小型继电器的线圈测试装置研究

钱永亮

（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663000）

1 继电器

继电器是自动开关装置，依据外部输入信号（如电压、电流、非电、时间、速度和热量等）控制电路的关闭或开启状态，且控制电路常与触点相连。继电器的种类非常多，按照输入信号的差异，可划分成电压、电流、时间、热、速度以及压力继电器[1]。根据工作原理可以划分成电磁、感应、热继电器、机械、电气和电子继电器。电力驱动系统中，使用最广泛的是电磁继电器。电磁继电器指在输入电磁线圈的电流推动下，经过机械组件的相对运作，生成特定反应动作的电器，大多涉及交流电磁、直流电磁、磁保持以及簧片继电器等[2]。基于万用表R×10欧姆档，测量继电器线圈的电阻值，判断线圈是否出现开路现象。

2 判断继电器的线圈

继电器的类型不同，线圈的直流电阻也存在差异。经过查看线圈的直流电阻，能够推断继电器是否稳定运转。查看途径是利用万用表的欧姆档，范围可按照继电器的额定值或者线圈的额定电压进行判断。额定电压越大，电阻值越高[3]。欧姆档通常选择R×100齿轮或R×1k齿轮。两个测试引线分别连接线圈的两个引脚，如果测得的电阻值与标称值基本相同，则线圈良好。例如，电阻值为∞，表示线圈开路。如果线圈部分短路，这种方法不易发现问题。

3 判断继电器的触点

应用万用表的R×1欧姆档检查继电器触点的接触电阻。将测试引线分别连接常闭触点的两个引脚，此时电阻值应为0 Ω；将测试引线连接常开触点的两个引脚，此时电阻值应为∞。给继电器通电，使电枢移动，将常闭转到开路，将常开转到闭合。采用上述方法检测，电阻值与初始测量值正好相反，表明触点良好。如果触点闭合，则测量电阻值，触点打开时电阻值不是∞，表示触点有问题，需检测后再使用。

利用万用表和欧姆表，首先查看继电器线圈。线圈应拥有较低的电阻值，否则线圈开路，继电器出现故障。其次，查看继电器的常闭与常开触点。电阻值的常闭触点应接近零（＜1 Ω），常开触点电阻无限高。最后，查看继电器是否可以使用手动方法推动吸入部分。如果可以推动，则保持继电器吸入部分处于动作状态，之后测量常闭常开触点是否处于互换状态，或者直接把线圈联接到线圈的运转电压，保证继电器有电，测量继电器的两个接触状态是否发生变化[4]。

4 小型继电器的线圈测试装置

针对目前市场上一些继电器参数检测仪器存在的不足，为了可以正确收集电磁继电器的吸合电压等关键指数，基于上、下位机方式和ARM技术，研究了一种ARM Correx—M3芯片、STM32F103ZET6单片机控制的电磁继电器整体指数检测装置。经过该装置，能够随时观察转换、动断与动合型直流继电器的释放时段、线圈电阻、吸合时间、触点接触电阻、最高释放电压和最低吸合电压等相关数据。

4.1 系统硬件部分

系统硬件部分由UART串行通信、JTAG接口、检测信息显示、测试程序存储、闪存、监控电路以及SRAM板组成。

4.2 微系统处理器

该系统由监测和显示控制设备构成。本器件的设计流程中，借助发达的ARM皮质芯片，其集成了512 kB的FLASH和64 kB的RAM，具有计算速度高、体积小、功耗小的特征，符合行业设计的相关标准。Cortex—M3应用的是Tail—Chaining中断科技，是32位的核，最大能够降低12 h的时长数，可通过参考硬件扩展中断控制，且大多数中断能够降低70%。此外，Cortex-M3借助了科学的单线技术实现独立的管脚测试。

4.3 系统运转过程

系统上电后，第一步是初始化每个寄存器的扩展，第二步是等待指令继续启动，第三步是单击主机界面上的开始界面，之后借助主机向单片机发送启动监控命令。单片机接收到启动指令后，可向检测电路输送检测指令，针对检测电路传回的数据，单片机进行逐项检查，取得继电器的各种数据后，经过串口推动，将数据值呈现于上位机的界面。系统总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构

4.4 驱动电压设计

驱动电压设计为了获得继电器的确切吸合电压，即必须有一个从零上升到一定数量的电压源。单次提高的电压越低，数据越科学，但所需电路越复杂。因此，必须根据客观实际需要找到一个平衡点。驱动电压设计如图2所示。

