电流(电压)电磁继电器微机检测装置的研究

摘  要：本文介绍了DL(DY)—20C系列电流(电压)继电器微机检测装置的主要功能和工作原理。该装置综合应用了模拟数字电子技术及计算机技术解决了电流、电压电磁继电器按标准规定出厂试验全部电气参数的检测，并使之过程自动化。尤为突出的是本装置解决了电流、电压电磁继电器在过电流能力，过电压能力及动作可靠性测试项目中动合触点抖动时间的测试。
    关键词：继电器  自动检测  电压源  电流源

1 引言
    继电器作为主要电气元件之一，广泛应用于工业控制、农业、交通运输、国防、军事、空间技术及日常生活等各个领域，作为遥控、遥测、通讯、检测、保护等自动化装置中的一种不可缺少的基本元件。因此，它工作是否正常将直接关系到用该继电器制成的设备及产品的稳定性和可靠性。随着继电器技术的发展及继电器应用范围不断扩大，相应地对继电器的高性能、长寿命、高可靠性等方面的要求越来越高。因此，对继电器的测试提出了更高、更新的要求，在继电器的生产过程及产品抽检中要求测许多参数，包括机械参数和电气参数等。对于机械参数、绝缘检验及继电器的可靠性、寿命等，如果使用微机测试装置进行逐台测试花费时间长，效率低。可以改用微机控制的继电器测试装置，该装置用PC机控制，可以测试DL—20C系列、DY—20C系列两种类型70多种型号的继电器。
2 硬件电路设计?
    硬件电路是本微机检测装置的核心部分，它决定了该装置的测量准确度，它由模拟信号源、模拟测试电路、数字测试电路、显示、打印部分等组成。?
2.1 模拟信号电源?
    模拟信号电源可分为电压源和电流源。电压源为12V—400V连续可调，容量为IKVA，电流源为0.0125A—200A内连续可调，容量为2KVA，电源波形为交流正弦波，频率为50Hz，副路波形不畸变。
    因为电压源是为继电器提供所需电压，而DY—20C系列电压继电器共28种规格，电压最小12V，最大400V，由于电压测量范围大又需连续可调，因此将电压源设计成基本量程14个档，电压从12V到400V连续可调，这14个档覆盖了电压继电器的28种规格。电路如图1所示。图中V表刻度额定值为10V，按超量程25％刻度。电压互感器14个量程，分别为12V，15V，24V，30V，48V，50V，60V，80V，100V，160V，200V，320V，400V。

    电压源线路图中，输入端接交流220V电源上，经第Ⅰ级自耦变压器粗调后输送到第Ⅱ级自耦变压器进行细调，再将其中一部分输送下一级细调变压器以便提高电压的调节细度。第Ⅱ级自耦变压器输出电压和细调变压器输出电压的和作为升压器的输入，升压器的副端带有12V—400V 14个量程输出，且输出电压加到多量程电压互感器的原端，为被测DY—20C系列电压继电器提供激励电压，互感器的副端输出电压作为硬件测试电路的被测电压，即为继电器动作电压值，返回值的采样值。互感器副端电压额定值为10V，在末级互感器副端接有监测电压表，用以显示电压值，伏特表量程按超量程25％设计，因此伏特表按过载125％刻度，满量程刻度为12.5V。
    因为模拟电流源是为电流继电器提供所需电流的，而DL—20C系列电磁继电器有42种规格，最小电流为0.0125A，最大为200A，因为电流源测量范围大又需连续可调节，因此将电流源设计成基本量程12档，辅助量5档来完成26档量程的调节，使电流从0.0125A-200A连续可调。这26档覆盖了DL—20C系列电流继电器的42种规格，电路如图2所示，图中A表额定值为10A，电流互感器26个量程分别为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。
    电流源输入端接在交流220V电源上，经第Ⅰ级自耦变压器粗调后输送到第Ⅱ级自耦变压器进行细调，再将其中一部分输送给下一级细调变压器以便提高电流调节细度，第Ⅱ级自耦变压器和细调变压器输出的和作为升流器的输入，升流器副端有26档电流输出，覆盖了42种规格的电流量限。这26档量程是12档基本量程和5档辅助量程来实现的，12档基本量程为0.125A、0.25A、0.6A、1.25A、2.5A、5A、10A、12.5A、25A、50A、100A、200A，5档辅助量程为10％、75％、80％、100％、120％组合的26档量程。这26档量程输出加到多量程电流互感器的原端，为被测DL—20C系列电流继电器提供激励电流，在互感器的副端接有电流表用以显示副端电流值。然后再接一级互感器得到O1A的电流输出，作为5Ω采样电阻的采样电流，用作被测继电器的电流动作值，返回值的输入电流。

