交流接觸器電磁機構(gòu)動態(tài)仿真分析

      引言
　　繼電器是一種高精密的電子元器件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造和國防科技。但由于生產(chǎn)工藝、材料等原因造成了其質(zhì)量的不穩(wěn)定性。因此，有必要對其進行測試，以決定其優(yōu)劣。從測試精度來說，動作時間需要精確到ms或μs，觸點電阻精確到mΩ，此外，有些繼電器由多個線圈或觸點組組成，如JHX-3F系列繼電器。目前，常用的手工測試方法效率低、誤差大，且測試參數(shù)少，而對于高精密繼電器的測試只能依賴基于微機的測試系統(tǒng)。本文將討論基于JHX-3F系列繼電器的測試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計思路，并重點分析單插座對多規(guī)格繼電器的自動測試、動作時間μs級測試和小電壓或大電流型線圈的繼電器測試。
     1 繼電器測試系統(tǒng)的構(gòu)成
　　繼電器測試系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1。數(shù)據(jù)采集卡選擇基于PCI總線的AC6115。系統(tǒng)由PC和測試儀兩部分組成，它們之間通過AC6115傳遞A/D、D/A和I/O信號。系統(tǒng)軟件平臺為Windows XP/2000，軟件開發(fā)環(huán)境Delphi 6.0，數(shù)據(jù)庫SQL Server 2000。主要測試指標及精度要求：1）電壓精度<=0.01V;2）電流精度<=0.01A;3）動作時間精度<=1ms;4）觸點電阻精度<=1mΩ。
 
 

      2 繼電器測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計
　　2.1 JHX-3F小型直流電磁繼電器種類
　　JHX-3F包括A、B、C和D四個大類。線圈類型可以是電壓型或電流型或電壓電流混合型，其中A大類為單線圈16個品種;B大類為雙線圈240個品種;C大類為雙線圈182個品種;D大類為單線圈16個品種。共454個品種（其中又分電壓型166種，電流型72種，混合型216種）。繼電器初始觸點狀態(tài)分又為全閉（2D）、全開（2H）和半開半閉（1H1D）三種狀態(tài)。所以，JHX-3F系列繼電器總計1362個品種。
　　本文以兩類繼電器說明其工作原理。B類雙線圈單位置：該類繼電器有一個啟動線圈和一個保持線圈。啟動線圈施加激勵，繼電器狀態(tài)改變，接著給保持線圈施加激勵，撤除啟動線圈激勵，狀態(tài)保持，再撤除保持線圈的激勵，狀態(tài)釋放。C類雙線圈雙位置：該類繼電器有一個啟動線圈和一個復(fù)歸線圈。啟動線圈施加激勵，繼電器狀態(tài)改變，撤除激勵，此狀態(tài)保持，再給復(fù)歸線圈施加激勵，狀態(tài)復(fù)歸為初始態(tài)。
　　2.2單插座完成對多規(guī)格1362個品種繼電器自動測試的硬件實現(xiàn)
 
 

　　待測繼電器的特點：引腳1～4為繼電器線圈，引腳5～8為繼電器觸點。產(chǎn)品封裝符合雙列直插集成電路封裝特征。待測繼電器的這些特征為只用單插座完成對多規(guī)格1362個品種繼電器的自動測試提供了可能性。
　　自動測試的電路工作原理：若待測繼電器為單線圈時，輔助繼電器FZJD1的線圈上不施加激勵，受控源施加到插座1、4兩端。若待測繼電器為雙線圈時，分兩個階段工作，在系統(tǒng)測試啟動線圈階段時，F(xiàn)ZJD1的線圈上不施加激勵，受控源施加到插座1、2兩端;在測試保持或復(fù)歸線圈階段時在FZJD1的線圈上施加激勵，受控源施加到插座3、4兩端。當被測繼電器線圈為電壓型時，輔助繼電器FZJD2的線圈上不施加激勵，受控電壓源工作并施加到電路中，為電流型時，在FZJD2的線圈上施加激勵，受控電流源工作并施加到電路中;觸點狀態(tài)的測試只要將被測觸點送到兩個I/O即可。觸點電阻測試采用四端法消除接觸電阻的影響，分別用三檔激勵源進行測試。
　　2.3 大電流或小電壓型繼電器測試的硬件實現(xiàn)
　　測試用的電壓源和電流源均受數(shù)據(jù)采集卡上DAC輸出的控制，電壓源輸出電壓和電流源輸出電流與控制電壓均呈線性關(guān)系。系統(tǒng)自動根據(jù)被測繼電器型號選擇不同輸出范圍的受控電壓源進行測試，一種是從0～24VDC輸出，另一種是從0～110VDC輸出�？梢詼y試從1.5VDC～100VDC額定吸合電壓的被測繼電器。受控電流源輸出范圍從0～2ADC，可以測試從0.003ADC～2.0ADC額定吸合電流的被測繼電器。電路中利用輔助繼電器實現(xiàn)自動構(gòu)建電路的目的。
      3 繼電器測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計
　　3.1 多種軟件定時器的應(yīng)用
　　Timer控件基于Windows系統(tǒng)定時，它可以在要求不高的地方使用，定時分辨率為55ms[1>，精度只有5～8ms，系統(tǒng)中應(yīng)用它進行線圈參數(shù)、吸合值和釋放值的測試。精確定時它無法勝任。多媒體定時器來自于Windows API。它可工作在較高優(yōu)先級的線程中，它的定時事件被定義為回調(diào)過程，只要在該過程中添加消息處理代碼即可完成定時響應(yīng)[2>。Delphi把它封裝到了mmsystem.pas中供軟定時使用。本系統(tǒng)應(yīng)用它對故障繼電器進行檢測，如觸點始終未動作。
　　動作時間測試有2種方法。1）使用AC6115上的硬件定時器，AC6115提供了一個16位的微秒脈沖計數(shù)器，計數(shù)范圍是1～216微秒[3>，因此，可通過脈沖計數(shù)完成動作時間測試，但此方法會加大硬件電路設(shè)計的復(fù)雜性;2）采用軟件定時器。例如Z_Timer。它可以ActiveX控件的形式加載到Delphi控件面板上。它的定時分辨率是0.1ms，定時精度是0.015ms，在有效定時事件中它能獨占系統(tǒng)所有資源，如消息響應(yīng)和線程時間片。故使用Z_Timer是基于Windows環(huán)境下高精度軟定時的好方法。
　　本系統(tǒng)應(yīng)用Z_Timer短時間內(nèi)獨占系統(tǒng)資源