張 星, 劉向軍

(福州大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院, 福建 福州 350108)

0 引 言

小型拍合式功率繼電器廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型的家用電器中,主要負(fù)責(zé)開(kāi)斷交流負(fù)載,在分?jǐn)噙^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高能量的交流電弧。小型拍合式功率繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積較小,無(wú)滅弧裝置,主要依靠交流電流過(guò)零熄弧,因此燃弧時(shí)間普遍較長(zhǎng),電弧對(duì)觸點(diǎn)具有較強(qiáng)的燒蝕作用,當(dāng)燒蝕量累積到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)失效;此外電弧運(yùn)動(dòng)不規(guī)律,時(shí)常跑出觸點(diǎn)燒蝕簧片,使簧片變形彎曲,進(jìn)而影響功率繼電器的電壽命和可靠性。由于電弧的產(chǎn)生時(shí)間極短,溫度極高,不可能對(duì)其進(jìn)行直接觀察,因此長(zhǎng)久以來(lái)如何對(duì)電弧進(jìn)行可視化研究,理解其燃弧機(jī)理和電弧特性一直是很多學(xué)者研究的方向。

開(kāi)關(guān)電器電弧是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象,傳熱、氣體流動(dòng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是影響電弧的重要因素[1]。目前,人們對(duì)電弧的研究主要有兩種手段:實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)值仿真。電弧測(cè)試的方法主要有光纖陣列法、光譜測(cè)量法和高速攝像法等[2]。光纖陣列法主要用于測(cè)試電弧等離子體的動(dòng)態(tài)過(guò)程,如文獻(xiàn)[3]利用二維光纖陣列測(cè)量了大電流開(kāi)關(guān)電弧附近發(fā)現(xiàn)的等離子體流動(dòng),研究了單次大電流放電過(guò)程中電極和電弧表面的變化。光譜測(cè)量法用于測(cè)試等離子體中的原子密度和分子溫度、等離子體化學(xué)組成及電場(chǎng)強(qiáng)度分布等參數(shù),如文獻(xiàn)[4,5]利用光譜測(cè)量法分別測(cè)量長(zhǎng)間隙空氣電弧等離子體和焊接電弧的溫度場(chǎng)分布。文獻(xiàn)[6]利用彩色攝像機(jī)和光譜儀進(jìn)行聯(lián)合測(cè)溫,實(shí)現(xiàn)了燃弧過(guò)程不同時(shí)刻電弧溫度場(chǎng)空間分布的測(cè)量,并應(yīng)用該方法研究了不同電流下的穩(wěn)態(tài)電弧溫度場(chǎng)分布。高速攝像法可以拍攝電弧的燃燒過(guò)程,得到高清晰度的圖像,如文獻(xiàn)[7-9]利用電荷耦合元件(Charge Coupled Devices,CCD)對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行影像捕捉,分析了電弧燃燒過(guò)程的形態(tài)特點(diǎn);文獻(xiàn)[10-12]利用高速攝像機(jī)拍攝電器分?jǐn)噙^(guò)程產(chǎn)生的電弧,采集并處理電弧圖像,分析電弧的形態(tài)特征和運(yùn)動(dòng)特性。此外,文獻(xiàn)[13-16]采用高速攝像機(jī)對(duì)電器機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試,深入分析了電磁機(jī)構(gòu)或觸頭系統(tǒng)的三維動(dòng)作過(guò)程。以上研究在電弧測(cè)試和電器動(dòng)作機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性方面取得了一定成果,但均未將電弧和機(jī)構(gòu)動(dòng)作聯(lián)系起來(lái)研究動(dòng)作機(jī)構(gòu)對(duì)電弧的影響。