图2 驱动电压设计

TL431是TLC5615的2.5 V参考电压源，DA_DIN是串行值汇入接口，DA_CS是小电平稳定芯片选择信号汇入接口，DA_SCK是串行时钟汇入接口，DOUT用于串行汇入接口，输出是DAC模拟电压汇入接口，输入是模拟信息。

4.5 综合交换网设计

运用继电器的开关工作原理实现装置系统的综合交换网络。借助单片机的多种命令操控继电器的闭合，可以在多种测试电路中自由扩展。调试释放或拉入电压的过程中，ARM皮层提供的监测信息是释放或拉入电压的命令。按照命令将综合交换网切换到程序侧，XQ1I连接到被测继电器触点的端部。针对目前单片机I/O驱动系数不理想的情况，采用ULN2003作为继电器的驱动芯片。ULN2003运转电压值大，运转电流高，灌电流高达500 mA，而且可以承担50 V的电压，输出能够在大负载电流下运转。集成切换网络的实现图如图3所示。

图3 集成切换网络

4.6 系统软件

该装置的系统软件由STM32微处理器控制与上位机程序组成。由于下位机软件需借助C语言进行设计，因此需在C语言编程环境中完成，同时借助J-Link接口测试策略，以IAR系统作为下位机的控制端口开发平台。系统软件设计图如图4所示。

图4 系统软件设计

4.7 装置的功能

本装置的功能体现在能够测试单、双线圈磁继电器，是一种能够在检测单线圈和双线圈磁时，保持继电器的分断、移动、开关线圈、接触电阻、环境温度、动作（感动）与释放电压、同步差、动作与释放时间以及动作与释放回跳时间等指数的智能检测装置。本装置单次测试数量高达一个4组转换的继电器，拥有快速与精确测试等功能。当快速测试时，以“PASS”（合格）与“FAIL”（不合格）字样展示被测继电器的质量合格情况。当准确测试时，能够在系统机的CRT上展示多项测量结果与统计图型，并且具有测量环境温度，将线圈电阻值转变成在20 ℃时值的功能。

4.7.1 装置规格

本装置利用微机特用机箱综合构造，外形尺寸是420 mm×440 mm×180 mm，重量小于15 kg（不包括计算机）。

4.7.2 装置运转环境

电源供电是市电单相220 kV，功耗＜30 VA；环境温度应保持在10～35 ℃；相对湿度要低于80%。装置应水平放置在无尘、无振动、无酸碱污染以及无强磁场干扰的环境。装置不运转时，应逐月通电一次，且停电时间不能少于1 h。

4.7.3 装置主要功能

本装置主要测试动断、转换、动合型电磁继电器、单、双线圈磁保持继电器的线圈、接触电阻、动作与释放电压，动作与释放时间、同步差、动作（感动）回跳时间以及释放回跳时间等重要指数。单次最大能测试一个4组转换的继电器，可采用快速或精确测试模式。快速测试时利用指数比较方式，精准测试时可以测试并展示各种详细数值。装配软件后，能够储存于计算机的磁盘存储器，供数据查阅应用。快速测试时，单个继电器的测试时长少于3 s，包含电脑时精确测试时长少于2.5 s，具有RS232通信接口，能够连接计算机。

4.7.4 装置主要技术指标

线圈电阻测试的测试条件，即测试电流＜15 mA。当电阻值处于409～4 095 Ω时，分辨率为1 Ω，测量误差为±1%；当电阻值处于4 090～16 380 Ω时，分辨率为10 Ω，测量误差为±1%。接触电阻测试的测试条件如下。6 V DC、10 mA时的测量范围：0～200 mΩ，电压误差±5%，电流误差±1%，测量误差±1%±0.1 mΩ；6 V DC、100 mA时的测量范围：0～200 mΩ，电压误差±5%，电流误差±1%，测量误差±1%±0.1 mΩ；12 V DC、10 A时测量范围：0～200 mV，电压误差±5%，电流误差±1%，测量误差±1%±0.1 mΩ。

5 结 论

本文针对目前继保工作中继电器线圈功率测试不足的现状，研究开发了一种小型继电器线圈测试装置。通过考评和实践样品，得出该装置满足测试的记录和存储需求，能够有效提升工作效率，应用效益良好，运用前景广阔。