关于器具开关发热、耐久性试验测试设备的研究

陈鹏 江 涛 江朝军 王 莉 郭华平

（公牛集团股份有限公司 慈溪 315314）

引言

随着家用电器的发展，人们家中的小电器越来越多，这样会对移动式插座上带开关的需求也会越来越多，从而这对移动式插座上的开关的安全可靠性检测提出了更高的要求。在器具开关的标准中，发热试验和耐久性试验是安全可靠性检测的重要项目，依据GB/T 15092.1-2020《器具开关 第1部分：通用要求》[1]和GB/T 15092.101-2020《器具开关 第1-1部分：机械开关要求》[2]，器具开关的耐久性测试根据其标志参数需进行多项不同条件下的不同要求测试，其标准要求的负载类型就已达到9种，GB/T 2099.1-2021《家用和类似用途插头插座 第1部分：通用要求》[3]附录D中，对操作循环次数要求为10 000次，结合质量客诉反馈用户在使用电脑适配器时，开关容易出现粘连现象，故公牛集团在器具开关企标上增加了电脑适配器负载。如果我们的测试方法采用传统检测设备和试验方法进行测试，会容易造成检测设备稼动率低、检测周期长和检测结果一致性差等一些问题，从而这样检测人员要对标准的理解有较高的要求。下文介绍的是一个能够解决以上烦恼的自动化测试设备。此测试设备主要应用于器具开关的发热、耐久性检测中。

1 测试设备的设计

1.1 设备结构与原理设计

该设备由PC计算机、温度无纸记录仪、可程式变频电源、可编程逻辑控制器（PLC）、示波器、交流接触器和各类型设备负载组成，如图1系统原理框图所示。下面将详细介绍各主要模块的功能。

图1 系统原理框图

1.1.1 PC计算机

PC计算机配置最低要求：i5处理器，内存8 G以上，操作系统：windows（win7，win8，win10都可以）。其串口需最少配备4个USB接口，一个PCI接口和一个RS 485接口。

与PC计算机进行串口连接的设备为温度无纸记录仪、示波器、可程式变频电源和可编程逻辑控制器（PLC），在PC计算机端运行专门为该试验编写的程序软件，设置试验参数信息及自动生成测试报告。

1.1.2 可程式变频电源

可程式变频电源需带有RS 485通讯接口，可程式变频电源通过配置有RS 485通讯接口，与PC计算机连接，测试员按照标准中要求在PC计算机端设置变频电源的输出参数，可程式变频电源输出端与检测样品的电源输入端相连接。

1.1.3 温度无纸记录仪

通过温度无纸记录仪（Agilent 34970A）可实时监控每个测试点的温度，可在计算机上位机软件中实时显示出温度曲线。依据标准GB/T 15092.101-2020《器具开关第1-1部分：机械开关要求》[2]中第17.6.2要求：端子温升不超过55 K，即认为开关符合要求。

1.1.4 可编程逻辑控制器（PLC）

可编程逻辑控制器（PLC）笔者采用三菱PLC（如FX2N），控制端与PC计算机连接，输出端与交流接触器、继电器连接，来执行PC计算机设置的试验程序指令，控制对应的交流接触器的断开与接通，从而实现不同负载类型之间的连接与切换。

1.1.5 交流接触器

本设备共接有七个交流接触器，与可编程逻辑控制器（PLC）的输出端口相连接，用来执行可编程逻辑控制器（PLC）输出的控制指令，来保证试验样品负载端与各中设备负载的接通与断开及切换。

1.1.6 示波器

通过示波器（Tektronix MDO3014）对负载首次的冲击电流进行验证，示波器冲击电流波形图见图2所示。确认其负载是否满足标准要求。冲击电流数值依据标准UL 943B-2017 Standard For Safety Appliance Leakage-Current Interrupters[4]中的 34.7条款：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.冲击电流至少为额定电流的10倍。

图2 冲击电流波形图

1.1.7 设备负载

设备负载共由四路白炽灯负载、一路电动机负载组成、一路电源适配器负载和一路阻感性负载，其他负载类型可依据产品类型自行进行配置。其中白炽灯负载因发热后对冲击电流影响比较大，故在设计白炽灯负载时采用四路白炽灯负载循环试验，可足以保证白炽灯负载一直处在冷态电阻状态。设备负载选择调用可根据标准要求进行排序设置和调试，设置完成后，即可实现全自动测试。

