電磁繼電器二次吸合電壓的研究和測量
1引言
電磁繼電器（本文中均指直流勵磁的電磁繼電器）由于其電磁機構與機械結構的特性，在閉合過程中，會出現(xiàn)兩次吸合的現(xiàn)象。當繼電器發(fā)生一次吸合時，動靜觸頭雖然已經(jīng)閉合,但閉合不緊密,容易受到外界干擾而發(fā)生誤動作。另外，繼電器觸頭的接觸電阻在一次吸合時遠遠大于二次吸合時的接觸電阻，大大削弱了繼電器的帶載能力。因此，二次吸合電壓是繼電器制造與應用中非常重要的一項電氣指標。
2二次吸合現(xiàn)象
當電磁繼電器線圈上電，隨勵磁線圈電流的增大，首先出現(xiàn)一次動靜觸頭的不實閉合（如圖1a），此時彈簧拉力、電磁引力和動觸頭彈簧片彈力達到平衡。隨著勵磁電流繼續(xù)增大到某一值，電磁力使連接動觸頭的簧片發(fā)生彈性變形，銜鐵繼續(xù)向電磁線圈鐵心移動并最大限度緊密接觸，形成的動靜觸頭的更可靠接觸，稱之為二次吸合。
當改變繼電器勵磁電壓時，使繼電器發(fā)生觸頭初次閉合時（不實閉合）的勵磁線圈兩端電壓稱為一次吸合電壓，發(fā)生二次吸合時的電壓稱為二次吸合電壓。以前,二次吸合電壓的測量只限于軍品，隨著對繼電器要求的提高,許多民用場合也要求標定電磁繼電器二次吸合電壓。因此,一些繼電器生產(chǎn)廠的企業(yè)內(nèi)部標準將繼電器二次吸合電壓作為出廠檢驗的考核指標之一。由河北工業(yè)大學電器研究所與廈門宏發(fā)電聲有限公司聯(lián)合研制的115F型繼電器自動檢測線中的第十工位為二次吸合電壓檢測工位。如圖2。
電磁繼電器（本文中均指直流勵磁的電磁繼電器）由于其電磁機構與機械結構的特性，在閉合過程中，會出現(xiàn)兩次吸合的現(xiàn)象。當繼電器發(fā)生一次吸合時，動靜觸頭雖然已經(jīng)閉合,但閉合不緊密,容易受到外界干擾而發(fā)生誤動作。另外，繼電器觸頭的接觸電阻在一次吸合時遠遠大于二次吸合時的接觸電阻，大大削弱了繼電器的帶載能力。因此，二次吸合電壓是繼電器制造與應用中非常重要的一項電氣指標。
2二次吸合現(xiàn)象
當電磁繼電器線圈上電，隨勵磁線圈電流的增大，首先出現(xiàn)一次動靜觸頭的不實閉合（如圖1a），此時彈簧拉力、電磁引力和動觸頭彈簧片彈力達到平衡。隨著勵磁電流繼續(xù)增大到某一值，電磁力使連接動觸頭的簧片發(fā)生彈性變形，銜鐵繼續(xù)向電磁線圈鐵心移動并最大限度緊密接觸，形成的動靜觸頭的更可靠接觸，稱之為二次吸合。
當改變繼電器勵磁電壓時，使繼電器發(fā)生觸頭初次閉合時（不實閉合）的勵磁線圈兩端電壓稱為一次吸合電壓，發(fā)生二次吸合時的電壓稱為二次吸合電壓。以前,二次吸合電壓的測量只限于軍品，隨著對繼電器要求的提高,許多民用場合也要求標定電磁繼電器二次吸合電壓。因此,一些繼電器生產(chǎn)廠的企業(yè)內(nèi)部標準將繼電器二次吸合電壓作為出廠檢驗的考核指標之一。由河北工業(yè)大學電器研究所與廈門宏發(fā)電聲有限公司聯(lián)合研制的115F型繼電器自動檢測線中的第十工位為二次吸合電壓檢測工位。如圖2。
PLC控制機械手將待檢測的繼電器放到檢測生產(chǎn)線，并控制傳送帶運行，到位后停車并向計算機發(fā)送檢測信號，計算機控制檢測設備檢測并紀錄數(shù)據(jù)，判斷是否合格，并將合格信號送到PLC，最后由PLC分檢合格與不合格產(chǎn)品。
3繼電器吸合時勵磁電流動態(tài)過程分析
直流勵磁繼電器的電磁機構主要是直流電磁鐵。當線圈中通入勵磁電流，電磁鐵回路中產(chǎn)生密集的磁通。該磁通作用于銜鐵，使銜鐵受到電磁吸力的作用而產(chǎn)生位移。圖3為直流電磁鐵簡易模型。
根據(jù)磁路歐姆定律：
Φ——磁通量，Rm——磁阻，l——磁路長度，μ——磁導率，S——磁路截面積，F(xiàn)=NI——安匝數(shù)
圖3電磁鐵磁路可分為3段，電磁鐵心、銜鐵和氣隙，磁阻
。繼電器閉合過程中，只有氣隙段磁路的長度改變，即Rmx,Rmt為常數(shù)， Rmq改變，其中
，μq為氣隙磁導系數(shù)。所以
