關于器具開關發熱、耐久性試驗測試設備的研究

陳鵬 江 濤 江朝軍 王 莉 郭華平

（公牛集團股份有限公司 慈溪 315314）

引言

隨著家用電器的發展，人們家中的小電器越來越多，這樣會對移動式插座上帶開關的需求也會越來越多，從而這對移動式插座上的開關的安全可靠性檢測提出了更高的要求。在器具開關的標準中，發熱試驗和耐久性試驗是安全可靠性檢測的重要項目，依據GB/T 15092.1-2020《器具開關 第1部分：通用要求》[1]和GB/T 15092.101-2020《器具開關 第1-1部分：機械開關要求》[2]，器具開關的耐久性測試根據其標志參數需進行多項不同條件下的不同要求測試，其標準要求的負載類型就已達到9種，GB/T 2099.1-2021《家用和類似用途插頭插座 第1部分：通用要求》[3]附錄D中，對操作循環次數要求為10 000次，結合質量客訴反饋用戶在使用電腦適配器時，開關容易出現粘連現象，故公牛集團在器具開關企標上增加了電腦適配器負載。如果我們的測試方法采用傳統檢測設備和試驗方法進行測試，會容易造成檢測設備稼動率低、檢測周期長和檢測結果一致性差等一些問題，從而這樣檢測人員要對標準的理解有較高的要求。下文介紹的是一個能夠解決以上煩惱的自動化測試設備。此測試設備主要應用于器具開關的發熱、耐久性檢測中。

1 測試設備的設計

1.1 設備結構與原理設計

該設備由PC計算機、溫度無紙記錄儀、可程式變頻電源、可編程邏輯控制器（PLC）、示波器、交流接觸器和各類型設備負載組成，如圖1系統原理框圖所示。下面將詳細介紹各主要模塊的功能。

圖1 系統原理框圖

1.1.1 PC計算機

PC計算機配置最低要求：i5處理器，內存8 G以上，操作系統：windows（win7，win8，win10都可以）。其串口需最少配備4個USB接口，一個PCI接口和一個RS 485接口。

與PC計算機進行串口連接的設備為溫度無紙記錄儀、示波器、可程式變頻電源和可編程邏輯控制器（PLC），在PC計算機端運行專門為該試驗編寫的程序軟件，設置試驗參數信息及自動生成測試報告。

1.1.2 可程式變頻電源

可程式變頻電源需帶有RS 485通訊接口，可程式變頻電源通過配置有RS 485通訊接口，與PC計算機連接，測試員按照標準中要求在PC計算機端設置變頻電源的輸出參數，可程式變頻電源輸出端與檢測樣品的電源輸入端相連接。

1.1.3 溫度無紙記錄儀

通過溫度無紙記錄儀（Agilent 34970A）可實時監控每個測試點的溫度，可在計算機上位機軟件中實時顯示出溫度曲線。依據標準GB/T 15092.101-2020《器具開關第1-1部分：機械開關要求》[2]中第17.6.2要求：端子溫升不超過55 K，即認為開關符合要求。

1.1.4 可編程邏輯控制器（PLC）

可編程邏輯控制器（PLC）筆者采用三菱PLC（如FX2N），控制端與PC計算機連接，輸出端與交流接觸器、繼電器連接，來執行PC計算機設置的試驗程序指令，控制對應的交流接觸器的斷開與接通，從而實現不同負載類型之間的連接與切換。

1.1.5 交流接觸器

本設備共接有七個交流接觸器，與可編程邏輯控制器（PLC）的輸出端口相連接，用來執行可編程邏輯控制器（PLC）輸出的控制指令，來保證試驗樣品負載端與各中設備負載的接通與斷開及切換。

1.1.6 示波器

通過示波器（Tektronix MDO3014）對負載首次的沖擊電流進行驗證，示波器沖擊電流波形圖見圖2所示。確認其負載是否滿足標準要求。沖擊電流數值依據標準UL 943B-2017 Standard For Safety Appliance Leakage-Current Interrupters[4]中的 34.7條款：A synthetic load may be used in place of tungsten-filament lamps if it is equivalent to a tungsten-filament load on the test circuit in question,and the inrush current is at least ten times the normal current.沖擊電流至少為額定電流的10倍。

圖2 沖擊電流波形圖

1.1.7 設備負載

設備負載共由四路白熾燈負載、一路電動機負載組成、一路電源適配器負載和一路阻感性負載，其他負載類型可依據產品類型自行進行配置。其中白熾燈負載因發熱后對沖擊電流影響比較大，故在設計白熾燈負載時采用四路白熾燈負載循環試驗，可足以保證白熾燈負載一直處在冷態電阻狀態。設備負載選擇調用可根據標準要求進行排序設置和調試，設置完成后，即可實現全自動測試。

