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徐凡博学年论文
本科学生毕业论文
论文题目：
振动条件下继电器电参数的测试分析
学院：
电子工程学院
年级：
2012
专业：
电子信息工程
姓名：
徐凡博
学号：
20123176
指导教师：
王国涛
2015年06月23日
摘要
继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
关键词
电磁继电器；电参数；测试
目录
摘要I
前言1
第一章继电器2
1.1继电器2
1.2元件符号2
1.3触点形式2
第二章继电器主要作用、分类及元件3
2.1主要作用3
2.2主要分类3
2.3主要元件4
2.3.1电磁继电器4
2.3.2热敏干簧继电器4
2.3.3磁簧继电器5
2.3.4光继电器5
第三章继电器电参数的测试5
3.1参数5
3.1.1继电器的组成6
3.1.2继电器的分类6
3.2电参数种类7
3.2.1输入参数7
3.2.2输出参数7
3.2.3瞬态电压7
3.2.4输出电压降8
3.2.5输出漏电流8
3.3电参数测试方法8
3.3.1漏电流的测量8
3.3.2直流接通关断时间波形的处理9
结论10
参考文献11
前言
继电器是当输入量达到规定条件时，其一个或多个输出量产生预定跃变的元器件。
对于电磁继电器、固体继电器和组合式继电器，可简单的理解为：
在输入端施加规定的电信号，其输出端接通和断开被控制电路的一种开关。
本文就继电器电参数的一些基本信息进行说明，同时列出一些电磁继电器的选用原则及使用注意事项。
在深入分析系统软件技术的基础上，设计了继电器自动测试系统的软件，并将它成功运用于固态继电器电参数自动测试系统。
还有就是对固态继电器电参数自动测试系统未来发展的预期和展望。
第一章继电器
1.1继电器
继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
1.2元件符号
因为继电器是由线圈和触点组两部分组成的，所以继电器在电路图中的图形符号也包括两部分：
一个长方框表示线圈；一组触点符号表示触点组合。
当触点不多电路比较简单时，往往把触点组直接画在线圈框的一侧，这种画法叫集中表示法。
1.3触点形式
继电器的触点有三种基本形式：
1、动合型线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。
2、动断型线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。
3、转换型这是触点组型。
这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。
线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。
这样的触点组称为转换触点。
第二章继电器主要作用、分类及元件
2.1主要作用
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。
作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：
1）扩大控制范围：
例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
2）放大：
例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
3）综合信号：
例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
4）自动、遥控、监测：
例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。
2.2主要分类
按继电器的工作原理或结构特征分类
1）电磁继电器：
利用输入电路内电路在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力作用而工作的一种电气继电器。
2）固体继电器：
指电子元件履行其功能而无机械运动构件的，输入和输出隔离的一种继电器。
3）温度继电器：
当外界温度达到给定值时而动作的继电器。
4）舌簧继电器：
利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧动作来开，闭或转换线路的继电器
5）时间继电器：
当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定时间才闭合或断开其被控线路继电器。
6）高频继电器：
用于切换高频，射频线路而具有最小损耗的继电器。
7）极化继电器：