隨著勵磁電壓的升高，繼電器勵磁電流的動態(tài)變化如下：
（1）當電磁鐵的電磁力增加到足以克服釋放彈簧拉力時，銜鐵快速向電磁鐵心移動，此時氣隙l迅速減小，使Rm減小，從而磁通量Φ增大，使
<0，勵磁電流i產(chǎn)生突降。如圖4ab段。（2）動觸頭與靜觸頭接觸，阻礙了銜鐵運動，氣隙不能繼續(xù)減小，
減小，勵磁電流又上升。如圖4bc段。（3）勵磁電流繼續(xù)增大，當電磁力足以克服釋放彈簧拉力與連接動觸頭的彈簧片彈力之和時，彈簧片彎曲，銜鐵繼續(xù)向電磁鐵移動，使勵磁電流又一次產(chǎn)生突降。如圖4cd段。
（4）銜鐵與鐵心緊密接觸，氣隙長度達最小值，
減小，勵磁電流上升，最終勵磁回路平衡，方程式變?yōu)閁=iR。如圖4de段。根據(jù)上述分析，繼電器的兩次吸合對應勵磁電流的兩次突然下降，通過檢測勵磁電流的兩次下降，可以檢測繼電器的二次吸合電壓。
4繼電器二次吸合電壓測量系統(tǒng)原理
本系統(tǒng)分為計算機、可調(diào)電源和信號處理電路三部分。可調(diào)電源的電壓輸出可由計算機控制。可調(diào)電源給繼電器勵磁線圈供電，通過檢流電路將電流信號轉換為電壓信號。電壓信號經(jīng)過信號處理電路處理。信號處理包括：信號放大,然后進行微分，使在電流下降處出現(xiàn)兩個脈沖，用電壓比較電路將脈沖標準化為數(shù)字脈沖，之后送到觸發(fā)保持電路將脈沖信號保持。用計算機控制可調(diào)電源，以一定速率給勵磁線圈線性加壓，同時監(jiān)視脈沖出現(xiàn)的時刻，記錄第二個脈沖出現(xiàn)時的電壓，此電壓值即為二次吸合電壓。系統(tǒng)框圖如圖5所示。
5信號處理硬件電路設計
本系統(tǒng)中的信號處理電路是本系統(tǒng)的關鍵部分，它由檢流電路、反向放大電路、微分電路、電壓比較電路和觸發(fā)保持電路5部分組成。
（1）檢流電路主要用于檢測繼電器勵磁回路電流，可用檢流電阻或電流互感器等實現(xiàn)。如用檢流電阻，要求串入的檢流電阻對回路電流不能造成太大影響，所以檢流電阻應盡量小。
（2）放大電路一般繼電器勵磁電流都不大（最大幾十mA），所以檢流電路輸出的電壓信號很小，要經(jīng)過一級放大。本系統(tǒng)采用ICL7650芯片，組成放大倍數(shù)為14的放大電路。
（3）微分電路采用OP37芯片組成微分電路，對放大電路輸出信號微分，在勵磁電流下降時刻對應出現(xiàn)脈沖。
（4）電壓比較電路本部分選用LM339芯片組成電壓比較電路，其作用是將微分電路產(chǎn)生的脈沖標準化為幅值為5V的脈沖。
（5）觸發(fā)保持電路本部分由反向器7404、J-K觸發(fā)器74LS112和雙D觸發(fā)器7474組成，其中D觸發(fā)器接成移位寄存器的形式。本電路作用是在勵磁電流下降時刻向計算機提供上升沿電平變化。計算機根據(jù)電平變化信號判斷繼電器的吸合動作。
信號處理過程如圖6。工作要處理，因此采用了硬件定時中斷處理的方法。軟件處理過程如圖7。
計算機采用C語言編程，對于檢測二次吸合電壓工位來說，主要任務是控制可調(diào)電源以一定速度給試品線圈加壓，并反復讀取觸發(fā)保持電路的電平（UD1、UD2）變化信息。由于計算機還有其他工位的工作要處理，因此采用了硬件定時中斷處理的方法。軟件處理過程如圖7。
7結論
應用本系統(tǒng)可以精確、簡便地測量繼電器（直流勵磁）的二次吸合電壓。由于采用計算機控制，可以方便地與其它自動化設備接口，適用于工業(yè)在線測量。本系統(tǒng)在廈門宏發(fā)公司應用，效果良好。
參考文獻
［1］張冠生,丁明道.常用低壓電器及其應用［M］.機械工業(yè)出版社,1992,11.
［２］駱燕燕,李志剛,陸儉國. 繼電器可靠性試驗裝置的軟件設計［Ｊ］.低壓電器, 1998,（5）.
［３］李炳興.汽車繼電器生產(chǎn)自動檢測流水線的計算機控制［Ｊ］.微型機與應用,1998,（6）.
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