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(shù)字電子技術(shù)及計算機技術(shù)解決了電流、電壓電磁繼電器按標準規(guī)定出廠試驗全部電氣參數(shù)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(guān)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(yè)控制、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防、軍事、空間技術(shù)及日常生活等各個領(lǐng)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(guān)系到用該繼電器制成的設(shè)備及產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。隨著繼電器技術(shù)的發(fā)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(chǎn)過程及產(chǎn)品抽檢中要求測許多參數(shù)，包括機械參數(shù)和電氣參數(shù)等。對于機械參數(shù)、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?？梢愿挠梦C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(shè)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(shù)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(xù)可調(diào)，容量為IKVA，電流源為0.0125A—200A內(nèi)連續(xù)可調(diào)，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(guī)格，電壓最小12V，最大400V，由于電壓測量范圍大又需連續(xù)可調(diào)，因此將電壓源設(shè)計成基本量程14個檔，電壓從12V到400V連續(xù)可調(diào)，這14個檔覆蓋了電壓繼電器的28種規(guī)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(jīng)第Ⅰ級自耦變壓器粗調(diào)后輸送到第Ⅱ級自耦變壓器進行細調(diào)，再將其中一部分輸送下一級細調(diào)變壓器以便提高電壓的調(diào)節(jié)細度。第Ⅱ級自耦變壓器輸出電壓和細調(diào)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?；ジ衅鞲倍穗妷侯~定值為10V，在末級互感器副端接有監(jiān)測電壓表，用以顯示電壓值，伏特表量程按超量程25％設(shè)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(guī)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(xù)可調(diào)節(jié)，因此將電流源設(shè)計成基本量程12檔，輔助量5檔來完成26檔量程的調(diào)節(jié)，使電流從0.0125A-200A連續(xù)可調(diào)。這26檔覆蓋了DL—20C系列電流繼電器的42種規(guī)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(jīng)第Ⅰ級自耦變壓器粗調(diào)后輸送到第Ⅱ級自耦變壓器進行細調(diào)，再將其中一部分輸送給下一級細調(diào)變壓器以便提高電流調(diào)節(jié)細度，第Ⅱ級自耦變壓器和細調(diào)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(guī)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(xiàn)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(shù)而設(shè)計的。測試裝置每次可對1—16臺繼電器參數(shù)進行測試。電路由模擬開關(guān)，交直流轉(zhuǎn)換器、ADC轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。
從動作值極限誤差，動作值一致性及返回系數(shù)定義不難看出，對于這幾個參數(shù)的檢測，實際上都是通過對動作值和返回值的測量來實現(xiàn)的。因為動作值和返回值均為模擬量，因此為了實現(xiàn)動作值和返回值的測量而設(shè)計了由放大器、I—V轉(zhuǎn)換器、多路選擇開關(guān)CC4053，交直流轉(zhuǎn)換器AD536、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A等構(gòu)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(guī)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(nèi)的電流經(jīng)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(xiàn)電流—電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓信號經(jīng)10倍放大后送4053的X1端，此時微機發(fā)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(zhuǎn)換成直流信號，最后經(jīng)AD574A轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存入微機并由微機將所有測量結(jié)果顯示、打印。為了提高測量準確度，減少數(shù)字信號對模擬信號間由于寄生耦合造成的干擾，CPU系統(tǒng)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(shù)字測試電路
數(shù)字測試電路是為了測試動作時間和抖動時間面設(shè)計的，由于繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)同所用邏輯器件不同。因此根據(jù)DL(DY)—20C系列繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計出合理的邏輯電路，配合微機系統(tǒng)內(nèi)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(jù)繼電器的五種不同結(jié)構(gòu)及繼電器動作時間的定義分別設(shè)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(shè)計使CPU讀取計算機內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)方式。所以數(shù)字電路設(shè)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(shù)器停止計時，并再次讀取計算機內(nèi)部定時器的時間作為終止時間，因此邏輯電路設(shè)計時應考慮對不同觸點方式應具有統(tǒng)一的邏輯關(guān)系，本著這個原則設(shè)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(chǔ)上加上一個74HC393計數(shù)器和一個7ms時基發(fā)生器及一個緩沖器，即構(gòu)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(shù)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(shù)器值為128，因此，如果以最高位做為判斷位時，如果CPU始終監(jiān)測393的最高位，一旦最高位為“1”則表明計數(shù)器計數(shù)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(zhuǎn)入，因為此時，如果輸入脈沖個數(shù)一旦等于128個時，計數(shù)器的最高位置“1”其余位為“0”， 那么此時計數(shù)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(shù)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(shù)器計數(shù)時間是否大于7ms。據(jù)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(tài)門，正向三態(tài)門輸出都為“1”。此計數(shù)器的R端為“1”，使計數(shù)器清零并開始計數(shù)，當繼電器觸點有抖動時，閉合觸點斷開，此時計數(shù)器R端為“0”，停止計數(shù)。如果抖動時間小于7ms，其計數(shù)器計數(shù)不足128，最高位始終為零，當抖動大于7ms時，計數(shù)器計數(shù)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(zhí)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(jié)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(shù)字電路中通過STA、STB的控制使繼電器動作時間的測試統(tǒng)一了邏輯關(guān)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(chǎn)品質(zhì)量，而且極大的提高了勞動生產(chǎn)率。

參考文獻：

［１］許吉生．數(shù)字式繼電器電氣性能測試方法［Ｍ］，1994
［２］李剛．現(xiàn)代儀器電路［Ｍ］，2000
［３］張曉冰．電磁繼電器電氣參數(shù)自動檢測裝置的研究［Ｍ］，1999