超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统与方法与流程

1.本发明属于电气开关寿命评估系统技术领域，尤其涉及一种超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统与方法。


背景技术：

2.电气开关是常用的用电设备，通过接通和分断实现对电气设备的工作状态的有效控制，在工业生产、军事、航空航天等领域具有广泛的应用。电气开关目前采用故障检修和更换的方式，存在一定的安全隐患，为安全生产和人民生活带来事故隐患。
3.寿命评估技术是利用电气开关参数检测和智能算法判断设备运行状态，在将发生故障或故障时进行报警，有利于科学安排检修和提高电气设备的使用率。现有电气开关寿命评估大部分采用模糊综合诊断法，评判模型因素权重凭经验准确度的不到保障，不能有效对电气开关的状态进行诊断。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统与方法。其目的是为了实现提高电气开关及其相关设备安全性和可靠性，为智能化电器技术发展奠定基础的发明目的。
5.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
6.超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统，包括显示单元、控制面板供电电源及工业计算机，其特征是：显示单元和数据存储单元的输入端分别与pic的输出端相连接，控制面板的输出端与pic的输入端相连接；供电电源、复位电路、时钟电路、晶振电路的输出端分别与pic相连接，pic通过驱动模块与电气开关相连接；电气开关通过电流传感器和电压互感器分别与信号处理电路相连接，信号处理电路的输出端与pic的输入端相连接；电气开关通过行程传感器、模数转换单元与pic相连接；pic的输入端经通讯电路与工业计算机相连接。
7.更进一步的，所述显示单元的信号输入端与pic的显示信号输出端相连接，控制面板的信号输出端与pic控制信号的输入端相连接；供电电源、复位电路、时钟电路、晶振电路的信号输出端分别与pic的电源接线端子、复位信号接线端子、时钟信号输入端子、晶振信号输入端子相连接。
8.更进一步的，所述pic的控制信号输出端与驱动模块控制信号输入端相连接，驱动模块的控制信号输出端与电气开关的控制信号输入端相连接；电流传感器的信号测试端与电气开关的电流测试部位相连接，电压传感器的信号测试端与电气开关的电压测试部位相连接，电流互感器、电压互感器的信号输出端分别与信号处理电路的信号输入端相连接，信号处理电路的信号输出端与pic的电压、电流信号输入端相连接。
9.更进一步的，所述行程传感器的信号测试端与电气开关的行程测试部位相连接，行程传感器的信号输出端与模数转换单元的信号输入端相连接，模数转换单元的信号输出
端与pic的计数信号输入端相连接。
10.更进一步的，所述工业计算机的通讯信号输出端经过通讯电路与pic的通讯信号输入端相连接。
11.更进一步的，所述所述数据存储单元的信号输入端与pic的存储信号输出端相连接。
12.更进一步的，所述驱动模块的电路包括电源vcc、驱动芯片m57962l、二极管vd1、二极管vd2、二极管vd3、二极管vd4、二极管vd5、电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2、igbt；所述电源vcc与驱动芯片m57962l的引脚相连接，plc的控制信号与驱动芯片m57962l的引脚相连接，二极管vd1的两端分别与驱动芯片m57962l的
①
引脚和igbt的一端、电气开关控制的一端输入相连接，驱动芯片m57962l的
⑧
引脚与二级管vd2的一端相连接，二级管vd2的另一端与电阻r3的一端相连接，电阻r3的另一端与电源vcc1、驱动芯片m57962l的
④
引脚相连接，驱动芯片m57962l的
⑥
引脚与电容c1的一端、电容c2的一端、接地端子gnd相连接,电容c2的另一端与vd4的一端、电阻r2的一端、igbt的另一端、开关电源的一端相连接，电阻r1的另一端与二级管vd3的一端、电阻r2的另一端、igbt的控制端相连接，二级管vd3的另一端与二级管vd4的另一端相连接，二级管vd5的两端与igbt的两端相连接，开关电源的另一端与电气开关控制的另一端相连接。
13.超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估方法，包括以下步骤：
14.步骤1.计算电气开关的超程时间和吸合时间；
15.步骤2.根据得到的超程时间和吸合时间计算电气开关寿命；
16.步骤3.根据电气开关寿命进行评估，当超程时间缩短到允许的极限值时，电气开关失效。
17.更进一步的，步骤1所述计算电气开关的超程时间和吸合时间，所述吸合时间是电气开关接收到动作指令开始动作到动静触头接触所用的时间；所述超程时间是电气开关动静触头开始接触到完全闭合所用的时间；超程时间与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统采集电气开关动作线圈的电流和触点间的电压信号，通过计算得到超程时间与吸合时间；
18.电气开关电压与电流曲线图中ta为吸合时间，tb为动作指令开始动作到动静触头全闭合所用的时间，超程时间计算公式为：
19.tc＝t
b-taꢀꢀꢀ