2 自动化程序设计

2.2 HMI人机界面

HMI人机界面的设计主要考虑的因素是方便用户操作。程序中共设计了三组工位，系统主界面见图3所示，每工位中程序共预置了2个温升和10个测试步骤，测试人员可以按照标准中的试验要求选择的相应的测试项进行测试。每一个步骤的设置的参数包括通断时间、速度、次数、不良次数、试验电压、试验电流、功率因素、负载类型和衔接下一试验步骤或结束试验的选择等参数，各试验参数设置界面见图4所示。

图3 系统主界面图

图4 试验参数设置界面

2.3 设备间的通讯方式

设备间的通讯方式主要依据设备可提供的接口类型。可程式变频电源通过RS 485通讯接口连接PC电脑，方面PC电脑程序端控制调节电压。温度无纸记录仪（Agilent 34970A）通过USB接口连接电脑，方便在PC电脑程序端实时查看温升数据。可编程逻辑控制器（PLC）通过PCI接口连接PC电脑，用于PC电脑端上下传控制数据。

2.4 关键参数数据采集及处理

开关耐久性测试中，关键的两项数据要求分别是温升和冲击电流。冲击电流测试，每次测试钨丝灯负载前，先自动测试确认冲击电流是否满足标准比值要求。温升测试，测试员根据标准中要求设置温度数据采集时间的间隔，每一次温度数据采集，都会与前一次采集到的温度数据进行比较，一直到温升布置点的温度数据连续3次时间间隔数据比较小于0.5 ℃，则可认为温升数据已处于稳定状态。测试完成之后，程序会自动保存每个测温点的数据，并自动生成测试报告。

3 自动测试系统的应用

3.1 应用于器具开关

举例：一个器具开关，他的标志参数是：额定电压为125 V/250 VAC、50/60 Hz；他的额定负载类型多，分别为电动机负载3 A、电容性负载2 A、钨丝灯负载6 A基本电阻性负载16 A、，根据其标志参数试验电压分别取125 V和250 V；试验次数标志为：1E4，即操作循环次数为10 000 次。

试验步骤说明

样品A发热测试，试验电压设置为125 V，试验电流按照基本电阻性负载电流16 A设置20 A，测试周期1 h。

样品A在试验电压为125 V下，依据标志参数调节相应的负载类型及试验电流直至标准要求的试验电流值，故电容性负载2 A、电动机负载3 A、钨丝灯负载6 A、基本电阻性负载16 A。

样品A发热测试，试验电压设置为125 V，试验电流按照基本电阻性负载电流16 A设置16 A，测试周期1 h。

样品B发热测试，试验电压设置为250 V，试验电流按照基本电阻性负载电流16 A设置20 A，测试周期1 h。

样品B在试验电压为250 V下，依据标志参数调节相应的负载类型及试验电流直至标准要求的试验电流值，故电容性负载2 A、电动机负载3 A、钨丝灯负载6 A、基本电阻性负载16 A。

样品B发热测试，试验电压设置为250 V，试验电流按照基本电阻性负载电流16 A设置16 A，测试周期1 h。

在PC计算机上，在软件HMI人机界面上，设置相应的程序。

按下开始测试开关，所设置好的测试步骤将依次自动进行，直至自动完成并生成测试报告，试验结束。

3.2 在固定式开关插座、电子开关和USB插座等方面应用

该自动化测试系统专门为机械式器具开关的发热、耐久性试验而研制。但该自动化系统也能满足GB/T 16915、GB/T2099、IEC 60884、VDE 0620等标准关于温升、分断容量和正操操作的测试。只需试验步骤设置符合标准要求，系统自动选择对应的负载类型，然后执行自动化测试直至生成测试报告。

4 结论

本文研究的机械器具开关发热、耐久性自动测试系统，依据GB/T 15092.1标准应用在测试组合多的机械器具开关发热、耐久性试验中。机械器具开关通过了全自动化控制测试的方式，不仅能大大的减少测试人员时间投入、减少了测试时长，还能有效提高设备的使用效率（减少设备间等待浪费时间），并能有效改善不同人员进行试验的结果一致性问题。同时希望测试自动化这种思维逻辑思路也能应用到其他类似的标准中有的发热、耐久性试验中，满足各种类型的测试要求。