作者/ 李铁成 姚芳 河北工业大学 河北省电磁场与电器牢靠性要点试验室(天津 300130)
摘要：本文依据LABVIEW开发了一套电磁继电器动态特性监测体系。电磁继电器吸合暂态进程依次为牵动阶段、吸动阶段和蓄磁阶段。经过继电器线圈时刻常数的动态改动特功能够完成对继电器吸合进程中牵动阶段、吸动阶段和蓄磁阶段的辨识。因而，依据时刻常数的物理含义，将线圈时刻常数和衔铁牵动时刻的算法嵌入到该监测体系中，到达了对电磁继电器吸合进程动态特性监测的意图。经实践测验，该体系运转安稳，完成了对试品吸合进程动态特性的监测和特性参数的收集剖析。
导言
电磁继电器一般由电磁体系、绷簧体系、触点体系、支架及外壳组成，电磁、绷簧及触点体系的协同合作是继电器牢靠动作的要害。可测性参量中，除了触点电气参量，线圈电气参量中也包含能反响整机功能的动静态信息。继电器吸合暂态进程中，线圈电感和线圈时刻常数不断改动，其改动规则与衔铁运动和线圈电流的改动严密相关。
在以功能退化规则发现为意图的直流电磁继电器全寿数试验研讨中，需实时测录吸合进程线圈和触点的电气参量波形，可从中提取反响继电器整机及子体系功能的性征参数。本文以吸合进程线圈电流和触点电压为电气参量，理论研讨从中提取吸合进程动态性征的办法及完成办法。
1 直流电磁继电器吸合进程暂态剖析
电磁继电器的吸合进程一般持续几毫秒，均很时刻短。直流电磁继电器的吸合进程是阶跃呼应进程，该进程是从其开释状况过渡的。衔铁吸动后，气隙会减小，影响到磁路、磁链及等效电感，衔铁运动速度会产生反电动势，使得线圈电流在过渡进程呈非线性性征。
1.1 电磁继电器吸合进程暂态建模
电磁继电器吸合进程暂态等效电路为一安稳电阻和时变电感的串联模型，如图1所示。依据等效模型可知，直流电磁继电器吸合进程的电压平衡方程为：
1.2.2 吸动阶段
BD段以衔铁运动为特征，起于衔铁开端运动时刻，止于衔铁和铁芯安稳闭合时刻，称之为吸合阶段。
在吸合阶段，电磁吸力大于绷簧反力，衔铁向铁芯运动，产生反电动势，作业气隙减小，磁路参数改动，磁芯磁场强度随气隙减小而添加。吸合阶段公式(1)所示的电压平衡方程变形为：
(2)
式中：V为衔铁吸合速度，x为衔铁行程，L2为线圈电感。
在BC段，衔铁吸动速度慢，反电动势小，直流源U足以支撑线圈储能和衔铁运动所需的能量，此刻表现为线圈持续储能(电流i增大)，但储能速度减缓(di/dt减小);在C点，线圈电流i到达极大值点，增速di/dt为0，直流源U仅能支撑衔铁运动v需求的能量;在CD段，衔铁运动速度快，反电动势添加，必须由线圈和直流源一起供给其快速运动需求的能量，di/dt减小为负值，i减小;在D点作业气隙最小，衔铁中止运动，反电动势为0，公式(2)中电感L2对x的微分项消失。
1.2.3 蓄磁阶段
DE段起于衔铁中止运动时刻，止于线圈电流改动率di/dt为0的E点，称之为蓄磁阶段。
在蓄磁阶段，作业气隙最小，线圈电感常数，时刻常数安稳，公式(1)中对L的微分项不存在，线圈电流指数规则添加，电磁体系储蓄磁场能量，电磁吸力添加，保证衔铁与铁芯处于安稳闭合状况，直至线圈电流等于U/R。因为磁芯气隙的消失，全体磁芯的磁场强度较之牵动阶段添加，因而，L2比L1大，导致时刻常数增大，过渡进程变缓，电路时刻常数τ2=L2/R安稳。
1.2.4 吸合进程暂态剖析的试验验证
对同一台直流电磁继电器试品进行线圈电压U的通电试验，之后别离固定衔铁于作业气隙最大方位和最小方位，进行线圈电压U的通电试验。试验进程均测录线圈电流波形，试验成果如图3所示。
对图3中的三条线圈电流波形进行拟合，均呈指数规则，时刻常数为4.98ms、5.03ms和8.32ms，核算电感别离为3.35H、3.38H和5.59H。
