新型隔墙
摘要：电磁铁机构作为断路器分合闸操动机构的重要组成部分，其性能的好坏直接关系着断路器的分合闸是否可靠，轻则引起设备拒动，重则引起大面积停电事故，因此对于断路器电磁铁性能的测试至关重要。目前，对于断路器机构的检查维护主要依赖于低电压特性及断路器机电特性两大试验，而对于断路器的关键驱动元件-电磁铁的维护手段少之又少，还停留在测试电磁铁线圈的静态电阻、间隙（动作行程 、冲程）等方面，缺乏从力的角度和动态电气信号角度进行直观检测、评估方法。基于此，本文针对电磁铁机电特性的测试装置进行了研究，以期优化断路器使用。
关键词：断路器；机械；特性
1断路器机电特性测试发展概述喷淋嘴
早期传统的断路器机电特性测试方法中，检修试验人员通常使用振荡器和转鼓测速仪等试验设备进行测试，即将记录笔固定在动触头拉杆上，当拉杆运动时带动记录笔在平面坐标纸，或记录在匀速转动鼓面的坐标纸上。随着电测试技术的发展，通过电子示波器记录滑线变阻器动触点上的电信号波形曲线对断路器触头行程进行分析记录，其缺点是调整麻烦、精度低、重复性差。
现阶段断路器机电特性测试仪普遍采用的是光电编码器或电阻式位移传感器。光电编码器的精度相对以前的检测方法有了很大的提高，但光电编码器成本高，体积大，受安装空间狭小的限制，且安装困难，因此其应用受到了很大的限制。为了光电编码器安装方便，一般会采用旋转式光电编码器，将其安装到断路器操动机构拐背的主轴上，通过测得主轴的角位移—时间特性曲线，再通过计算得到断路器触头的行程—时间特性曲线。这种位移测量方法实际是一种间接测量，直线位移测试数据的准确性会受到光电编码器安装精度的影响。旋转式光电编码器体积也较大，在断路器上的安装仍然较烦琐，难以适应断路器生产流水线上或现场测试快速传感器安装的要求。 2机电特性测试的几种方法
2.1采用电磁振荡器或转鼓仪
早期的油开关进行特性测试时，用电磁振荡器连接到固定在动触头拉杆上的铅笔上，驱动其以100Hz频率的水平摆动，在开关分合闸过程中，随着拉杆的运动，在固定的带坐标纸板上勾画出行程时间的振荡波。另外，也有用转鼓仪进行测试的，其原理是将转鼓仪设计
为转鼓面上每旋转1mm的距离用1ms时间，测量时开关动触头带动记录笔上下运动所画出的合闸或分闸曲线。这两种方法所用的记号笔本质上就相当于一种位移传感器，其特点是简单、方便，但受各种因素影响多，容易造成较大的测量误差。
2.2利用滑线变阻器配合光线示波器进行特性测试无镜框眼镜
滑线变阻器由线绕电阻和滑动触头组成，滑动触头固定在动触头拉杆上，线绕电阻两端施加一定电压，通过对与动触头拉杆一起运动的滑线电阻电压的记录，配合示波器得到行程时间的波形曲线和相关行程、速度数据。这种方法的缺点是调整较麻烦，且缺乏对扩展分析机电特性曲线的充分支持。
2.3采用光栅式位移传感器(光栅尺)的智能式综合测试手段
随着计算机技术和传感器技术水平的不断进步，断路器机电特性测试设备已逐渐发展为智能化、数字化、图形化的综合性测试工具，而此时传感器也大多采用了光栅尺。光栅尺一般是利用刻在某种载体（如玻璃、晶态陶瓷或钢带等）上的隔栅，作为测量的基准，其工作原理是利用感知光度变化的光电池扫描的方法进行测量。光栅尺抗干扰强，灵敏度很高，但在测试或存放过程中很容易损坏，很多用户逐渐改用直线或角度传感器。
除了上述较为成熟的测试方法之外，一些专业人员还在探索一些新的检测手段，如激光红外测距，超声波场、加速度传感器的检测等以及利用光反射偏移原理进行的非接触式测试方式。
3新型光纤位移传感器
本文介绍了一种新型数字光纤位移传感器，其体积很小、容易安装、测量运动部件总质量小于6g。该位移传感器采用高钢性精密滚珠直线滑轨设计，运动平滑、无跳动、响应速度快，可以满足对高速运动物体直线位移的测量。该传感器由于运动质量小、运动阻力小，可以极大地减轻对被测物体运动的影响，从而提高测量精度。
SFD1020数字光纤位移传感器使用了光学信号进行非接触式位移测量，测量精度高，重复性好，不易损坏，有效解决了目前机电特性测量的瓶颈问题。由于位移码盘采用MEMS技术制造，码盘精度达0.025mm，完全满足断路器机电特性测试的精度要求。
SFD1020数字光纤位移传感器的技术原理：将MEMS数字型位移编码器芯片安装在直线滑轨的表面，由连杆与断路器绝缘拉杆连接并一起运动，半导体激光通过单模光分束器的光纤束输入口到达光纤阵列（FA）探头，通过一极小气隙入射到反射式MEMS数字型位移编码器芯片，其反射光信号反射回光纤阵列探头从而获取一组包含位移信息的光编码信号。当被测物体通
过连接杆带动反射式数字编码器运动时，光纤阵列探头从反射式数字编码器上读取不同的位置编码信息，从而得到被测物体不同的位置信息，进而得到被测物体的位移信息。
4基于光纤位移传感器SFD1020的断路器机电特性测试仪
青梅1H4.1断路器机电特性测试仪总体结构
展示架制作高压真空断路器机电特性测试仪的总体结构，主要由上位机、下位机和传感器三大部分组成。其中上位机管理系统软件由C++开发，主要完成断路器开关的机电特性测试、开关寿命测试；测试数据、参考曲线数据管理；产品型号管理等。下位机采用STM32F407+EPM570T100C5的架构完成对光信号的解码、存储，并实现与上位机的通讯。其中，EPM570T100C5负责位移信号解码，STM32F407则负责从EPM570T100C5读取解码后的位移信号，并完成信号的存储以及与上位机的通讯。其外围硬件电路主要完成光信号的放大处理，刚分合点信号的读取，储能电机和分合闸线圈的供电等等。
4.2机械测试仪硬件设计
（1）电源电路
磁流变阻尼器该系统需要提供的主电源有四个，分别是储能电机、分合闸线圈、继电器驱动模组和测试仪内部电源。这里使用大功率开关电源模块降低测试设备功耗并减小系统发热。储能电机电源设计为0～300V可调输出的直流电压，并可通过测试仪上的转换开关切换到外置电源。分合闸线圈用电源设计为0～250V输出，也可根据需要通过转换开关切换到外置电源进行测试。继电器驱动模组及测试内部供电电压分别为12V和5V。
（2）开关信号采集模块
该电路是用来采集断路器的开关信号的。因该测试端口需要测试人员连接到真空断路器，可能因为测试人员或断路器上存在的静电导致测试仪的芯片损坏，所以这里使用光电隔离模块将真空断路器的开关信号进行采集再送至MCU，并在端口设计了防静电模块。
（3）驱动控制模块
储能电机及分合闸线圈功率较大，使用大容量的继电器模组来进行驱动。该模块同样使用光电隔离模块和达林顿驱动模组来实现驱动继电器的功能。
（4）电流检测电路
电流检测电路使用霍尔元件测试电流，隔离高压和取样电路。防止直接电阻取样电路造成的干扰以及降低的由输出短路造成取样电阻烧毁的故障率。
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