電流(電壓)電磁繼電器微機(jī)檢測(cè)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(jī)檢測(cè)裝置的主要功能和工作原理。該裝置綜合應(yīng)用了模擬數(shù)字電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)解決了電流、電壓電磁繼電器按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出廠試驗(yàn)全部電氣參數(shù)的檢測(cè)，并使之過程自動(dòng)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(dòng)作可靠性測(cè)試項(xiàng)目中動(dòng)合觸點(diǎn)抖動(dòng)時(shí)間的測(cè)試。
關(guān)鍵詞：繼電器 自動(dòng)檢測(cè) 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(yīng)用于工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、軍事、空間技術(shù)及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，作為遙控、遙測(cè)、通訊、檢測(cè)、保護(hù)等自動(dòng)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(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，相應(yīng)地對(duì)繼電器的高性能、長(zhǎng)壽命、高可靠性等方面的要求越來越高。因此，對(duì)繼電器的測(cè)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(cè)許多參數(shù)，包括機(jī)械參數(shù)和電氣參數(shù)等。對(duì)于機(jī)械參數(shù)、絕緣檢驗(yàn)及繼電器的可靠性、壽命等，如果使用微機(jī)測(cè)試裝置進(jìn)行逐臺(tái)測(cè)試花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，效率低?？梢愿挠梦C(jī)控制的繼電器測(cè)試裝置，該裝置用PC機(jī)控制，可以測(cè)試DL—20C系列、DY—20C系列兩種類型70多種型號(hào)的繼電器。
2 硬件電路設(shè)計(jì)?
硬件電路是本微機(jī)檢測(cè)裝置的核心部分，它決定了該裝置的測(cè)量準(zhǔn)確度，它由模擬信號(hào)源、模擬測(cè)試電路、數(shù)字測(cè)試電路、顯示、打印部分等組成。?
2.1 模擬信號(hào)電源?
模擬信號(hào)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?yàn)殡妷涸词菫槔^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(cè)量范圍大又需連續(xù)可調(diào)，因此將電壓源設(shè)計(jì)成基本量程14個(gè)檔，電壓從12V到400V連續(xù)可調(diào)，這14個(gè)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(gè)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(jí)自耦變壓器粗調(diào)后輸送到第Ⅱ級(jí)自耦變壓器進(jìn)行細(xì)調(diào)，再將其中一部分輸送下一級(jí)細(xì)調(diào)變壓器以便提高電壓的調(diào)節(jié)細(xì)度。第Ⅱ級(jí)自耦變壓器輸出電壓和細(xì)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(gè)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(cè)DY—20C系列電壓繼電器提供激勵(lì)電壓，互感器的副端輸出電壓作為硬件測(cè)試電路的被測(cè)電壓，即為繼電器動(dòng)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(jí)互感器副端接有監(jiān)測(cè)電壓表，用以顯示電壓值，伏特表量程按超量程25％設(shè)計(jì)，因此伏特表按過載125％刻度，滿量程刻度為12.5V。
因?yàn)槟M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?yàn)殡娏髟礈y(cè)量范圍大又需連續(xù)可調(diào)節(jié)，因此將電流源設(shè)計(jì)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(gè)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(jí)自耦變壓器粗調(diào)后輸送到第Ⅱ級(jí)自耦變壓器進(jìn)行細(xì)調(diào)，再將其中一部分輸送給下一級(jí)細(xì)調(diào)變壓器以便提高電流調(diào)節(jié)細(xì)度，第Ⅱ級(jí)自耦變壓器和細(xì)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(shí)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(cè)DL—20C系列電流繼電器提供激勵(lì)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(jí)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(cè)繼電器的電流動(dòng)作值，返回值的輸入電流。

2.2 模擬測(cè)試電路
模擬測(cè)試電路是為測(cè)試?yán)^電器動(dòng)作值極限誤差、動(dòng)作值一致性及返回系數(shù)而設(shè)計(jì)的。測(cè)試裝置每次可對(duì)1—16臺(tái)繼電器參數(shù)進(jìn)行測(cè)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(dòng)作值極限誤差，動(dòng)作值一致性及返回系數(shù)定義不難看出，對(duì)于這幾個(gè)參數(shù)的檢測(cè)，實(shí)際上都是通過對(duì)動(dòng)作值和返回值的測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閯?dòng)作值和返回值均為模擬量，因此為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作值和返回值的測(cè)量而設(shè)計(jì)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(cè)試電路，電路原理如圖3所示。
對(duì)電流和過電壓繼電器來說，動(dòng)作值是指當(dāng)電流或電壓逐漸增加，所有觸點(diǎn)達(dá)到工作位置時(shí)的最小值。返回值是指當(dāng)電流或電壓逐漸減少，所有觸點(diǎn)恢復(fù)到非工作位置時(shí)的最大值。對(duì)低電壓繼電器來說，動(dòng)作值是指當(dāng)電壓逐漸減少，所有觸點(diǎn)達(dá)到工作位置時(shí)的最大值。返回值是指當(dāng)電壓逐漸增加，所有觸點(diǎn)恢復(fù)到非工作位置時(shí)的最小值。
