小型繼電器的線圈測試裝置研究

錢永亮

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000）

1 繼電器

繼電器是自動開關(guān)裝置，依據(jù)外部輸入信號（如電壓、電流、非電、時間、速度和熱量等）控制電路的關(guān)閉或開啟狀態(tài)，且控制電路常與觸點(diǎn)相連。繼電器的種類非常多，按照輸入信號的差異，可劃分成電壓、電流、時間、熱、速度以及壓力繼電器[1]。根據(jù)工作原理可以劃分成電磁、感應(yīng)、熱繼電器、機(jī)械、電氣和電子繼電器。電力驅(qū)動系統(tǒng)中，使用最廣泛的是電磁繼電器。電磁繼電器指在輸入電磁線圈的電流推動下，經(jīng)過機(jī)械組件的相對運(yùn)作，生成特定反應(yīng)動作的電器，大多涉及交流電磁、直流電磁、磁保持以及簧片繼電器等[2]。基于萬用表R×10歐姆檔，測量繼電器線圈的電阻值，判斷線圈是否出現(xiàn)開路現(xiàn)象。

2 判斷繼電器的線圈

繼電器的類型不同，線圈的直流電阻也存在差異。經(jīng)過查看線圈的直流電阻，能夠推斷繼電器是否穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。查看途徑是利用萬用表的歐姆檔，范圍可按照繼電器的額定值或者線圈的額定電壓進(jìn)行判斷。額定電壓越大，電阻值越高[3]。歐姆檔通常選擇R×100齒輪或R×1k齒輪。兩個測試引線分別連接線圈的兩個引腳，如果測得的電阻值與標(biāo)稱值基本相同，則線圈良好。例如，電阻值為∞，表示線圈開路。如果線圈部分短路，這種方法不易發(fā)現(xiàn)問題。

3 判斷繼電器的觸點(diǎn)

應(yīng)用萬用表的R×1歐姆檔檢查繼電器觸點(diǎn)的接觸電阻。將測試引線分別連接常閉觸點(diǎn)的兩個引腳，此時電阻值應(yīng)為0 Ω；將測試引線連接常開觸點(diǎn)的兩個引腳，此時電阻值應(yīng)為∞。給繼電器通電，使電樞移動，將常閉轉(zhuǎn)到開路，將常開轉(zhuǎn)到閉合。采用上述方法檢測，電阻值與初始測量值正好相反，表明觸點(diǎn)良好。如果觸點(diǎn)閉合，則測量電阻值，觸點(diǎn)打開時電阻值不是∞，表示觸點(diǎn)有問題，需檢測后再使用。

利用萬用表和歐姆表，首先查看繼電器線圈。線圈應(yīng)擁有較低的電阻值，否則線圈開路，繼電器出現(xiàn)故障。其次，查看繼電器的常閉與常開觸點(diǎn)。電阻值的常閉觸點(diǎn)應(yīng)接近零（＜1 Ω），常開觸點(diǎn)電阻無限高。最后，查看繼電器是否可以使用手動方法推動吸入部分。如果可以推動，則保持繼電器吸入部分處于動作狀態(tài)，之后測量常閉常開觸點(diǎn)是否處于互換狀態(tài)，或者直接把線圈聯(lián)接到線圈的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓，保證繼電器有電，測量繼電器的兩個接觸狀態(tài)是否發(fā)生變化[4]。

4 小型繼電器的線圈測試裝置

針對目前市場上一些繼電器參數(shù)檢測儀器存在的不足，為了可以正確收集電磁繼電器的吸合電壓等關(guān)鍵指數(shù)，基于上、下位機(jī)方式和ARM技術(shù)，研究了一種ARM Correx—M3芯片、STM32F103ZET6單片機(jī)控制的電磁繼電器整體指數(shù)檢測裝置。經(jīng)過該裝置，能夠隨時觀察轉(zhuǎn)換、動斷與動合型直流繼電器的釋放時段、線圈電阻、吸合時間、觸點(diǎn)接觸電阻、最高釋放電壓和最低吸合電壓等相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.1 系統(tǒng)硬件部分