由于電弧的產(chǎn)生和熄滅與電器動(dòng)作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)存在緊密的關(guān)系,對(duì)電弧與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系進(jìn)行研究,可以了解電弧運(yùn)動(dòng)特性和觸頭侵蝕機(jī)理,從而有助于改進(jìn)繼電器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高動(dòng)作可靠性[17]。小型拍合式功率繼電器主要由電磁機(jī)構(gòu)、推動(dòng)塊、動(dòng)簧片、靜簧片以及底座組成,體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由于簧片的剛度較小,觸頭分?jǐn)鄷r(shí)簧片在反力的作用下左右振動(dòng),同時(shí),電弧也隨著簧片的振動(dòng)在觸頭表面上下運(yùn)動(dòng)。因此,本文提出一種測(cè)試方法,利用高速攝像機(jī)測(cè)試系統(tǒng),在盡量保持產(chǎn)品原狀態(tài)下,實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器簧片和電弧的非接觸式同步測(cè)試,利用MATLAB和 Image-Pro Plus 圖像處理軟件進(jìn)行處理,得到簧片振動(dòng)與觸頭電弧弧根位移的關(guān)系曲線,通過(guò)對(duì)動(dòng)、靜簧片進(jìn)行處理,分析影響簧片剛度對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)的影響,為繼電器結(jié)構(gòu)改進(jìn),提高電壽命與可靠性提供參考。

1 同步測(cè)試系統(tǒng)

簧片與電弧的同步測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖1所示。該測(cè)試系統(tǒng)主要由高速攝像機(jī)、選相分閘模塊、照明裝置、繼電器固定平臺(tái)和計(jì)算機(jī)等組成。

本文使用Phantom M310高速攝像機(jī),最大分辨率為1 280×800,最小曝光時(shí)間為2 μs,最高拍攝速率為650 000幀/s,與計(jì)算機(jī)組成圖像采集與處理系統(tǒng),記錄繼電器接通/分?jǐn)噙^(guò)程中簧片和電弧的圖像。同時(shí),采用數(shù)字示波器記錄電弧電壓和電流波形。采用Image-Pro Plus軟件提取簧片上所貼的標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)值,并轉(zhuǎn)化為實(shí)際位移,得出簧片位移隨時(shí)間變化的曲線。利用MATLAB對(duì)電弧圖像進(jìn)行處理,提取電弧弧根的坐標(biāo)值,繪制弧根運(yùn)動(dòng)曲線。

選相分閘模塊的作用是控制繼電器的分?jǐn)鄷r(shí)刻,從而控制燃弧時(shí)間。在進(jìn)行測(cè)試時(shí),選相分閘模塊的檢零電路通過(guò)電流互感器檢測(cè)主回路電流,并將電流的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)(正弦信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)的上升沿和下降沿)輸出給單片機(jī)模塊。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到方波信號(hào)的上升沿時(shí),便會(huì)控制觸頭在1 ms后斷開(kāi),因此每組實(shí)驗(yàn)均在交流電流的正半周相同時(shí)刻分?jǐn)?各組的實(shí)驗(yàn)條件保持一致,從而有利于對(duì)比分析不同簧片振動(dòng)特性下繼電器的電弧運(yùn)動(dòng)特性,探索簧片振動(dòng)與電弧運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。

為了便于拍攝繼電器機(jī)構(gòu)和電弧圖像,又不影響電弧的運(yùn)動(dòng)特性,拆除繼電器的外殼,以有機(jī)玻璃封裝。為了精確測(cè)量繼電器動(dòng)作過(guò)程中簧片的瞬時(shí)位置,本文通過(guò)在動(dòng)、靜簧片的頂部各貼上一片白色薄紙,大小僅1 mm×1 mm,通過(guò)高速攝像機(jī)采集薄紙上的黑色標(biāo)記點(diǎn)圖像,經(jīng)過(guò)圖像處理后獲取標(biāo)記點(diǎn)的位置信息。拍合式繼電器的觸簧系統(tǒng)如圖2所示,其中觸點(diǎn)直徑為2.8 mm,開(kāi)距為0.5 mm。

2 測(cè)試結(jié)果與處理

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

本文研究的小型拍合式繼電器線圈額定電壓為12 V DC,主回路工頻電壓為240 V AC,電流為10 A,負(fù)載為阻感性,功率因數(shù)為0.75。對(duì)同一型號(hào)的10只繼電器樣品分別進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn):

(1)不作任何處理,作為對(duì)照實(shí)驗(yàn);

(2)用剛度較大的金屬薄片固定靜簧片,在不影響繼電器分?jǐn)嗟那闆r下減弱靜簧片的振動(dòng);

