交流接触器的虚拟可靠性试验及其剩余寿命预测的研究

With the development of industrial technology, when it comes to evaluate a product, there seem to be problems assessing the reliability comprehensively and identifying the ability of bearing the load stress after running for a period of time. The project carries out research in the area based on AC contactor and has important theoretical significance and application value. In the project, the problem of taking comprehensive evaluation of reliability is solved, the model of the corresponding relation between load stress and reliability level is built under the premise of researching the influence of different load stress on reliability and performance of AC contactor; miniaturization and low cost of AC contactor is achieved by researching the online detecting techniques of key characteristic parameters and load stress parameters and integrated design to the detecting module and the AC contactor; the changed process and the trend of characteristic parameters of AC contactor in different load stress are analyzed and studied based on the developing reliability test under different typical load stress; based on the study of damage cumulative mechanism of the load stress to the AC contactor, the theory model of virtual test for reliability is established and the simulation software is further made, and the problem of time-consuming and high cost for reliability test of the AC contactor under different load stress is solved. Furthermore, on the base of the changed trend of the characteristic parameters and the influence that load stress has acted on the AC contactor, the model of the residual life prediction is established to study all kinds of load stress that the AC contactor will bear in the future.

随着工业技术的发展，如何全面评价产品的可靠性和如何判断该产品运行一段时间后还能承受负荷应力的能力成为困扰人们的新问题。本项目以交流接触器为研究对象开展这方面的研究，具有重要的理论意义和应用价值。 本项目研究不同负荷应力对交流接触器可靠性和性能的影响，建立负荷应力与可靠性水平对应关系模型，解决交流接触器可靠性全面评价难题；研究交流接触器关键特征参数和负荷应力参数在线检测技术，检测模块与交流接触器一体化设计，实现小型化和低成本化；开展几种典型负荷应力下的可靠性试验，分析与研究交流接触器在不同负荷应力下特征参数变化过程和变化趋势；研究负荷应力对交流接触器的损伤累积机理，建立可靠性虚拟试验理论模型，编制仿真软件，解决交流接触器在不同负荷应力下可靠性试验时间长、试验费用高等难题；根据交流接触器特征参数变化过程及已经承受负荷应力的情况，建立剩余寿命预测理论模型，研究其未来还能承受各种负荷应力的能力。

本项目以交流接触器为研究对象，解决在不同负荷应力下其可靠性评价和剩余寿命预测问题。主要研究工作和创新如下。.（1）提出了采用交替试验控制技术和多任务试验控制技术进行多试品的试验方法和不同试验电流下的试验方法，研制出基于计算机控制技术和高速数据采集技术的交流接触器电寿命试验装置，提高了试验效率、缩短试验时间；进行了典型负荷应力下的可靠性试验，并对交流接触器关键特征参数和负荷应力参数等数据进行提取和分析。.（2）以电弧电流为交流接触器触头系统侵蚀的参量，建立了基于起弧相角的触头磨损数学模型和基于损伤累积理论的接触器电寿命分布特征的数学模型，对不同负载连接方式下的电寿命分布特征进行了研究。通过仿真证明了交流接触器的电寿命服从威布尔分布，与可靠性研究领域公认的耗损型产品的寿命服从威布尔分布结论一致，解决了交流接触器电气操作可靠性评估和试验研究中的理论依据问题。.（3）建立了基于BP神经网络的交流接触器剩余电寿命的预测模型，提出采用MIV筛选方法对预测模型输入参量进行筛选，获得反映交流接触器电寿命的主要特征参量为累积燃弧能量和吸合时间，并分析了在不同BP神经网络模型下交流接触器电寿命预测误差，得到了AGA-BP神经网络模型的预测误差最小，预测精度最高。通过试验数据验证表明，在相同试验或工作条件下可以通过部分试品的数据建立预测模型来预测同一批次下同类产品的剩余电寿命。.（4）提出通过分段累积的方法将非正态分布的电弧侵蚀量转化为服从正态分布的新变量，为建立基于Wiener过程的交流接触器电性能退化模型奠定了基础。根据交流接触器的剩余电寿命为其性能退化量到达失效阈值的最小时间的原理，确定了基于Wiener过程的交流接触器剩余电寿命分布函数，并提出剩余电寿命的预测方法和预测模型参数的估计方法。试验结果表明：在预测模型参数估计时，试品数越多预测结果越准确，预测误差能满足工程需要。