系統(tǒng)硬件部分由UART串行通信、JTAG接口、檢測信息顯示、測試程序存儲、閃存、監(jiān)控電路以及SRAM板組成。

4.2 微系統(tǒng)處理器

該系統(tǒng)由監(jiān)測和顯示控制設(shè)備構(gòu)成。本器件的設(shè)計(jì)流程中，借助發(fā)達(dá)的ARM皮質(zhì)芯片，其集成了512 kB的FLASH和64 kB的RAM，具有計(jì)算速度高、體積小、功耗小的特征，符合行業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。Cortex—M3應(yīng)用的是Tail—Chaining中斷科技，是32位的核，最大能夠降低12 h的時長數(shù)，可通過參考硬件擴(kuò)展中斷控制，且大多數(shù)中斷能夠降低70%。此外，Cortex-M3借助了科學(xué)的單線技術(shù)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的管腳測試。

4.3 系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程

系統(tǒng)上電后，第一步是初始化每個寄存器的擴(kuò)展，第二步是等待指令繼續(xù)啟動，第三步是單擊主機(jī)界面上的開始界面，之后借助主機(jī)向單片機(jī)發(fā)送啟動監(jiān)控命令。單片機(jī)接收到啟動指令后，可向檢測電路輸送檢測指令，針對檢測電路傳回的數(shù)據(jù)，單片機(jī)進(jìn)行逐項(xiàng)檢查，取得繼電器的各種數(shù)據(jù)后，經(jīng)過串口推動，將數(shù)據(jù)值呈現(xiàn)于上位機(jī)的界面。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

4.4 驅(qū)動電壓設(shè)計(jì)

驅(qū)動電壓設(shè)計(jì)為了獲得繼電器的確切吸合電壓，即必須有一個從零上升到一定數(shù)量的電壓源。單次提高的電壓越低，數(shù)據(jù)越科學(xué)，但所需電路越復(fù)雜。因此，必須根據(jù)客觀實(shí)際需要找到一個平衡點(diǎn)。驅(qū)動電壓設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 驅(qū)動電壓設(shè)計(jì)

TL431是TLC5615的2.5 V參考電壓源，DA_DIN是串行值匯入接口，DA_CS是小電平穩(wěn)定芯片選擇信號匯入接口，DA_SCK是串行時鐘匯入接口，DOUT用于串行匯入接口，輸出是DAC模擬電壓匯入接口，輸入是模擬信息。

4.5 綜合交換網(wǎng)設(shè)計(jì)

運(yùn)用繼電器的開關(guān)工作原理實(shí)現(xiàn)裝置系統(tǒng)的綜合交換網(wǎng)絡(luò)。借助單片機(jī)的多種命令操控繼電器的閉合，可以在多種測試電路中自由擴(kuò)展。調(diào)試釋放或拉入電壓的過程中，ARM皮層提供的監(jiān)測信息是釋放或拉入電壓的命令。按照命令將綜合交換網(wǎng)切換到程序側(cè)，XQ1I連接到被測繼電器觸點(diǎn)的端部。針對目前單片機(jī)I/O驅(qū)動系數(shù)不理想的情況，采用ULN2003作為繼電器的驅(qū)動芯片。ULN2003運(yùn)轉(zhuǎn)電壓值大，運(yùn)轉(zhuǎn)電流高，灌電流高達(dá)500 mA，而且可以承擔(dān)50 V的電壓，輸出能夠在大負(fù)載電流下運(yùn)轉(zhuǎn)。集成切換網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)圖如圖3所示。

圖3 集成切換網(wǎng)絡(luò)

4.6 系統(tǒng)軟件

該裝置的系統(tǒng)軟件由STM32微處理器控制與上位機(jī)程序組成。由于下位機(jī)軟件需借助C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此需在C語言編程環(huán)境中完成，同時借助J-Link接口測試策略，以IAR系統(tǒng)作為下位機(jī)的控制端口開發(fā)平臺。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.7 裝置的功能