(3)用同一種方式加固動(dòng)簧片,同時(shí)減弱動(dòng)簧片和靜簧片的振動(dòng)。

在上述實(shí)驗(yàn)條件下分別拍攝電弧從產(chǎn)生到熄滅的過(guò)程。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖如圖3所示。

為保證完整清晰地拍攝電弧和觸簧系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,拍攝前調(diào)節(jié)拍攝畫(huà)面的分辨率和曝光時(shí)間以及相機(jī)鏡頭的焦距和光圈等參數(shù),以達(dá)到最佳成像效果。所拍攝的分?jǐn)噙^(guò)程簧片和觸頭電弧運(yùn)動(dòng)的部分圖像如圖4所示。圖片分辨率為128×128,曝光時(shí)間為3.02 μs,拍攝速率為90 000幀/s。

圖4 分?jǐn)噙^(guò)程簧片和觸頭電弧運(yùn)動(dòng)的部分圖像

通過(guò)觀察電弧燃燒的視頻發(fā)現(xiàn),在電弧運(yùn)動(dòng)最劇烈或電弧運(yùn)動(dòng)范圍最大的情況下,弧根始終停留在觸點(diǎn)表面上,沒(méi)有離開(kāi)觸點(diǎn),但有離開(kāi)觸點(diǎn)表面的趨勢(shì),弧根在觸點(diǎn)的頂部和底部如圖5所示。

2.2 圖像處理與參數(shù)提取

采用圖像處理軟件Image-Pro Plus對(duì)采集到的標(biāo)記點(diǎn)圖像進(jìn)行處理,取得各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo),再將該坐標(biāo)數(shù)值乘以一個(gè)標(biāo)定值(該標(biāo)定值為簧片上兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的實(shí)際距離與經(jīng)圖像處理所得的這兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的像素距離之比),從而得到簧片位移特性曲線。

本文采用Image-Pro Plus軟件的高斯高通濾波器進(jìn)行圖像濾波,并利用MATLAB軟件的灰度變換函數(shù)對(duì)電弧進(jìn)行灰度增強(qiáng),可有效抑制電弧的光暈和背景區(qū)域,突出電弧邊緣,達(dá)到改善圖像質(zhì)量的效果。經(jīng)過(guò)上述步驟處理得到的部分電弧圖像如圖6所示。

圖6 處理后得到的部分電弧圖像

考慮到本文研究的具體對(duì)象是電弧的弧根部分,弧根位于動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)的平面上,通過(guò)Canny算子對(duì)電弧圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè),提取電弧的邊界位置,區(qū)分電弧和背景區(qū)域。Canny算子邊緣檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。

圖7 Canny算子邊緣檢測(cè)結(jié)果

弧根位于動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)的平面上,即電弧圖像中的左側(cè)弧根和右側(cè)弧根。用MATLAB編程自動(dòng)提取弧根位置的算法如下:

(1) 讀入邊緣檢測(cè)后的電弧圖像,用find函數(shù)尋找電弧邊緣點(diǎn)的像素點(diǎn)坐標(biāo),存入數(shù)組。

(2) 將該數(shù)組按照橫坐標(biāo)排序。

(3) 橫坐標(biāo)為最小值的像素點(diǎn)即為電弧左側(cè)弧根的像素點(diǎn),橫坐標(biāo)為最大值的像素點(diǎn)即為右側(cè)弧根的像素點(diǎn)。

(4) 將弧根中心處像素點(diǎn)坐標(biāo)作為弧根像素點(diǎn)坐標(biāo),得到弧根各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)的二維坐標(biāo),同樣地將該數(shù)值乘以標(biāo)定值,從而得到弧根的運(yùn)動(dòng)特性曲線。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 簧片與電弧運(yùn)動(dòng)的關(guān)系曲線