有极化磁场与控制电流通过控制线圈所产生的磁场综合作用而动作的继电器。
继电器的动作方向取决于控制线圈中流过的的电流方向。
8）其他类型的继电器：
如光继电器，声继电器，热继电器，仪表式继电器，霍尔效应继电器，差动继电器等。
2.3主要元件
2.3.1电磁继电器
一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。
2.3.2热敏干簧继电器
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。
它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。
热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。
恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
2.3.3磁簧继电器
磁簧继电器是以线圈产生磁场将磁簧管作动之继电器，为一种线圈传感装置。
当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候，发生动作，开通或者闭合电路。
由永久磁铁和干簧管组成。
永久磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架上。
以永久磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本重合。
由远及近的调整永久磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作时，将磁铁的位置固定下来。
[1]这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的动作。
2.3.4光继电器
光继电器为AC/DC并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。
输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。
其特点为寿命为半永久性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传输、无接点…等。
第三章继电器电参数的测试
3.1参数
继电器是一种自动电气开关。
它的功能是:
当给予一个输入量，如电、磁、光或热等信号时，就能自动切换被控制的电路。
它又是一种能够完成上述功能而又没有机械运动控件的，输入与输出隔离的继电器。
3.1.1继电器的组成
继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
[2]
3.1.2继电器的分类
（1）以负载电源型分类
可分为直流、交流和交直流通用继电器三种。
直流继电器是以双极型晶体管或功率场效应管等元件作为输出开关器件，用来接通和断开直流负载电源。
交流继电器是以双向可控硅或两只反向并联的单向可控硅作为输出开关器件，用来接通和断开交流负载电源。
交直流通用继电器是以两只反向串联的功率场效应管作为输出开关器件，用来接通和断开直流或几千赫兹以下交流负载电源。
（2）以开关“触点形式”分类
可分为常开、常闭和转换式继电器。
常开式继电器是当输入端施加信号时，输出接通。
而常闭式继电器是当输入端施加信号时，输出断开。
转换式继电器是当输入端施加信号时，输出端常开“触点”由断开状态变为接通状态，常闭“触点”由接通状态变为断开状态。
（3）以输入与输出之间隔离形式分类可分为光隔离型和磁隔离型继电器。
常用的光隔离器件是光电祸合器，有光敏二极管、光敏三极管、单向或双向可控硅及光电池作为它的输出。
磁隔离器件一般是高导磁率磁芯做成的高频率变压器。
隔离器件能够做到输入与输出之间电的隔离，而且能够把输入部分的控制信号传送到输出部分。
[3]除了以上几种主要的分类方法外，还有以安装方式、输出开关组数、封装形式、采用的工艺和器件以及使用性（即专用和通用）等多种分类方法。
3.2电参数种类
继电器的参数繁多，因所用元器件不同，结构不同，参数也不尽一致，这里就其中电参数加以说明。
3.2.1输入参数
控制电压范围（输入电压范围）:
加在输入端的，可使输出保持导通状态的电压范围。
最大输入电流:
最大输入电压下输入电流的最大值，它反映了继电器对驱动功率的要求，也可以用给定电压下的输入阻抗来表示。
[4]最大导通时间:
从加导通控制信号到继电器输出件完全导通所需的最大时间。
最大关断时间:
从去掉导通控制信号到继电器输出器件完全关断所需的最大时间。
输入端出现的瞬态干扰，可以使继电器误动作，尤其是当继电器响应时间等于或小于噪声脉冲持续时间时，继电器就会导通，对输入信号进行滤波有助于减少这种现象的发生。