(1)
20.式中，tc为吸合时间；
21.步骤2.根据得到的超程时间和吸合时间计算电气开关寿命。
22.电气开关超程时间随动作次数的增加而不断缩短，电气开关吸合时间随动作次数的增加而不断延长；超程时间对电气开关寿命的影响要大于吸合时间，因此在电气开关寿命评估时超程时间的权重大于吸合时间；电气开关寿命计算公式为：
[0023][0024]
式中，ts为电气开关寿命；tc为超程时间评估电气开关寿命；t
x
为吸合时间评估电气开关寿命；m为超程时间评估电气开关寿命比例系数；n为吸合时间评估电气开关寿命比
例系数；p为电气开关寿命比例系数；
[0025]
步骤3.根据电气开关寿命进行评估；
[0026]
超程时间评估电气开关寿命评估通过超程速度变化率进行评估，电气开关动作过程由于触头磨损、绝缘老化等问题导致超程时间不断缩短，当超程时间缩短到允许的极限值时，电气开关将失效；
[0027]
评估时假定超时时间缩短按照线性规律变化，则tc计算公式为：
[0028][0029]
式中，tq为电气开关初始超程时间，tj为电气开关超程时间允许极限值，k为电气开关超程时间缩短速率。
[0030]
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估方法的步骤。
[0031]
本发明具有以下有益效果及优点：
[0032]
本发明提出了超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统和方法，测试系统具有结构简单，操作便携的特点。本发明基于超程与吸合时间双变量双边量预测技术提高了电气开关寿命预测精度，保证了电气开关产品质量，节约了电力资源，提升电气开关安全水平，为电气开关运行过程状态评估提供新思路，促进电气开关领域持续健康发展。
附图说明
[0033]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0034]
图1是本发明超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统结构简图；
[0035]
图2是本发明电气开关电压与电流曲线图；
[0036]
图3是本发明超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统驱动模块电路图；
[0037]
图4是本发明超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统流程图。
[0038]
图中：
[0039]
显示单元1、控制面板2、供电电源3、复位电路4、时钟电路5、晶振电路6、pic7、驱动模块8、电气开关9、信号处理电路10、电流传感器11、模数转换单元12、行程传感器13、电压传感器14、通讯电路15、工业计算机16、数据存储单元17。
具体实施方式
[0040]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0042]
下面参照图1-图4描述本发明一些实施例的技术方案。
[0043]
实施例1
[0044]
本发明提供了一个实施例，是一种超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统，如图1所示，图1是本发明超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统结构简图。
[0045]
本发明超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统主要包括以下部件组成：显示单元1、控制面板2、供电电源3、复位电路4、时钟电路5、晶振电路6、pic7、驱动模块8、电气开关9、信号处理电路10、电流传感器11、模数转换单元12、行程传感器13、电压传感器14、通讯电路15、工业计算机16、数据存储单元17。
[0046]
其中，所述显示单元1的信号输入端与pic7的显示信号输出端相连接，控制面板2的信号输出端与pic7控制信号的输入端相连接；供电电源3、复位电路4、时钟电路5、晶振电路6的信号输出端分别与pic7的电源接线端子、复位信号接线端子、时钟信号输入端子、晶振信号输入端子相连接。
[0047]
所述pic7的控制信号输出端与驱动模块8控制信号输入端相连接，驱动模块8的控制信号输出端与电气开关9的控制信号输入端相连接；电流传感器11的信号测试端与电气开关9的电流测试部位相连接，电压传感器14的信号测试端与电气开关9的电压测试部位相连接，电流互感器11、电压互感器14的信号输出端分别与信号处理电路10的信号输入端相连接，信号处理电路10的信号输出端与pic7的电压、电流信号输入端相连接。
[0048]
所述行程传感器13的信号测试端与电气开关9的行程测试部位相连接，行程传感器13的信号输出端与模数转换单元12的信号输入端相连接，模数转换单元12的信号输出端与pic7的计数信号输入端相连接。
[0049]
所述工业计算机16的通讯信号输出端经过通讯电路15与pic7的通讯信号输入端相连接。
[0050]
所述数据存储单元17的信号输入端与pic7的存储信号输出端相连接。
[0051]
如图3所示，图3是本发明超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统驱动模块电路图。为了保证超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统可靠性和抗干扰能力，基于igbt和驱动芯片设计驱动模块电路。