本裝置的功能體現(xiàn)在能夠測試單、雙線圈磁繼電器，是一種能夠在檢測單線圈和雙線圈磁時，保持繼電器的分?jǐn)?、移動、開關(guān)線圈、接觸電阻、環(huán)境溫度、動作（感動）與釋放電壓、同步差、動作與釋放時間以及動作與釋放回跳時間等指數(shù)的智能檢測裝置。本裝置單次測試數(shù)量高達(dá)一個4組轉(zhuǎn)換的繼電器，擁有快速與精確測試等功能。當(dāng)快速測試時，以“PASS”（合格）與“FAIL”（不合格）字樣展示被測繼電器的質(zhì)量合格情況。當(dāng)準(zhǔn)確測試時，能夠在系統(tǒng)機(jī)的CRT上展示多項(xiàng)測量結(jié)果與統(tǒng)計(jì)圖型，并且具有測量環(huán)境溫度，將線圈電阻值轉(zhuǎn)變成在20 ℃時值的功能。

4.7.1 裝置規(guī)格

本裝置利用微機(jī)特用機(jī)箱綜合構(gòu)造，外形尺寸是420 mm×440 mm×180 mm，重量小于15 kg（不包括計(jì)算機(jī)）。

4.7.2 裝置運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境

電源供電是市電單相220 kV，功耗＜30 VA；環(huán)境溫度應(yīng)保持在10～35 ℃；相對濕度要低于80%。裝置應(yīng)水平放置在無塵、無振動、無酸堿污染以及無強(qiáng)磁場干擾的環(huán)境。裝置不運(yùn)轉(zhuǎn)時，應(yīng)逐月通電一次，且停電時間不能少于1 h。

4.7.3 裝置主要功能

本裝置主要測試動斷、轉(zhuǎn)換、動合型電磁繼電器、單、雙線圈磁保持繼電器的線圈、接觸電阻、動作與釋放電壓，動作與釋放時間、同步差、動作（感動）回跳時間以及釋放回跳時間等重要指數(shù)。單次最大能測試一個4組轉(zhuǎn)換的繼電器，可采用快速或精確測試模式?？焖贉y試時利用指數(shù)比較方式，精準(zhǔn)測試時可以測試并展示各種詳細(xì)數(shù)值。裝配軟件后，能夠儲存于計(jì)算機(jī)的磁盤存儲器，供數(shù)據(jù)查閱應(yīng)用。快速測試時，單個繼電器的測試時長少于3 s，包含電腦時精確測試時長少于2.5 s，具有RS232通信接口，能夠連接計(jì)算機(jī)。

4.7.4 裝置主要技術(shù)指標(biāo)

線圈電阻測試的測試條件，即測試電流＜15 mA。當(dāng)電阻值處于409～4 095 Ω時，分辨率為1 Ω，測量誤差為±1%；當(dāng)電阻值處于4 090～16 380 Ω時，分辨率為10 Ω，測量誤差為±1%。接觸電阻測試的測試條件如下。6 V DC、10 mA時的測量范圍：0～200 mΩ，電壓誤差±5%，電流誤差±1%，測量誤差±1%±0.1 mΩ；6 V DC、100 mA時的測量范圍：0～200 mΩ，電壓誤差±5%，電流誤差±1%，測量誤差±1%±0.1 mΩ；12 V DC、10 A時測量范圍：0～200 mV，電壓誤差±5%，電流誤差±1%，測量誤差±1%±0.1 mΩ。

5 結(jié) 論

本文針對目前繼保工作中繼電器線圈功率測試不足的現(xiàn)狀，研究開發(fā)了一種小型繼電器線圈測試裝置。通過考評和實(shí)踐樣品，得出該裝置滿足測試的記錄和存儲需求，能夠有效提升工作效率，應(yīng)用效益良好，運(yùn)用前景廣闊。