電流(電壓)電磁繼電器微機檢測裝置的研究

摘 要：本文介紹了DL(DY)—20C系列電流(電壓)繼電器微機檢測裝置的主要功能和工作原理。該裝置綜合應用了模擬數字電子技術及計算機技術解決了電流、電壓電磁繼電器按標準規定出廠試驗全部電氣參數的檢測，并使之過程自動化。尤為突出的是本裝置解決了電流、電壓電磁繼電器在過電流能力，過電壓能力及動作可靠性測試項目中動合觸點抖動時間的測試。
關鍵詞：繼電器 自動檢測 電壓源 電流源

1 引言
繼電器作為主要電氣元件之一，廣泛應用于工業控制、農業、交通運輸、國防、軍事、空間技術及日常生活等各個領域，作為遙控、遙測、通訊、檢測、保護等自動化裝置中的一種不可缺少的基本元件。因此，它工作是否正常將直接關系到用該繼電器制成的設備及產品的穩定性和可靠性。隨著繼電器技術的發展及繼電器應用范圍不斷擴大，相應地對繼電器的高性能、長壽命、高可靠性等方面的要求越來越高。因此，對繼電器的測試提出了更高、更新的要求，在繼電器的生產過程及產品抽檢中要求測許多參數，包括機械參數和電氣參數等。對于機械參數、絕緣檢驗及繼電器的可靠性、壽命等，如果使用微機測試裝置進行逐臺測試花費時間長，效率低。可以改用微機控制的繼電器測試裝置，該裝置用PC機控制，可以測試DL—20C系列、DY—20C系列兩種類型70多種型號的繼電器。
2 硬件電路設計?
硬件電路是本微機檢測裝置的核心部分，它決定了該裝置的測量準確度，它由模擬信號源、模擬測試電路、數字測試電路、顯示、打印部分等組成。?
2.1 模擬信號電源?
模擬信號電源可分為電壓源和電流源。電壓源為12V—400V連續可調，容量為IKVA，電流源為0.0125A—200A內連續可調，容量為2KVA，電源波形為交流正弦波，頻率為50Hz，副路波形不畸變。
因為電壓源是為繼電器提供所需電壓，而DY—20C系列電壓繼電器共28種規格，電壓最小12V，最大400V，由于電壓測量范圍大又需連續可調，因此將電壓源設計成基本量程14個檔，電壓從12V到400V連續可調，這14個檔覆蓋了電壓繼電器的28種規格。電路如圖1所示。圖中V表刻度額定值為10V，按超量程25％刻度。電壓互感器14個量程，分別為12V，15V，24V，30V，48V，50V，60V，80V，100V，160V，200V，320V，400V。

電壓源線路圖中，輸入端接交流220V電源上，經第Ⅰ級自耦變壓器粗調后輸送到第Ⅱ級自耦變壓器進行細調，再將其中一部分輸送下一級細調變壓器以便提高電壓的調節細度。第Ⅱ級自耦變壓器輸出電壓和細調變壓器輸出電壓的和作為升壓器的輸入，升壓器的副端帶有12V—400V 14個量程輸出，且輸出電壓加到多量程電壓互感器的原端，為被測DY—20C系列電壓繼電器提供激勵電壓，互感器的副端輸出電壓作為硬件測試電路的被測電壓，即為繼電器動作電壓值，返回值的采樣值。互感器副端電壓額定值為10V，在末級互感器副端接有監測電壓表，用以顯示電壓值，伏特表量程按超量程25％設計，因此伏特表按過載125％刻度，滿量程刻度為12.5V。
因為模擬電流源是為電流繼電器提供所需電流的，而DL—20C系列電磁繼電器有42種規格，最小電流為0.0125A，最大為200A，因為電流源測量范圍大又需連續可調節，因此將電流源設計成基本量程12檔，輔助量5檔來完成26檔量程的調節，使電流從0.0125A-200A連續可調。這26檔覆蓋了DL—20C系列電流繼電器的42種規格，電路如圖2所示，圖中A表額定值為10A，電流互感器26個量程分別為0.0125A、0.025A、0.05A、0.1A、0.15A、0.2A、0.3A、0.5A、0.6A、lA、1.5A、2.0A、2.5A、3.0A、3.75A、5.0A、6.0A、7.5A、10.0A、12.5A、15A、20A、25A、50A、100A、200A。
電流源輸入端接在交流220V電源上，經第Ⅰ級自耦變壓器粗調后輸送到第Ⅱ級自耦變壓器進行細調，再將其中一部分輸送給下一級細調變壓器以便提高電流調節細度，第Ⅱ級自耦變壓器和細調變壓器輸出的和作為升流器的輸入，升流器副端有26檔電流輸出，覆蓋了42種規格的電流量限。這26檔量程是12檔基本量程和5檔輔助量程來實現的，12檔基本量程為0.125A、0.25A、0.6A、1.25A、2.5A、5A、10A、12.5A、25A、50A、100A、200A，5檔輔助量程為10％、75％、80％、100％、120％組合的26檔量程。這26檔量程輸出加到多量程電流互感器的原端，為被測DL—20C系列電流繼電器提供激勵電流，在互感器的副端接有電流表用以顯示副端電流值。然后再接一級互感器得到O1A的電流輸出，作為5Ω采樣電阻的采樣電流，用作被測繼電器的電流動作值，返回值的輸入電流。