對(duì)各種當(dāng)不同型號(hào)的電流繼電器所規(guī)定的整定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，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(shí)現(xiàn)電流—電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)經(jīng)10倍放大后送4053的X1端，此時(shí)微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)使CC4053的A端為高電平，選通X1，使電流信號(hào)通過4053送至AD536轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，最后經(jīng)AD574A轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存入微機(jī)并由微機(jī)將所有測(cè)量結(jié)果顯示、打印。為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，減少數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)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(cè)試電路
數(shù)字測(cè)試電路是為了測(cè)試動(dòng)作時(shí)間和抖動(dòng)時(shí)間面設(shè)計(jì)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(jì)出合理的邏輯電路，配合微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)，從而測(cè)出繼電器的動(dòng)作時(shí)間并判斷抖動(dòng)時(shí)間是否小于7ms，從而確定繼電器的動(dòng)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(dòng)作時(shí)間的定義分別設(shè)計(jì)出相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間測(cè)試電路。這五種電路的共同特點(diǎn)是從繼電器施加激勵(lì)量開始，程序設(shè)計(jì)使CPU讀取計(jì)算機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的時(shí)間作為起始時(shí)間。直到繼電器所有動(dòng)合觸點(diǎn)閉合或動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開為止，再次讀取內(nèi)部定時(shí)器的時(shí)間作為終止時(shí)間，終止時(shí)間與起始時(shí)間之差即為一次動(dòng)作時(shí)間。電磁繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)的不同組合有五種結(jié)構(gòu)方式。所以數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足不論哪種形式的觸點(diǎn)，只要觸點(diǎn)動(dòng)作就應(yīng)微機(jī)的計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，并再次讀取計(jì)算機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的時(shí)間作為終止時(shí)間，因此邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)不同觸點(diǎn)方式應(yīng)具有統(tǒng)一的邏輯關(guān)系，本著這個(gè)原則設(shè)計(jì)出一個(gè)常開觸點(diǎn)、一個(gè)常閉觸點(diǎn)、兩個(gè)常開觸點(diǎn)、兩個(gè)常閉觸點(diǎn)、一個(gè)常閉和一個(gè)常開五種不同的測(cè)試電路。
7ms抖動(dòng)時(shí)間檢測(cè)電路是在動(dòng)作時(shí)間測(cè)試電路基礎(chǔ)上加上一個(gè)74HC393計(jì)數(shù)器和一個(gè)7ms時(shí)基發(fā)生器及一個(gè)緩沖器，即構(gòu)成了7ms檢測(cè)電路，它具有各自獨(dú)立的時(shí)鐘輸入，含有清零端和時(shí)鐘輸入端，當(dāng)計(jì)數(shù)器滿度時(shí)其值為256。此時(shí)各位均置“1”，而當(dāng)只有最高位為“1”，其它位為“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器值為128，因此，如果以最高位做為判斷位時(shí)，如果CPU始終監(jiān)測(cè)393的最高位，一旦最高位為“1”則表明計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為128，否則不足128，為達(dá)到對(duì)7ms時(shí)間的判斷目的，即可以周期為7ms／128的時(shí)鐘脈沖作為74HC393的時(shí)鐘轉(zhuǎn)入，因?yàn)榇藭r(shí)，如果輸入脈沖個(gè)數(shù)一旦等于128個(gè)時(shí)，計(jì)數(shù)器的最高位置“1”其余位為“0”， 那么此時(shí)計(jì)數(shù)器所計(jì)時(shí)間就為T=7ms／128*128=7ms。若輸入脈沖少于128個(gè)，最高位始終置“0”，那么計(jì)數(shù)器所計(jì)時(shí)間Tlt;7ms。因此當(dāng)128*10.3／7Hz的時(shí)鐘脈沖做為393的時(shí)鐘脈沖時(shí)，以最高位置“1”否，即可判斷計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間是否大于7ms。據(jù)此，當(dāng)繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)閉合后，或動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開后，此時(shí)因?yàn)榉聪嗳龖B(tài)門，正向三態(tài)門輸出都為“1”。此計(jì)數(shù)器的R端為“1”，使計(jì)數(shù)器清零并開始計(jì)數(shù)，當(dāng)繼電器觸點(diǎn)有抖動(dòng)時(shí)，閉合觸點(diǎn)斷開，此時(shí)計(jì)數(shù)器R端為“0”，停止計(jì)數(shù)。如果抖動(dòng)時(shí)間小于7ms，其計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不足128，最高位始終為零，當(dāng)抖動(dòng)大于7ms時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)大于128，最高位輸出“1”。此間CPU通過接口電路對(duì)其最高位不斷地執(zhí)行讀操作，只要有“1”讀出，就說明觸點(diǎn)的抖動(dòng)時(shí)間大于7ms，該繼電器的過電流(電壓)能力或動(dòng)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(jī)檢測(cè)裝置采用PC機(jī)控制，該裝置原理先進(jìn)，性能可靠，在數(shù)字電路中通過STA、STB的控制使繼電器動(dòng)作時(shí)間的測(cè)試統(tǒng)一了邏輯關(guān)系。7ms抖動(dòng)時(shí)間檢測(cè)電路解決了抖動(dòng)時(shí)間無法檢測(cè)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(dòng)生產(chǎn)率。

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