本文將電弧與動(dòng)觸頭表面接觸的弧根作為左弧根,與靜觸點(diǎn)接觸的弧根作為右弧根,左右弧根始終在觸點(diǎn)表面做上下運(yùn)動(dòng),因此本文以豎直方向的位移來(lái)表征弧根的運(yùn)動(dòng)特性。根據(jù)電弧的起始時(shí)刻將弧根的運(yùn)動(dòng)曲線添加到簧片的位移特性曲線上,得到隨時(shí)間變化的簧片位移與電弧運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系曲線。由于篇幅的限制,10只繼電器樣品的試驗(yàn)結(jié)果無(wú)法逐一列出,而且多只繼電器樣品的試驗(yàn)結(jié)果具有相似性,因此本文列出了3只具有代表性的繼電器樣品的試驗(yàn)結(jié)果以及數(shù)據(jù)分析,分別如圖8～圖10所示(每條曲線均由800多幀圖片對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)描繪而成)。其中圖8列出了各組實(shí)驗(yàn)的電弧電壓和電流的波形。對(duì)于動(dòng)簧片和靜簧片,水平向右是正方向;對(duì)于弧根,豎直向下是正方向。

如圖8～圖10所示,觸點(diǎn)分離后動(dòng)簧片和靜簧片仍然持續(xù)地左右振動(dòng),由于兩者振動(dòng)不同步,導(dǎo)致觸點(diǎn)間距持續(xù)變化。隨著動(dòng)/靜簧片的振動(dòng),弧根也在觸點(diǎn)表面不停地運(yùn)動(dòng),直到電流過(guò)零熄滅,燃弧時(shí)間均為9 ms。

圖8所示為繼電器a在3種條件下拍攝后處理得到的動(dòng)/靜簧片與弧根之間的運(yùn)動(dòng)曲線,動(dòng)簧片的初始振幅分別為0.15、0.20、0.13 mm,熄弧時(shí)刻振幅分別為0.02、0.03、0 mm,靜簧片的初始振幅分別為0.18、0.08、0.07 mm,熄弧時(shí)刻振幅分別為0.14、0、0 mm?；「?～3 ms內(nèi)最大位移分別為1.12、1.29、1.25 mm,在3～9 ms最大位移分別為1.05、0.91、0.47 mm。繼電器a在不作任何處理的條件下電弧運(yùn)動(dòng)有一個(gè)明顯特征:弧根在動(dòng)/靜簧片相互靠近時(shí)運(yùn)動(dòng)范圍增大,上下運(yùn)動(dòng)較為劇烈;靜簧片加固后,其振幅明顯減小,且衰減較快,靜簧片加固后由于反力增大,導(dǎo)致動(dòng)/靜簧片分離后動(dòng)簧片振幅增加。弧根在0～3 ms的運(yùn)動(dòng)范圍增大,在3～9 ms的運(yùn)動(dòng)范圍減小,并出現(xiàn)兩段較為平穩(wěn)的燃燒時(shí)間段;動(dòng)/靜簧片均加固后,動(dòng)/靜簧片的振幅均減小并且衰減極快,弧根在0～3 ms的運(yùn)動(dòng)范圍較大,弧根最大位移1.25 mm,在3～9 ms的運(yùn)動(dòng)范圍明顯減小,弧根最大位移0.47 mm,電弧燃燒較為平穩(wěn)。當(dāng)簧片振動(dòng)幅度較大時(shí),電弧運(yùn)動(dòng)較為劇烈,與此同時(shí)電弧電壓的波形也波動(dòng)較大;當(dāng)簧片振幅較小時(shí),電弧運(yùn)動(dòng)較穩(wěn)定,電弧電壓的波形也較為平滑。導(dǎo)致電弧電壓呈波浪形的原因是隨著動(dòng)/靜簧片的非同步振動(dòng),觸頭開(kāi)距不斷發(fā)生變化,弧長(zhǎng)也相應(yīng)變化,引起電弧電壓變化。

