电磁继电器线圈寿命试验系统与寿命评估方法

摘要

本发明公开了 电磁继电器线圈寿命试验系统与寿命评估方法，其中通过稳压电源、定时开关以及交变老化箱的配合控制，对多组继电器分别进行加速老化试验，再通过热电偶温度传感器、电阻测量仪、绝缘电阻测试仪测量得到的线圈老化敏感参数-线圈漆包线平均温度、线圈直流电阻和线圈绝缘电阻，应用可靠性理论计算多组试验的平均运行时间，利用最小二乘法计算线圈漆包线的激活能，从而确定寿命评估模型中的参数，则通过参数确定好的 寿命评估模型能够进行继电器线圈的平均运行时间或称为寿命的评估。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁继电器线圈寿命试验系统，还涉及电磁继电器线圈寿命评 估方法。

背景技术

电磁继电器是一种当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输 出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的电器，一般由铁芯、线圈、衔铁、触 点簧片等组成。电磁继电器在使用过程中会存在老化降级，主要分为触点的老 化和线圈的老化。触点的老化主要是由于在长期的使用过程中，触点表面会生 成各类表面膜层，从而影响接触性能，其中触点表面沉积的碳化区域对其影响 最为突出。线圈的老化是由于继电器连续长时间处于额定电压（电流）励磁状 态下，将会引起线圈弱绝缘点（绝缘气隙等）处温升，从而引起的漆包线老化 降级，导致线圈绝缘等级下降。

由于继电器在各领域应用非常广泛，其可靠性受到了广泛关注，因此，继 电器的测试与电寿命试验一直是国内外电气学术界研究的重要领域。目前对电 磁继电器的测试已经有很多方法或设备，例如继电器综合测试系统（可测量各 种电参数）等，但电寿命试验基本都是针对继电器触点进行的，尚未见到对继 电器线圈的寿命试验方面的研究。

发明内容

本发明的目的是提供电磁继电器线圈寿命试验系统以及基于该试验系统的 测量数据来对电磁继电器线圈的寿命进行评估的方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电磁继电器线圈寿命 试验系统，包括

能够为多个并联的继电器供电的稳压电源；

能够在设定时间切断所述稳压电源供电的定时开关；

能够容纳所述多个并联的继电器并且能够根据时间控制箱内试验温度的交 变老化箱；

能够测量所述继电器的线圈漆包线温度的热电偶温度传感器；

能够测量所述继电器的线圈直流电阻的电阻测量仪；

能够测量所述继电器的线圈绝缘电阻的绝缘电阻测试仪；

能够采集、存储以及输出所述线圈漆包线温度的数据、所述线圈直流电阻 以及所述线圈绝缘电阻的数据的数据采集装置。

使用上述的电磁继电器线圈寿命试验系统来评估继电器的寿命的方法，包 括

（1）通过所述稳压电源向在所述交变老化箱中的继电器组供电，并通过所 述定时开关在设定时间切断所述稳压电源的供电，实现控制继电器组的高温带 电、低温断电的交替循环运行，实施加速老化试验，继电器组有三组，每组继 电器中有多个并联的继电器，三组继电器组的试验温度是不同的，需要分别进 行加速老化试验；

（2）在相应的试验温度下，每个循环运行周期内获得每组继电器组在同一 时刻的线圈漆包线平均温度的数据，以及线圈直流电阻和线圈绝缘电阻的数据， 根据多个循环运行周期的线圈直流电阻和线圈绝缘电阻的数据的比较，来反映 继电器组的线圈发生的绝缘降级的程度，采用基于威布尔分布以及平均秩计算 法的可靠性理论进行评估，得到每组继电器线圈在相应试验温度下，绝缘降级 到预先指定的程度所需的平均运行时间；

继电器线圈的寿命评估模型采用lnt=lnA+Ea/（RT），其中t为平均运 行时间，T为线圈漆包线平均温度，A是待定常数，R为波尔兹曼常数，Ea为线 圈漆包线的激活能，设定y=lnt，x=1/T，a=Ea/R，b=lnA，则得到y=ax+b，利 用最小二乘法进行曲线拟合，计算出a和b，

$a=\frac{\mathrm{N\Sigma xy}-\mathrm{\Sigma x\Sigma y}}{\mathrm{N\Sigma }{x}^2-{\left(\mathrm{\Sigma x}\right)}^2}$$b=\frac{\mathrm{\Sigma y}-\mathrm{a\Sigma x}}{N}$

根据a和b得出Ea与A，则根据所述继电器线圈的寿命评估模型能够进行继电 器线圈的平均运行时间或称为寿命的评估。

具体实施时，在步骤（1）中，三组继电器组的高温带电、低温断电的交替 循环运行指的是：

一组继电器组先在得电条件下100℃运行90小时、然后在断电条件下-25 ℃运行10小时，后续重复得电100℃ 90小时、断电-25℃ 10小时这样的循环运 行；

另外一组继电器组先在得电条件下110℃运行90小时、然后在断电条件下 -25℃运行10小时，后续重复得电110℃ 90小时、断电-25℃ 10小时这样的循环 运行；

