低壓電器接通和分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)的調(diào)試研究

鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 顏世燦

低壓電器接通和分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)是一種模擬性試驗(yàn)，主要模擬電路中發(fā)生各種過載和短路故障時(shí)，電路中的開關(guān)電器是否能可靠地接通和分?jǐn)啻斯收想娏鳌Ｓ|頭在分?jǐn)嚯娐窌r(shí)，如果開斷電路的電壓和電流大于升弧電壓和升弧電流，則觸頭之間產(chǎn)生電弧。電弧會(huì)燒毀觸頭或引起相間短路，甚至導(dǎo)致電器爆炸引發(fā)火災(zāi)，因此必須考核電器的分?jǐn)嗄芰σ员ＷC電器能可靠的接通分?jǐn)嚯娐贰?/p>

1 概念及相關(guān)參數(shù)

在燃弧過程中，電感中的能量釋放到弧隙中，同時(shí)電源提供的能量也釋放到弧隙中，所以電路中的電感越大、試驗(yàn)電壓電流越大電弧越難熄滅。因此在接通和分?jǐn)嚯娐返哪芰υ囼?yàn)時(shí)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)電流和功率因數(shù)等參數(shù)。

交流電弧在每半個(gè)周波內(nèi)電流都會(huì)過零，此時(shí)電源停止給電弧輸入能量，電弧溫度迅速降低，此時(shí)電弧容易熄滅；交流電弧電流過零后是否重燃決定于弧隙內(nèi)部的兩個(gè)過程，一是弧隙中電離氣體從導(dǎo)電狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣狀態(tài)，使弧隙能夠承受電壓作用而不發(fā)生電弧重燃的過程稱為介質(zhì)恢復(fù)過程；二是息弧后電路將被開斷，電源電壓加到弧隙兩端觸頭上的過程稱為電壓恢復(fù)過程，這兩個(gè)過程分別用介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度和恢復(fù)電壓來表示。若介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度大于恢復(fù)電壓則電弧趨于熄滅；反之則電弧可能重新燃燒。恢復(fù)電壓包括瞬態(tài)恢復(fù)電壓和工頻恢復(fù)電壓[1]。

瞬態(tài)恢復(fù)電壓僅在電弧電流過零后幾百微秒的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，此時(shí)是決定電弧能否熄滅的關(guān)鍵時(shí)刻，所以其幅值和波形反映出弧隙的狀況。瞬態(tài)恢復(fù)電壓用過振蕩系數(shù)γ與振蕩頻率f兩個(gè)參數(shù)表示其特征，其定義為：

其中，Uhfm為瞬態(tài)恢復(fù)電壓的最大值，Ugm為電弧電流過零瞬間電源電壓的瞬時(shí)值，tm為從電流過零起到Uhfm出現(xiàn)止所經(jīng)歷的時(shí)間。

為了對開關(guān)電器在分?jǐn)嚯娐窌r(shí)應(yīng)能承受的恢復(fù)電壓提出合理的要求，在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中對模擬電動(dòng)機(jī)負(fù)載（感性負(fù)載）電路條件的瞬態(tài)恢復(fù)電壓的特性規(guī)定，瞬態(tài)恢復(fù)電壓的振蕩頻率為①，Ic為分?jǐn)嚯娏鳎珹；UN為開關(guān)電器的額定工作電壓，V。過振蕩系數(shù)為：γ=1.1±0.05。

為了調(diào)整負(fù)載電路以獲得規(guī)定的特性，GB14048.1推薦了一種調(diào)試方法（圖1）。振蕩頻率和過振蕩系數(shù)主要取決于負(fù)載電路的固有振蕩頻率及其阻尼，與外部施加的電壓及頻率無關(guān)，可以用任一交流電源調(diào)整負(fù)載電路[2]。為了進(jìn)行可靠的測量，高頻信號(hào)發(fā)生器應(yīng)提供一個(gè)適合二極管的電壓，選取信號(hào)的頻率為：試驗(yàn)電流小于等于1000A為2kHz，試驗(yàn)電流大于1000A為4kHz。

2 并聯(lián)電容Cp的估算

實(shí)踐證明，為使上述試驗(yàn)線路滿足標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的f和γ，調(diào)整工作是相當(dāng)困難的。可以先通過理論分析計(jì)算得到一個(gè)估算的值，實(shí)際調(diào)試時(shí)在這個(gè)值附近進(jìn)行調(diào)試，大大減小調(diào)試難度[3]。根據(jù)額定電壓UN額定電流Ic代入公式①計(jì)算振蕩頻率f，根據(jù)額定電壓UN調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗RL，以獲得預(yù)期試驗(yàn)電流Ic，根據(jù)LC諧振頻率公式，代入電感值L估算電容Cp值：②。

表3 調(diào)試結(jié)果

表1 并聯(lián)電容估算

3 參數(shù)調(diào)試

本部分以400V/250A參數(shù)為例，對瞬態(tài)恢復(fù)電壓的振蕩系數(shù)γ與振蕩頻率f進(jìn)行調(diào)試。

表2 Cp、Rp對f、γ影響

試驗(yàn)設(shè)備：安泰負(fù)載試驗(yàn)阻抗裝置、安泰f-γ調(diào)整裝置、DDS數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、泰克1052B示波器。

調(diào)試步驟：根據(jù)額定電壓UN額定電流Ic調(diào)節(jié)阻抗裝置，電阻1.736Ω，感抗0.848Ω，計(jì)算得L==2.70mH，將L代入公式②得并聯(lián)電容 Cp=0.148uF，連接負(fù)載試驗(yàn)阻抗裝置、f-γ調(diào)整裝置、信號(hào)發(fā)生器、示波器，調(diào)節(jié)f-γ調(diào)整裝置Cp=0.148uF，調(diào)節(jié)f-γ調(diào)整裝置Rp，使γ約等于980/880≈1.11，如圖2所示，微調(diào)f-γ調(diào)整裝置Cp，使f約等于50kHz，如圖3所示。由于分布電容的影響，實(shí)際調(diào)試得到的Cp略小于估算值，表3所示為調(diào)試結(jié)果。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)闡述了低壓電器接通和分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)的原理，分析了該實(shí)驗(yàn)在低壓電器檢驗(yàn)檢測中的必要性。由于試驗(yàn)條件中瞬態(tài)恢復(fù)電壓的振蕩頻率f和γ振蕩系數(shù)調(diào)整難度比較大，因此本文以400V/250A參數(shù)為例，給出了這兩個(gè)參數(shù)的規(guī)范調(diào)節(jié)過程，為低壓電器檢測的相關(guān)調(diào)試實(shí)驗(yàn)提供了參考。