2 继电器吸合进程中的时刻参数测验
2.1 依据物理含义的时刻常数求解
电磁继电器的线圈时刻常数在衔铁不同状况下是改动的，下面依据继电器衔铁固定于最大张角时的线圈电流来剖析时刻常数的含义。图4中P为曲线恣意一点，若从P点以tanθ为斜率的直线上升到电流稳态值，所用时刻为T2–T1=τ，即从曲线恣意一点以该点斜率匀速上升到终究稳态值所用的时刻便是时刻常数τ。
将示波器收集的线圈电流数据按时刻序列摆放，两个点之间的步长为0.25ms，设电流值Ii为I0，I1，I2，I3…，时刻ti为t0，t1，t2，t3…。选取公式(3)来核算，线圈电流波形在恣意一点处的斜率k：
(3)
在获得了线圈电流的斜率后能够进一步求线圈电流在每一刻的时刻常数。设在ti时刻斜率直线的斜截式方程为：
(4)
式中：b为以k为斜率的直线的截距。
依据上文中求时刻常数的办法，设在ti时刻的斜率直线与线圈电流最大值交点为(tmax，Imax)，因为这个交点同样在斜率直线上，故：
(5)
在ti时刻，线圈电流时刻常数为：
(6)
依据该公式能够求解电磁继电器吸合进程中每个采样点时刻对应的时刻常数，终究得到的线圈电流时刻常数动态波形如图5。
经过线圈电流波形与时刻常数波形的比较能够得出以下定论：
从T0时刻开端，在牵动阶段，线圈时刻常数简直不变;在T1时刻，衔铁开端移动，导致时刻常数添加，时刻常数波形开端出现显着的动摇，由此能够判别衔铁在T1时刻开端吸合;T2时刻是衔铁闭合的瞬间，因为衔铁及触点的弹跳，时刻常数在这一时刻邻近存在必定的动摇。在触点安稳触摸后，吸合进程进入到蓄磁阶段，时刻常数趋势线简直为水平，当电流大致到达安稳值T3时刻后，时刻常数挨近0。
依据吸合进程时刻常数的动态波形能够辨识出继电器衔铁的起动时刻，提取衔铁牵动时刻，在图5中，牵动时刻t=T1–T0，经核算为4.3 ms。
2.2 时刻常数及牵动时刻的测验使用
将电磁继电器线圈时刻常数的算法嵌入到LABVIEW程序中，以数据收集卡与工控机为渠道开宣布一套电磁继电器参数测验体系，完成对继电器吸合进程动态特性的监测，终究时刻常数检测波形如图6。因为衔铁的移动，在7ms左右能够看到波形产生显着动摇，时刻常数增大。经核算，波形开端显着动摇时，时刻常数为7.52ms，牵动时刻为4.3ms。该测验体系的实践监测波形与上文理论核算的时刻常数波形趋势符合，验证了该测验体系在监测继电器试品时刻常数和牵动时刻动态特性的牢靠性和准确性。
使用该测验体系收集一个继电器试品全寿数试验(吸合30万次以上)中牵动时刻的监测数据。因为数据量巨大，为减小数据的不确定性和分散性，选用分段均匀法对数据进行预处理，即依照时刻序列，每100个数据求取一个均匀值。数据波形见图7，跟着继电器试品动作次数的添加，衔铁牵动时刻出现显着的增加趋势，反映了继电器功能的退化。因而，在继电器吸合进程中，经过监测衔铁牵动时刻的动态特性，能够完成对继电器的牢靠性评价。
3 定论
本文剖析了直流电磁继电器吸合进程的动态特性，研讨了吸合进程中的三个暂态阶段。本文依据时刻常数物理含义提取继电器吸合暂态进程中的线圈时刻常数，依据时刻常数的动态波形完成了对衔铁牵动阶段与吸动阶段分界点的辨识，监测牵动时刻。在电磁继电器参数测验设备中嵌入了时刻常数、牵动时刻的算法，并成功地完成了收集和记载，到达了对电磁继电器吸合进程动态特性的监测和牢靠性评价。
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本文来源于《电子产品世界》2017年第5期第39页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