2.2 模擬測試電路
模擬測試電路是為測試繼電器動作值極限誤差、動作值一致性及返回系數而設計的。測試裝置每次可對1—16臺繼電器參數進行測試。電路由模擬開關，交直流轉換器、ADC轉換器等構成。
從動作值極限誤差，動作值一致性及返回系數定義不難看出，對于這幾個參數的檢測，實際上都是通過對動作值和返回值的測量來實現的。因為動作值和返回值均為模擬量，因此為了實現動作值和返回值的測量而設計了由放大器、I—V轉換器、多路選擇開關CC4053，交直流轉換器AD536、模數轉換器AD574A等構成的模擬測試電路，電路原理如圖3所示。
對電流和過電壓繼電器來說，動作值是指當電流或電壓逐漸增加，所有觸點達到工作位置時的最小值。返回值是指當電流或電壓逐漸減少，所有觸點恢復到非工作位置時的最大值。對低電壓繼電器來說，動作值是指當電壓逐漸減少，所有觸點達到工作位置時的最大值。返回值是指當電壓逐漸增加，所有觸點恢復到非工作位置時的最小值。
對各種當不同型號的電流繼電器所規定的整定點進行測試時，只需將電流互感器CT輸出的0—0.1A范圍內的電流經采樣電阻變成0—0.5V的電壓(采樣電阻采用5錳銅線繞式電阻)。
實現電流—電壓轉換，轉換后的電壓信號經10倍放大后送4053的X1端，此時微機發出控制信號使CC4053的A端為高電平，選通X1，使電流信號通過4053送至AD536轉換成直流信號，最后經AD574A轉換成數字信號存入微機并由微機將所有測量結果顯示、打印。為了提高測量準確度，減少數字信號對模擬信號間由于寄生耦合造成的干擾，CPU系統與模擬電路之間的每一銜接，均采用光電耦合器使之有效隔離。

2.3 數字測試電路
數字測試電路是為了測試動作時間和抖動時間面設計的，由于繼電器內部結構同所用邏輯器件不同。因此根據DL(DY)—20C系列繼電器的內部結構設計出合理的邏輯電路，配合微機系統內部時鐘進行計時，從而測出繼電器的動作時間并判斷抖動時間是否小于7ms，從而確定繼電器的動作可靠性及過電流、過電壓能力是否合格。
根據繼電器的五種不同結構及繼電器動作時間的定義分別設計出相應的動作時間測試電路。這五種電路的共同特點是從繼電器施加激勵量開始，程序設計使CPU讀取計算機內部定時器的時間作為起始時間。直到繼電器所有動合觸點閉合或動斷觸點斷開為止，再次讀取內部定時器的時間作為終止時間，終止時間與起始時間之差即為一次動作時間。電磁繼電器動合觸點和動斷觸點的不同組合有五種結構方式。所以數字電路設計時應滿足不論哪種形式的觸點，只要觸點動作就應微機的計數器停止計時，并再次讀取計算機內部定時器的時間作為終止時間，因此邏輯電路設計時應考慮對不同觸點方式應具有統一的邏輯關系，本著這個原則設計出一個常開觸點、一個常閉觸點、兩個常開觸點、兩個常閉觸點、一個常閉和一個常開五種不同的測試電路。
7ms抖動時間檢測電路是在動作時間測試電路基礎上加上一個74HC393計數器和一個7ms時基發生器及一個緩沖器，即構成了7ms檢測電路，它具有各自獨立的時鐘輸入，含有清零端和時鐘輸入端，當計數器滿度時其值為256。此時各位均置“1”，而當只有最高位為“1”，其它位為“0”時，計數器值為128，因此，如果以最高位做為判斷位時，如果CPU始終監測393的最高位，一旦最高位為“1”則表明計數器計數值為128，否則不足128，為達到對7ms時間的判斷目的，即可以周期為7ms／128的時鐘脈沖作為74HC393的時鐘轉入，因為此時，如果輸入脈沖個數一旦等于128個時，計數器的最高位置“1”其余位為“0”， 那么此時計數器所計時間就為T=7ms／128*128=7ms。若輸入脈沖少于128個，最高位始終置“0”，那么計數器所計時間Tlt;7ms。因此當128*10.3／7Hz的時鐘脈沖做為393的時鐘脈沖時，以最高位置“1”否，即可判斷計數器計數時間是否大于7ms。據此，當繼電器動合觸點閉合后，或動斷觸點斷開后，此時因為反相三態門，正向三態門輸出都為“1”。此計數器的R端為“1”，使計數器清零并開始計數，當繼電器觸點有抖動時，閉合觸點斷開，此時計數器R端為“0”，停止計數。如果抖動時間小于7ms，其計數器計數不足128，最高位始終為零，當抖動大于7ms時，計數器計數大于128，最高位輸出“1”。此間CPU通過接口電路對其最高位不斷地執行讀操作，只要有“1”讀出，就說明觸點的抖動時間大于7ms，該繼電器的過電流(電壓)能力或動作可靠性為不合格，否則為合格。

3 結束語
DL(DY)—20C系列電流(電壓)繼電器微機檢測裝置采用PC機控制，該裝置原理先進，性能可靠，在數字電路中通過STA、STB的控制使繼電器動作時間的測試統一了邏輯關系。7ms抖動時間檢測電路解決了抖動時間無法檢測的難題。因此該裝置不但確保了繼電器的產品質量，而且極大的提高了勞動生產率。

參考文獻：

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［２］李剛．現代儀器電路［Ｍ］，2000
［３］張曉冰．電磁繼電器電氣參數自動檢測裝置的研究［Ｍ］，1999