第三组继电器先在得电条件下120℃运行90小时、然后在断电条件下-25 ℃运行10小时，后续重复得电120℃90小时、断电-25℃ 10小时这样的循环运 行。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：通过稳 压电源、定时开关以及交变老化箱的配合控制，对多组继电器分别进行加速老 化试验，再通过热电偶温度传感器、电阻测量仪和绝缘电阻测试仪测量得到的 线圈老化敏感参数-线圈漆包线平均温度、线圈直流电阻和线圈绝缘电阻，应用 可靠性理论计算多组试验的平均运行时间，利用最小二乘法计算线圈漆包线的 激活能，从而确定寿命评估模型中的参数，则通过参数确定好的寿命评估模型 能够进行继电器线圈的平均运行时间或称为寿命的评估。

附图说明

附图1为本发明的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步阐述本发明。

参见图1，一种电磁继电器线圈寿命试验系统，包括稳压电源1、定时开关 8、交变老化箱9、热电偶温度传感器4、电阻测量仪3、绝缘电阻测试仪10、 数据采集装置6，稳压电源1与继电器2以及定时开关8相串联，稳压电源1为 继电器2供电，这里继电器2为继电器组，包含多个相并联的继电器，定时开 关8能够在设定时间切断稳压电源1的供电，使得继电器2处于断电状态。在 图1中，继电器2处于交变老化箱9中，交变老化箱9能够根据时间控制箱内 试验温度，这样在进行继电器2线圈寿命试验时，能够控制继电器2的高温带 电、低温断电的交替循环运行，实施加速老化试验。热电偶温度传感器4测量 继电器2的线圈漆包线温度，电阻测量仪3测量继电器2的线圈直流电阻，绝 缘电阻测试仪10测量继电器2的线圈绝缘电阻，图1中的万用表5测量继电器 2的触点吸合电压与释放电压，数据采集装置6能够采集、存储以及输出线圈漆 包线温度的数据、线圈直流电阻和线圈绝缘电阻的数据以及触点吸合电压与释 放电压的数据，这里继电器线圈寿命的评估是依靠线圈漆包线温度的数据、线 圈直流电阻和线圈绝缘电阻的数据进行的。数据采集装置6输出代表线圈的老 化敏感参数数据给寿命评估系统7，实现寿命评估。

使用上述电磁继电器线圈寿命试验系统来评估继电器2的寿命的方法，包 括：

（1）通过稳压电源1向在交变老化箱9中的继电器组供电，并通过定时开 关8在设定时间切断稳压电源1的供电，实现控制继电器组的高温带电、低温 断电的交替循环运行，实施加速老化试验，继电器组有三组，每组继电器组中 有多个并联的继电器，多组继电器组的试验温度是不同的，需要分别进行加速 老化试验，在具体实施时，三组继电器组的高温带电、低温断电的交替循环运 行分别指得是一组继电器先在得电条件下100℃运行90小时、然后在断电条件 下-25℃运行10小时，后续重复得电100℃ 90小时、断电-25℃ 10小时这样的循 环运行；另外一组继电器组先在得电条件下110℃运行90小时、然后在断电条 件下-25℃运行10小时，后续重复得电110℃ 90小时、断电-25℃ 10小时这样的 循环运行；第三组继电器先在得电条件下120℃运行90小时、然后在断电条件 下-25℃运行10小时，后续重复得电120℃ 90小时、断电-25℃ 10小时这样的循 环运行。得电、断电是通过稳压电源1、定时开关8的配合控制的，交变老化箱 9能够根据时间控制箱内的试验温度；

（2）在三组继电器组的高温带电、低温断电的交替循环运行中，每个循环 运行周期内，获得每组继电器在同一时刻的线圈漆包线平均温度的数据，以及 线圈直流电阻和线圈绝缘电阻的数据，根据多个循环运行周期的线圈直流电阻 和线圈绝缘电阻的数据的比较，来反映继电器组的线圈发生的绝缘降级的程度， 譬如说，设定线圈直流电阻降低10%即代表绝缘降级到指定的程度，采用基于威 布尔分布以及平均秩计算法的可靠性理论进行评估，得到每组继电器线圈在相 应试验温度下，绝缘降级到预先指定的程度所需的平均运行时间，平均运行时 间的计算方法参考专利公开文献“熔断器寿命特征数据试验与评估系统及其评 估方法”CN101915887，该专利公开文献虽然公开的是熔断器的平均运行时间 的计算，但是继电器线圈的平均运行时间的计算与其是相同的。三组继电器线 圈获得的线圈漆包线平均温度以及平均运行时间的试验数据如下表所示：

 试验温度/℃   T₁  T₂  T₃ 试验终止时间/h   τ₁  τ₂  τ₃

继电器线圈的寿命评估模型采用lnt=l nA+Ea/（RT），其中t为平均运 行时间，T为线圈漆包线平均温度，A是待定常数，R为波尔兹曼常数，Ea为线 圈漆包线的激活能，设定y=lnt，x=1/T，a=Ea/R，b=lnA，则得到y=ax+b，利 用最小二乘法进行曲线拟合，计算出a和b，

$a=\frac{\mathrm{N\Sigma xy}-\mathrm{\Sigma x\Sigma y}}{\mathrm{N\Sigma }{x}^2-{\left(\mathrm{\Sigma x}\right)}^2}$$b=\frac{\mathrm{\Sigma y}-\mathrm{a\Sigma x}}{N}$

根据a和b得出Ea与A，则根据继电器线圈的寿命评估模型能够进行继电器线 圈的平均运行时间或称为寿命的评估。