對(duì)于16A及以下小容量直動(dòng)式交流接觸器，由于無專門的磁吹滅弧裝置，故其抗熔焊性能顯得尤為重要。在研制小容量直動(dòng)式交流接觸器用新型AgNi基觸頭材料的過程中，為了考核所研制的新型觸頭材料的抗熔焊性能，將PLC應(yīng)用于直動(dòng)式交流接觸器的電壽命試驗(yàn)中，結(jié)合所研制觸頭材料的特殊性，充分考慮了可能出現(xiàn)的失效形式，巧妙利用PLC的定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制及監(jiān)控功能，取得了良好的試驗(yàn)效果。
2 控制要求及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
試驗(yàn)要求對(duì)4臺(tái)裝有新型觸頭材料的3TB交流接觸器進(jìn)行AC-4類電壽命試驗(yàn)，該接觸器的額定電流為16A，額定電壓為660V，試驗(yàn)操作頻率為300次/h，通電時(shí)間為60ms，考慮到試驗(yàn)設(shè)備的安全，要求實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)和熔焊保護(hù)。試驗(yàn)主電路如圖1所示。
通常情況下，接觸器觸頭發(fā)生熔焊時(shí)，其輔助常開觸點(diǎn)閉合，通過PLC對(duì)其閉合時(shí)間的在線監(jiān)測(cè)，可判斷觸頭是否已發(fā)生熔焊。但考慮到所研制的觸頭材料的特殊性，有可能在觸頭開斷過程中，由于觸頭材料的潤(rùn)濕性不夠，液態(tài)銀在觸頭表面鋪展不足而形成微觀尖峰，使得發(fā)生熔焊時(shí)觸頭間距離不夠緊密，從而使接觸器的輔助常開觸點(diǎn)不能閉合，而輔助常閉觸點(diǎn)也未能閉合。這一事實(shí)表明，靠監(jiān)測(cè)輔助常開觸點(diǎn)的閉合時(shí)間來判斷是否發(fā)生熔焊是不可靠的，應(yīng)該監(jiān)測(cè)其輔助常閉觸點(diǎn)的狀態(tài)，即只要常閉觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)間超過一定數(shù)值，就認(rèn)為熔焊發(fā)生。顯然，以此為判據(jù)要比靠監(jiān)測(cè)常開觸點(diǎn)的狀態(tài)為判據(jù)準(zhǔn)確可靠。
本試驗(yàn)采用日本三菱公司的F1-20MR型PLC，它配有F1-20P型簡(jiǎn)易編程器。由于試驗(yàn)要求用PLC控制待試接觸器線圈的通電時(shí)間，故在PLC的輸出端外接交流接觸器以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。PLC外部連接圖如圖2所示。
X401～X404──四臺(tái)待測(cè)接觸器的輔助常閉觸點(diǎn)，作為發(fā)生熔焊的判據(jù)
X407──計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖
Y431～Y434──四臺(tái)待測(cè)接觸器的線圈回路開關(guān)，控制接觸器的閉合與開斷
Y437──發(fā)生熔焊后的輸出信號(hào)，控制主電路通斷
COM──公共端
3 程序框圖
程序框圖如圖3所示。
4 時(shí)序圖及梯形圖
4.1 時(shí)序圖
時(shí)序圖如圖4所示。
4.2 梯形圖
（1）主控部分 這部分實(shí)現(xiàn)對(duì)四臺(tái)樣品通電時(shí)間的順序控制以及在必要時(shí)輸出熔焊信號(hào)。主控部分梯形圖如圖5所示，圖中T550和T650～T657實(shí)現(xiàn)如圖4所示的有關(guān)時(shí)間段，M300～M302用來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)信號(hào)的保持和清除，Y431～Y434分別用來控制四臺(tái)樣品的通斷，M305和Y437實(shí)現(xiàn)熔焊信號(hào)的輸出。
（2）熔焊保護(hù)部分 這部分通過對(duì)四臺(tái)樣品輔助常閉觸點(diǎn)X401～X404的在線監(jiān)測(cè)，將產(chǎn)生的熔焊信號(hào)分別輸出到M311～M314，將這四個(gè)信號(hào)相或后輸出到M304，為了在樣品發(fā)生熔焊并將其剔除出試驗(yàn)后，重新投入運(yùn)行，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸出到M305，將其作為最終的熔焊信號(hào)。這部分的梯形圖如圖6所示，圖中的T451～T454對(duì)觸頭閉合時(shí)間計(jì)時(shí)，定時(shí)時(shí)間設(shè)為200ms,留有充分的裕度。M321～M324起中間繼電器的作用。
（3）計(jì)數(shù)部分 這部分對(duì)樣品的電壽命進(jìn)行計(jì)數(shù)，為了避免重復(fù)，僅對(duì)第一臺(tái)樣品的接通信號(hào)Y431進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用兩個(gè)自清零計(jì)數(shù)器C460和C461構(gòu)成計(jì)數(shù)值達(dá)40000的計(jì)數(shù)器，X407為計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖。計(jì)數(shù)部分的梯形圖如圖7所示。
5 結(jié)束語(yǔ)
在試驗(yàn)過程中，其中一臺(tái)樣品在試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到約3000次時(shí)發(fā)生熔焊，PLC立即動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)斷開主電路，有效保護(hù)了試驗(yàn)設(shè)備；另一臺(tái)樣品在試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到8917次時(shí)，發(fā)生相間短路，電流繼電器準(zhǔn)確動(dòng)作，輸出短路信號(hào)斷開主電路。另有一臺(tái)樣品在試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到5475次時(shí)發(fā)生熔焊，主電路迅速斷開，觀察該樣品的觸頭，發(fā)現(xiàn)正如試驗(yàn)初預(yù)計(jì)的那樣，觸頭雖熔焊，但輔助常開觸點(diǎn)及常閉觸電均未閉合，這表明本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)是比較完備的。
總之，在結(jié)合所研制電接觸材料特殊性的基礎(chǔ)上，充分考慮試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的失效類型，采用這套以PLC為核心的控制系統(tǒng)后，小容量直動(dòng)式交流接觸器電壽命試驗(yàn)的可靠性和安全性大大提高了。
參考文獻(xiàn)
1，榮命哲，劉朝陽(yáng)，陳德桂．小容量控制電器用新型AgNi基觸頭材料的研究．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1999（1）
2，楊長(zhǎng)能，張興毅．可編程序控制器（PLC）基礎(chǔ)及應(yīng)用．重慶：重慶大學(xué)出版社，1992