2 自動化程序設計

2.2 HMI人機界面

HMI人機界面的設計主要考慮的因素是方便用戶操作。程序中共設計了三組工位，系統主界面見圖3所示，每工位中程序共預置了2個溫升和10個測試步驟，測試人員可以按照標準中的試驗要求選擇的相應的測試項進行測試。每一個步驟的設置的參數包括通斷時間、速度、次數、不良次數、試驗電壓、試驗電流、功率因素、負載類型和銜接下一試驗步驟或結束試驗的選擇等參數，各試驗參數設置界面見圖4所示。

圖3 系統主界面圖

圖4 試驗參數設置界面

2.3 設備間的通訊方式

設備間的通訊方式主要依據設備可提供的接口類型。可程式變頻電源通過RS 485通訊接口連接PC電腦，方面PC電腦程序端控制調節電壓。溫度無紙記錄儀（Agilent 34970A）通過USB接口連接電腦，方便在PC電腦程序端實時查看溫升數據。可編程邏輯控制器（PLC）通過PCI接口連接PC電腦，用于PC電腦端上下傳控制數據。

2.4 關鍵參數數據采集及處理

開關耐久性測試中，關鍵的兩項數據要求分別是溫升和沖擊電流。沖擊電流測試，每次測試鎢絲燈負載前，先自動測試確認沖擊電流是否滿足標準比值要求。溫升測試，測試員根據標準中要求設置溫度數據采集時間的間隔，每一次溫度數據采集，都會與前一次采集到的溫度數據進行比較，一直到溫升布置點的溫度數據連續3次時間間隔數據比較小于0.5 ℃，則可認為溫升數據已處于穩定狀態。測試完成之后，程序會自動保存每個測溫點的數據，并自動生成測試報告。

3 自動測試系統的應用

3.1 應用于器具開關

舉例：一個器具開關，他的標志參數是：額定電壓為125 V/250 VAC、50/60 Hz；他的額定負載類型多，分別為電動機負載3 A、電容性負載2 A、鎢絲燈負載6 A基本電阻性負載16 A、，根據其標志參數試驗電壓分別取125 V和250 V；試驗次數標志為：1E4，即操作循環次數為10 000 次。

試驗步驟說明

樣品A發熱測試，試驗電壓設置為125 V，試驗電流按照基本電阻性負載電流16 A設置20 A，測試周期1 h。

樣品A在試驗電壓為125 V下，依據標志參數調節相應的負載類型及試驗電流直至標準要求的試驗電流值，故電容性負載2 A、電動機負載3 A、鎢絲燈負載6 A、基本電阻性負載16 A。

樣品A發熱測試，試驗電壓設置為125 V，試驗電流按照基本電阻性負載電流16 A設置16 A，測試周期1 h。

樣品B發熱測試，試驗電壓設置為250 V，試驗電流按照基本電阻性負載電流16 A設置20 A，測試周期1 h。

樣品B在試驗電壓為250 V下，依據標志參數調節相應的負載類型及試驗電流直至標準要求的試驗電流值，故電容性負載2 A、電動機負載3 A、鎢絲燈負載6 A、基本電阻性負載16 A。

樣品B發熱測試，試驗電壓設置為250 V，試驗電流按照基本電阻性負載電流16 A設置16 A，測試周期1 h。

在PC計算機上，在軟件HMI人機界面上，設置相應的程序。

按下開始測試開關，所設置好的測試步驟將依次自動進行，直至自動完成并生成測試報告，試驗結束。

3.2 在固定式開關插座、電子開關和USB插座等方面應用

該自動化測試系統專門為機械式器具開關的發熱、耐久性試驗而研制。但該自動化系統也能滿足GB/T 16915、GB/T2099、IEC 60884、VDE 0620等標準關于溫升、分斷容量和正操操作的測試。只需試驗步驟設置符合標準要求，系統自動選擇對應的負載類型，然后執行自動化測試直至生成測試報告。

4 結論

本文研究的機械器具開關發熱、耐久性自動測試系統，依據GB/T 15092.1標準應用在測試組合多的機械器具開關發熱、耐久性試驗中。機械器具開關通過了全自動化控制測試的方式，不僅能大大的減少測試人員時間投入、減少了測試時長，還能有效提高設備的使用效率（減少設備間等待浪費時間），并能有效改善不同人員進行試驗的結果一致性問題。同時希望測試自動化這種思維邏輯思路也能應用到其他類似的標準中有的發熱、耐久性試驗中，滿足各種類型的測試要求。