圖9所示為繼電器b在3種試驗(yàn)條件下拍攝后處理得到的動(dòng)/靜簧片與弧根之間的運(yùn)動(dòng)曲線,動(dòng)簧片的初始振幅分別為0.19、0.25、0.18 mm,熄弧時(shí)刻振幅分別為0.04、0.05、0 mm,靜簧片的初始振幅分別為0.18、0.07、0.06 mm,熄弧時(shí)刻振幅分別為0.05、0、0 mm?；「淖畲笪灰品謩e為1.75、1.42、1.36 mm。繼電器b在不作任何處理的條件下電弧上下運(yùn)動(dòng)較為劇烈,弧根的運(yùn)動(dòng)范圍較大;靜簧片加固后,靜簧片的振幅明顯減小,且衰減較快,靜簧片加固后反力增大,導(dǎo)致動(dòng)簧片的振幅增加,電弧的上下運(yùn)動(dòng)仍比較劇烈,但電弧的運(yùn)動(dòng)范圍減小;動(dòng)/靜簧片均加固后,動(dòng)簧片的振幅沒(méi)有明顯減小但衰減極快,動(dòng)簧片振動(dòng)一次便恢復(fù)靜止,電弧的上下運(yùn)動(dòng)沒(méi)有得到進(jìn)一步的改善,但電弧的運(yùn)動(dòng)范圍有所減小。

圖10所示為繼電器c在3種試驗(yàn)條件下拍攝后處理得到的動(dòng)/靜簧片與弧根之間的運(yùn)動(dòng)曲線,動(dòng)簧片的初始振幅分別為0.08、0.09、0.08 mm,熄弧時(shí)刻振幅分別為0、0.02、0 mm,靜簧片的初始振幅分別為0.09、0.09、0.08 mm,熄弧時(shí)刻振幅分別為0.04、0、0 mm?；「淖畲笪灰品謩e為1.22、1.12、1.03 mm。繼電器c在不作任何處理的條件下動(dòng)簧片的振幅較小,衰減也較快,電弧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性不強(qiáng);靜簧片加固后,靜簧片的振幅明顯減小,且衰減較快,電弧的運(yùn)動(dòng)范圍減小,出現(xiàn)兩段較為穩(wěn)定的燃燒時(shí)間段;動(dòng)/靜簧片均加固后,動(dòng)簧片的振幅沒(méi)有明顯減小但衰減極快,電弧在0～3 ms運(yùn)動(dòng)范圍較大,弧根最大位移1.03 mm,在3～9 ms運(yùn)動(dòng)范圍較小,弧根最大位移0.19 mm,電弧燃燒相對(duì)平穩(wěn)。

3.2 結(jié)果討論

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,繼電器a和c觸頭分離后產(chǎn)生的電弧在0～3 ms內(nèi)運(yùn)動(dòng)范圍較大,此時(shí)的簧片振動(dòng)幅度也較大,在觸頭分離的3～9 ms內(nèi)運(yùn)動(dòng)范圍較小,此時(shí)簧片振動(dòng)幅度也較小。靜簧片加固后,靜簧片振動(dòng)減弱,動(dòng)簧片振動(dòng)增強(qiáng),電弧在0～3 ms內(nèi)運(yùn)動(dòng)范圍增加,在3～9 ms內(nèi)運(yùn)動(dòng)范圍減小,并出現(xiàn)2 ms以上的平穩(wěn)燃弧。動(dòng)/靜簧片均加固后,動(dòng)簧片的振動(dòng)幅度衰減變快,在0～3 ms簧片振動(dòng)的幅度較大,電弧的運(yùn)動(dòng)范圍也較大,但在3～9 ms內(nèi),簧片接近靜止?fàn)顟B(tài),弧根運(yùn)動(dòng)范圍大大減小,電弧燃燒相對(duì)平穩(wěn)。繼電器b的電弧運(yùn)動(dòng)范圍最大,弧根上下運(yùn)動(dòng)也最為劇烈,在動(dòng)簧片與靜簧片加固后,簧片的振動(dòng)減弱,并且衰減極快,電弧的運(yùn)動(dòng)范圍減小。由上述分析可以看出,動(dòng)/靜簧片的振動(dòng)對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)的影響極大。

繼電器分?jǐn)鄷r(shí),簧片在反力的初始激勵(lì)作用后,僅靠其本身的彈性恢復(fù)力自由地振動(dòng),由于受到空氣阻力,在振動(dòng)過(guò)程中不斷克服阻力做功,消耗能量,振幅會(huì)隨時(shí)間逐漸衰減,因此觸簧系統(tǒng)在分?jǐn)噙^(guò)程是一個(gè)有阻尼的自由振動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)物體以較低速度在空氣中運(yùn)動(dòng),可認(rèn)為阻尼與速度成正比。取簧片的靜止位置為坐標(biāo)原點(diǎn),選x軸水平向右為正,根據(jù)牛頓第二定律,有阻尼的自由振動(dòng)微分方程如下:

-mx″=cx′+kx

(1)

化為二階常系數(shù)齊次線性微分方程:

x″+2nx′+p2x=0

(2)

式中:m——簧片的質(zhì)量;

x——簧片質(zhì)心的位移;

x′——位移x對(duì)時(shí)間t的一階微分;

x″——位移x對(duì)時(shí)間t的二階微分;

c——阻尼系數(shù);

k——簧片的彈性常量。

特征根和運(yùn)動(dòng)微分方程的通解形式與阻尼大小有關(guān),引入阻尼比ζ=n/p,其是阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)的比值。

在過(guò)阻尼(ζ>1)和臨界阻尼(ζ=1)這兩種情況下簧片位移x是按負(fù)指數(shù)衰減的非周期性運(yùn)動(dòng),不符合簧片的衰減振動(dòng)過(guò)程。因此本文只分析欠阻尼的情況,而欠阻尼(ζ<1)時(shí)的特征根與通解分別為

x=e-nt(C1cosp′t+C2sinp′t)

(3)

式中:C1、C2——積分常數(shù),由簧片運(yùn)動(dòng)的初始條件確定。

設(shè)t=0時(shí),x=x0,x′=x′0,解得

(4)

將式(4)代入式(3)得到:

x=Ae-ntsin(p′t+α)

(5)

由式(5)可知,x的解有兩個(gè)因子,一個(gè)是衰減的指數(shù)函數(shù)Ae-nt,將使振幅越來(lái)越小,直至振動(dòng)完全停止;另一個(gè)是正弦函數(shù)sin(p′t+α),表示系統(tǒng)以相同的周期通過(guò)平衡位置。因此,在欠阻尼情況下,簧片的自由振動(dòng)不是等幅的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),而是按負(fù)指數(shù)衰減的衰減振動(dòng),衰減振動(dòng)的頻率為p′,衰減速度取決于ζp。阻尼比ζ與簧片的形狀、尺寸及介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),參數(shù)p與簧片的質(zhì)量和材料性質(zhì)有關(guān),ζp越大,振動(dòng)衰減得越快。因此,可以通過(guò)改變簧片的形狀、尺寸和材料參數(shù)來(lái)改變簧片的振動(dòng)特性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)小型拍合式功率繼電器的簧片振動(dòng)導(dǎo)致電弧時(shí)常跑出觸頭燒蝕簧片的問(wèn)題,搭建基于高速攝像機(jī)的同步測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)控制變量法依次改變繼電器靜簧片和動(dòng)簧片的剛度,拍攝繼電器分?jǐn)噙^(guò)程中電弧運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)動(dòng)作圖像,進(jìn)而處理圖像得到簧片的振動(dòng)特性和電弧運(yùn)動(dòng)的關(guān)系曲線。通過(guò)對(duì)比3種條件下的簧片振動(dòng)特性與電弧運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系曲線,得出以下結(jié)論:

(1)簧片經(jīng)過(guò)加固后,靜簧片初始振幅明顯減小,動(dòng)簧片因反力增大而初始振幅變化不大,但動(dòng)/靜簧片的振動(dòng)衰減速度均變快,電弧的運(yùn)動(dòng)范圍減小,燃燒相對(duì)平穩(wěn)。

(2)減弱簧片的振動(dòng)幅度、加快簧片振幅的衰減對(duì)電弧的運(yùn)動(dòng)范圍有明顯的改善,其中減小動(dòng)簧片的振動(dòng)幅度對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)有著更加顯著的影響。

(3)繼電器觸頭分?jǐn)嗪?簧片在反力的初始激勵(lì)后做欠阻尼的自由振動(dòng),可以通過(guò)改變簧片的形狀、尺寸和材料來(lái)改變簧片的振動(dòng)特性,從而改變電弧運(yùn)動(dòng)特性。