[0052]
所述驱动模块8的电路主要由电源vcc、驱动芯片m57962l、二极管vd1、二极管vd2、二极管vd3、二极管vd4、二极管vd5、电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2、igbt组成。
[0053]
所述电源vcc与驱动芯片m57962l的引脚相连接，plc的控制信号与驱动芯片m57962l的引脚相连接，二极管vd1的两端分别与驱动芯片m57962l的
①
引脚和igbt的一端、电气开关控制的一端输入相连接，驱动芯片m57962l的
⑧
引脚与二级管vd2的一端相连接，二级管vd2的另一端与电阻r3的一端相连接，电阻r3的另一端与电源vcc1、驱动芯片m57962l的
④
引脚相连接，驱动芯片m57962l的
⑥
引脚与电容c1的一端、电容c2的一端、接地端子gnd相连接,电容c2的另一端与vd4的一端、电阻r2的一端、igbt的另一端、开关电源的一端相连接，电阻r1的另一端与二级管vd3的一端、电阻r2的另一端、igbt的控制端相连接，二级管vd3的另一端与二级管vd4的另一端相连接，二级管vd5的两端与igbt的两端相连接，开关电源的另一端与电气开关控制的另一端相连接。
[0054]
实施例2
[0055]
本发明又提供了一个实施例，是一种超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估方法，具体实施时，如图4所示，图4是本发明超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统流
程图。
[0056]
本发明一种超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估方法，具体包括以下步骤：
[0057]
步骤1.计算电气开关的超程时间和吸合时间。
[0058]
电气开关接收到动作指令开始动作到动静触头接触所用的时间叫做吸合时间。
[0059]
电气开关动静触头开始接触到完全闭合所用的时间叫做超程时间。
[0060]
超程时间与吸合时间双变量电气开关寿命评估系统采集电气开关动作线圈的电流和触点间的电压信号，然后通过计算得到超程时间与吸合时间。
[0061]
如图2所示，图2是本发明电气开关电压与电流曲线图。电气开关电压与电流曲线图中ta为吸合时间，tb为动作指令开始动作到动静触头全闭合所用的时间，超程时间计算公式为：
[0062]
tc＝t
b-taꢀꢀꢀ
(1)
[0063]
式中，tc为吸合时间。
[0064]
步骤2.根据得到的超程时间和吸合时间计算电气开关寿命。
[0065]
电气开关超程时间随动作次数的增加而不断缩短，电气开关吸合时间随动作次数的增加而不断延长。超程时间对电气开关寿命的影响要大于吸合时间，因此在电气开关寿命评估时超程时间的权重大于吸合时间。电气开关寿命计算公式为：
[0066][0067]
式中，ts为电气开关寿命；tc为超程时间评估电气开关寿命；t
x
为吸合时间评估电气开关寿命；m为超程时间评估电气开关寿命比例系数，一般m取6.5；n为吸合时间评估电气开关寿命比例系数，一般n取3.5；p为电气开关寿命比例系数，一般p取12。
[0068]
步骤3.根据电气开关寿命进行评估。
[0069]
超程时间评估电气开关寿命评估主要通过超程速度变化率进行评估，电气开关动作过程由于触头磨损、绝缘老化等问题导致超程时间不断缩短，当超程时间缩短到允许的极限值时，电气开关将失效。评估时假定超时时间缩短按照线性规律变化，则tc计算公式为：
[0070][0071]
式中，tq为电气开关初始超程时间，tj为电气开关超程时间允许极限值，k为电气开关超程时间缩短速率。
[0072]
实施例3
[0073]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1或2所述的超程与吸合时间双变量电气开关寿命评估方法的步骤。
[0074]
在本发明中，术语“连接”、“固定”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0075]
本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位
或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
[0076]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0077]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0078]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0079]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0080]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0081]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。