2.2 模拟测试电路
    模拟测试电路是为测试继电器动作值极限误差、动作值一致性及返回系数而设计的。测试装置每次可对1—16台继电器参数进行测试。电路由模拟开关，交直流转换器、ADC转换器等构成。
    从动作值极限误差，动作值一致性及返回系数定义不难看出，对于这几个参数的检测，实际上都是通过对动作值和返回值的测量来实现的。因为动作值和返回值均为模拟量，因此为了实现动作值和返回值的测量而设计了由放大器、I—V转换器、多路选择开关CC4053，交直流转换器AD536、模数转换器AD574A等构成的模拟测试电路，电路原理如图3所示。
    对电流和过电压继电器来说，动作值是指当电流或电压逐渐增加，所有触点达到工作位置时的最小值。返回值是指当电流或电压逐渐减少，所有触点恢复到非工作位置时的最大值。对低电压继电器来说，动作值是指当电压逐渐减少，所有触点达到工作位置时的最大值。返回值是指当电压逐渐增加，所有触点恢复到非工作位置时的最小值。
    对各种当不同型号的电流继电器所规定的整定点进行测试时，只需将电流互感器CT输出的0—0.1A范围内的电流经采样电阻变成0—0.5V的电压(采样电阻采用5锰铜线绕式电阻)。
    实现电流—电压转换，转换后的电压信号经10倍放大后送4053的X1端，此时微机发出控制信号使CC4053的A端为高电平，选通X1，使电流信号通过4053送至AD536转换成直流信号，最后经AD574A转换成数字信号存入微机并由微机将所有测量结果显示、打印。为了提高测量准确度，减少数字信号对模拟信号间由于寄生耦合造成的干扰，CPU系统与模拟电路之间的每一衔接，均采用光电耦合器使之有效隔离。

2.3 数字测试电路
    数字测试电路是为了测试动作时间和抖动时间面设计的，由于继电器内部结构同所用逻辑器件不同。因此根据DL(DY)—20C系列继电器的内部结构设计出合理的逻辑电路，配合微机系统内部时钟进行计时，从而测出继电器的动作时间并判断抖动时间是否小于7ms，从而确定继电器的动作可靠性及过电流、过电压能力是否合格。
    根据继电器的五种不同结构及继电器动作时间的定义分别设计出相应的动作时间测试电路。这五种电路的共同特点是从继电器施加激励量开始，程序设计使CPU读取计算机内部定时器的时间作为起始时间。直到继电器所有动合触点闭合或动断触点断开为止，再次读取内部定时器的时间作为终止时间，终止时间与起始时间之差即为一次动作时间。电磁继电器动合触点和动断触点的不同组合有五种结构方式。所以数字电路设计时应满足不论哪种形式的触点，只要触点动作就应微机的计数器停止计时，并再次读取计算机内部定时器的时间作为终止时间，因此逻辑电路设计时应考虑对不同触点方式应具有统一的逻辑关系，本着这个原则设计出一个常开触点、一个常闭触点、两个常开触点、两个常闭触点、一个常闭和一个常开五种不同的测试电路。
        7ms抖动时间检测电路是在动作时间测试电路基础上加上一个74HC393计数器和一个7ms时基发生器及一个缓冲器，即构成了7ms检测电路，它具有各自独立的时钟输入，含有清零端和时钟输入端，当计数器满度时其值为256。此时各位均置“1”，而当只有最高位为“1”，其它位为“0”时，计数器值为128，因此，如果以最高位做为判断位时，如果CPU始终监测393的最高位，一旦最高位为“1”则表明计数器计数值为128，否则不足128，为达到对7ms时间的判断目的，即可以周期为7ms／128的时钟脉冲作为74HC393的时钟转入，因为此时，如果输入脉冲个数一旦等于128个时，计数器的最高位置“1”其余位为“0”，  那么此时计数器所计时间就为T=7ms／128*128=7ms。若输入脉冲少于128个，最高位始终置“0”，那么计数器所计时间T<7ms。因此当128*10.3／7Hz的时钟脉冲做为393的时钟脉冲时，以最高位置“1”否，即可判断计数器计数时间是否大于7ms。据此，当继电器动合触点闭合后，或动断触点断开后，此时因为反相三态门，正向三态门输出都为“1”。此计数器的R端为“1”，使计数器清零并开始计数，当继电器触点有抖动时，闭合触点断开，此时计数器R端为“0”，停止计数。如果抖动时间小于7ms，其计数器计数不足128，最高位始终为零，当抖动大于7ms时，计数器计数大于128，最高位输出“1”。此间CPU通过接口电路对其最高位不断地执行读操作，只要有“1”读出，就说明触点的抖动时间大于7ms，该继电器的过电流(电压)能力或动作可靠性为不合格，否则为合格。

3 结束语
        DL(DY)—20C系列电流(电压)继电器微机检测装置采用PC机控制，该装置原理先进，性能可靠，在数字电路中通过STA、STB的控制使继电器动作时间的测试统一了逻辑关系。7ms抖动时间检测电路解决了抖动时间无法检测的难题。因此该装置不但确保了继电器的产品质量，而且极大的提高了劳动生产率。

参考文献：

［１］许吉生．数字式继电器电气性能测试方法［Ｍ］，1994
［２］李刚．现代仪器电路［Ｍ］，2000
［３］张晓冰．电磁继电器电气参数自动检测装置的研究［Ｍ］，1999