualizzazione dei dati.
4. Metodi per ottenere parametri temporali di relè
La determinazione dei parametri temporali del relè si basa tradizionalmente su metodi di test analogici, come l'uso di cronometri elettrici e oscilloscopi a fascio luminoso. Questi metodi di prova convenzionali sono caratterizzati da velocità di misurazione lente, margini di errore significativi e mancanza di precisione. Con il progresso della tecnologia informatica, un numero crescente di dispositivi di test dei relè incorporano microprocessori; i principi alla base di questi dispositivi sono generalmente simili. Uno studio descrive un circuito per rilevare i parametri di temporizzazione dei relè, il cui componente principale è un microcontroller a chip singolo-. Il principio di rilevamento è il seguente: quando i contatti del relè si chiudono, la tensione sul canale di ingresso corrispondente del microcontrollore viene registrata come 5 V, impostando lo stato della porta su "1"; al contrario, quando i contatti del relè si aprono, la tensione corrispondente scende a 0 V, impostando lo stato della porta I/O su "0". Quando viene applicata una tensione di eccitazione al relè, il microcontrollore campiona la corrispondente porta I/O digitale con un intervallo di campionamento sufficientemente breve; attraverso la successiva elaborazione dei dati è possibile calcolare i relativi parametri temporali. Tuttavia, sebbene questo metodo fornisca risultati generalmente accurati quando il relè è collegato a un carico CC, risulta problematico quando è collegato a un carico CA. Poiché la tensione CA è alternata, la tensione istantanea sulla porta del microcontroller potrebbe essere molto bassa-o addirittura vicina allo zero-nel momento preciso in cui i contatti del relè si aprono. Di conseguenza, quando il circuito collegato ai contatti è un circuito CA, fare affidamento sull'entità della tensione istantanea ai capi dei contatti per determinare il loro stato aperto o chiuso introduce errori significativi, impedendo così l'acquisizione di valori di temporizzazione accurati. Un altro studio descrive un metodo basato su computer-per rilevare i parametri di temporizzazione dei relè, utilizzando una scheda di acquisizione dati-sviluppata su misura comprendente un microcontroller e i relativi circuiti periferici. Questo metodo consente il rilevamento di vari parametri di temporizzazione, tra cui il tempo di funzionamento del relè, il tempo di rimbalzo di funzionamento, il tempo di rilascio e il tempo di rimbalzo di rilascio. Il microcontrollore è integrato nel circuito di azionamento della bobina per controllare l'eccitazione e la diseccitazione della bobina di eccitazione; contemporaneamente, acquisisce gli stati dei contatti durante le transizioni di chiusura e apertura del relè e calcola i parametri temporali corrispondenti. Il principio di rilevamento è il seguente: quando la bobina del relè è eccitata, deve trascorrere un determinato "tempo di manovra" prima che i contatti si chiudano; pertanto, il microcontroller inizialmente acquisisce un valore di dati pari a "0" e acquisisce solo un "1" una volta che i contatti si sono chiusi e stabilizzati. Durante questa transizione, i contatti subiscono tipicamente dei “rimbalzi” (oscillazioni momentanee) prima di raggiungere uno stato stabile; durante questo intervallo, i dati catturati dal microcontrollore possono oscillare tra "0" e "1". Impostando l'intervallo di campionamento del microcontroller su un valore specifico-ad esempio, 0,01 ms-il tempo di funzionamento richiesto può essere calcolato moltiplicando l'indice dell'indirizzo (o il conteggio dei campioni) del punto dati acquisito per l'intervallo di campionamento.
5. Tecniche di prova dinamica delle prestazioni e metodi di valutazione completi per contattori
La valutazione delle prestazioni tecniche delle apparecchiature elettriche si basa principalmente sulle prove di tipo. Questo metodo si concentra sulla valutazione della vita utile meccanica ed elettrica del dispositivo ma non è in grado di fornire una valutazione completa delle sue caratteristiche dinamiche o dell'impatto di queste caratteristiche sulla sua longevità meccanica ed elettrica. Di conseguenza, la ricerca sulla valutazione completa delle prestazioni degli apparecchi elettrici-basata sul rilevamento delle caratteristiche dinamiche-ha un significativo valore di guida pratica sia per lo sviluppo che per i test di accettazione in fabbrica di tali prodotti. La letteratura citata descrive un processo che prevede il test dinamico dei contattori AC; estraendo i parametri indicativi delle proprietà meccaniche ed elettriche del contattore dai dati della forma d'onda del contatto e stabilendo successivamente un modello completo di valutazione delle prestazioni, si realizza un sistema completo per valutare le prestazioni dinamiche dei contattori. L'apparato di prova dinamica per contattori CA è costruito attorno a un nucleo DSP, incorpora vari sensori di segnale e facilita la comunicazione dei dati con un computer host tramite un'interfaccia RS232. Questo apparato di prova è in grado di misurare parametri elettrici chiave, tra cui la corrente e la tensione di eccitazione del contattore, nonché il consumo energetico della bobina durante il processo di inserimento. Il presente lavoro fornisce indicazioni pratiche per la costruzione dell'apparato sperimentale necessario per il presente progetto di ricerca; inoltre, il sistema di valutazione delle prestazioni dei contattori proposto offre un valore di riferimento significativo per l'indagine sul degrado delle prestazioni dei contattori e sulla stima dell'affidabilità che costituisce il focus di questo studio.
