小型繼電器的線圈測試裝置研究

錢永亮

（云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000）

1 繼電器

繼電器是自動開關裝置，依據外部輸入信號（如電壓、電流、非電、時間、速度和熱量等）控制電路的關閉或開啟狀態，且控制電路常與觸點相連。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]。根據工作原理可以劃分成電磁、感應、熱繼電器、機械、電氣和電子繼電器。電力驅動系統中，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，經過機械組件的相對運作，生成特定反應動作的電器，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，判斷線圈是否出現開路現象。

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。經過查看線圈的直流電阻，能夠推斷繼電器是否穩定運轉。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，這種方法不易發現問題。

3 判斷繼電器的觸點

應用萬用表的R×1歐姆檔檢查繼電器觸點的接觸電阻。將測試引線分別連接常閉觸點的兩個引腳，此時電阻值應為0 Ω；將測試引線連接常開觸點的兩個引腳，此時電阻值應為∞。給繼電器通電，使電樞移動，將常閉轉到開路，將常開轉到閉合。采用上述方法檢測，電阻值與初始測量值正好相反，表明觸點良好。如果觸點閉合，則測量電阻值，觸點打開時電阻值不是∞，表示觸點有問題，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。線圈應擁有較低的電阻值，否則線圈開路，繼電器出現故障。其次，查看繼電器的常閉與常開觸點。電阻值的常閉觸點應接近零（＜1 Ω），常開觸點電阻無限高。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，之后測量常閉常開觸點是否處于互換狀態，或者直接把線圈聯接到線圈的運轉電壓，保證繼電器有電，測量繼電器的兩個接觸狀態是否發生變化[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鍵指數，基于上、下位機方式和ARM技術，研究了一種ARM Correx—M3芯片、STM32F103ZET6單片機控制的電磁繼電器整體指數檢測裝置。經過該裝置，能夠隨時觀察轉換、動斷與動合型直流繼電器的釋放時段、線圈電阻、吸合時間、觸點接觸電阻、最高釋放電壓和最低吸合電壓等相關數據。

4.1 系統硬件部分

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

4.2 微系統處理器

該系統由監測和顯示控制設備構成。本器件的設計流程中，借助發達的ARM皮質芯片，其集成了512 kB的FLASH和64 kB的RAM，具有計算速度高、體積小、功耗小的特征，符合行業設計的相關標準。Cortex—M3應用的是Tail—Chaining中斷科技，是32位的核，最大能夠降低12 h的時長數，可通過參考硬件擴展中斷控制，且大多數中斷能夠降低70%。此外，Cortex-M3借助了科學的單線技術實現獨立的管腳測試。

4.3 系統運轉過程

系統上電后，第一步是初始化每個寄存器的擴展，第二步是等待指令繼續啟動，第三步是單擊主機界面上的開始界面，之后借助主機向單片機發送啟動監控命令。單片機接收到啟動指令后，可向檢測電路輸送檢測指令，針對檢測電路傳回的數據，單片機進行逐項檢查，取得繼電器的各種數據后，經過串口推動，將數據值呈現于上位機的界面。系統總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構

4.4 驅動電壓設計

驅動電壓設計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量的電壓源。單次提高的電壓越低，數據越科學，但所需電路越復雜。因此，必須根據客觀實際需要找到一個平衡點。驅動電壓設計如圖2所示。

圖2 驅動電壓設計

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 綜合交換網設計

運用繼電器的開關工作原理實現裝置系統的綜合交換網絡。借助單片機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展。調試釋放或拉入電壓的過程中，ARM皮層提供的監測信息是釋放或拉入電壓的命令。按照命令將綜合交換網切換到程序側，XQ1I連接到被測繼電器觸點的端部。針對目前單片機I/O驅動系數不理想的情況，采用ULN2003作為繼電器的驅動芯片。ULN2003運轉電壓值大，運轉電流高，灌電流高達500 mA，而且可以承擔50 V的電壓，輸出能夠在大負載電流下運轉。集成切換網絡的實現圖如圖3所示。

圖3 集成切換網絡

4.6 系統軟件

該裝置的系統軟件由STM32微處理器控制與上位機程序組成。由于下位機軟件需借助C語言進行設計，因此需在C語言編程環境中完成，同時借助J-Link接口測試策略，以IAR系統作為下位機的控制端口開發平臺。系統軟件設計圖如圖4所示。

圖4 系統軟件設計

4.7 裝置的功能

本裝置的功能體現在能夠測試單、雙線圈磁繼電器，是一種能夠在檢測單線圈和雙線圈磁時，保持繼電器的分斷、移動、開關線圈、接觸電阻、環境溫度、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的智能檢測裝置。本裝置單次測試數量高達一個4組轉換的繼電器，擁有快速與精確測試等功能。當快速測試時，以“PASS”（合格）與“FAIL”（不合格）字樣展示被測繼電器的質量合格情況。當準確測試時，能夠在系統機的CRT上展示多項測量結果與統計圖型，并且具有測量環境溫度，將線圈電阻值轉變成在20 ℃時值的功能。

4.7.1 裝置規格

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

4.7.2 裝置運轉環境

電源供電是市電單相220 kV，功耗＜30 VA；環境溫度應保持在10～35 ℃；相對濕度要低于80%。裝置應水平放置在無塵、無振動、無酸堿污染以及無強磁場干擾的環境。裝置不運轉時，應逐月通電一次，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。單次最大能測試一個4組轉換的繼電器，可采用快速或精確測試模式。快速測試時利用指數比較方式，精準測試時可以測試并展示各種詳細數值。裝配軟件后，能夠儲存于計算機的磁盤存儲器，供數據查閱應用。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，能夠連接計算機。

4.7.4 裝置主要技術指標

線圈電阻測試的測試條件，即測試電流＜15 mA。當電阻值處于409～4 095 Ω時，分辨率為1 Ω，測量誤差為±1%；當電阻值處于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 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狀，研究開發了一種小型繼電器線圈測試裝置。通過考評和實踐樣品，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，應用效益良好，運用前景廣闊。