3.2.2输出参数
工作电压范围:
在这个电压范围内，继电器可在输入信号控制下正常工作。
最大负载电流:
它反映了继电器的最大稳态负载能力，它还受到散热器和环境温度的热限制。
3.2.3瞬态电压
加在继电器输出端，保持继电器断开状态，不会使固态继电器损坏或产生误动作的最大允许电压，超过这个值继电器的输出端就可能导通，当电流限制在额定范围内时，继电器不会因此损坏，瞬态过程，一般几秒左右。
[5]电气系统峰值（非重复）:
在标称线路频率下允许加到输出部分的一个全波周期的最大非重复正弦峰值电压。
通常除规定该峰值电压外还给出电压和时间的关系曲线，在浪涌期间或其后，继电器可能失控，直到输出器件结温下降到低于最大允许值为止。
3.2.4输出电压降
加额定输入电压时，继电器输出端之间的有效值电压降。
零点交越:
对切换交流电压的继电器所要求的一种特性，设计继电器具有此特性以使它在串联负载进行交流电压和电流循环时，只在接近零电压时接通，只在接近零负载电流时关断，而与输入电压施加或切除的时间无关，此设计特性对延长继电器寿命并降低电磁辐射干扰是有益的。
3.2.5输出漏电流
以常开触点为例，输出漏电流是指在规定的温度下，继电器的输入端加最大关断电压输出端加额定电压时，在输出端的漏电流。
零电压接通最大值:
在开始导通的瞬时，输出端的最大电压。
电压指数上升率:
输出端能承受的不致产生误动作的开路电压上升率。
3.3电参数测试方法
由于固体继电器的国家标准和军标对各种参数的测试只给出了一般性的原理，所以在固体继电器的研制和生产中各厂家都按自己认为合理的方法进行实际的测试，结果造成了部分电参数测试结果的不统一或不准确。
[5]我们在预研项目中，针对关键电参数的测试方法进行了专门研究，对部分参数的定义进行了规范，对一些测试较困难的参数提出了合理的解决办法。
测试开始首先将足够的输入电压加到输入端，输出端加额定输出电压和频率，并调整负载，使继电器导通时能得到额定输出电流。
3.3.1漏电流的测量
固体继电器和普通电磁继电器的一个重要区别是它的触点在去激励状态下并未完全断开，总是有一定的漏电流存在。
从设备的可靠性和安全性考虑，固体继电器的漏电流是一个十分重要的指标。
但SSR的漏电流一般从几十个微安到几个毫安，要求较高的军用SSR都在几个微安以下，要对它们进行准确的自动测量十分困难，因为一般情况下测试设备本身的漏电流已经超过了元器件的漏电流，而在测量时很难排除这类干扰信号的影响。
过去由于缺乏必要的设备和可行的方案，对这一参数全部采用在输出回路中串入万用表的方式进行人工测试。
我们在反复实验的基础上用取样电阻间接测量的办法成功地实现了漏电流的自动测量。
测试电路原理图如下:
我们假设R阅为线性电阻，则据上式可求得无取样电阻时的漏电流为:
但实际上SSR漏电阻为非线性电阻，只在某一范围内才可以近似看作是线性的，所以如果R取取的过大，则相应的取样电压V取会对实际加到SSR输出端的电压产生较大影响，用这种方法推导出的I漏就会严重偏离真实值。
因此，我们应给V取规定一个有效范围，当V取在这个范围以内时，我们才可以根据上面的公式计算得到I漏的值。
[6]而当它大于此值时，则应考虑减小取样电阻，如在本电路中，可以令Si闭合，重新测V取，如还是不满足条件，可以再闭合S2，直至Vvc满足要求。
实验证明，对于Vo在30-380V（交流或直流）时，只要满足V取不大于5V，可以保证测量结果的真实性。
对于交流型SSR，由于电压较高，两输出端子间通过测试设备面板、相邻电源线的漏电流己经和继电器漏电流相当，故上述公式的数量关系不再成立。
[7]所以对交流型SSR，我们使用可调电阻和标准微安表人工做出了三个I漏-V取关系数据库表，分别对应R取=Rl+R2+R3,R2+R3,R3三种情况。
在求得V取后，我们将在数据库中找到距离V取最近的两个数据点，对它们进行线性插值，可以求得I漏。
用上述方法实测SSR漏电流，对511A以上电流误差不超过5%，对511A以下漏电流的测量误差一般不大于0.1微安，达到了精度要求。
3.3.2直流接通关断时间波形的处理
直流接通关断时间的测量原理是在输入端加上方波信号，幅值为额定输入电压，其它条件为额定值，在此情况下，将输入端接至双踪示波器通道1，而将通道2接至负令示波器与输入端上升或下降沿同步，分析示波器波形数据，可以得到接通关断时间。
接通时间的实际波形和理想情况下的波形如下图所示:
我们对接通时间的定义如图所示，由图可见由于接通时间波形混杂了大量干扰信号，使接通时间的判断和计算带来了一定困难。
为了准确和合理地计算接通时间，我们必须对此类波形进行数字滤波处理。
交流瞬态电压的测试对于在恶劣使用环境下使用的固体继电器十分重要，但以往由于缺乏必要的设备和统一的标准，很多研究单位都不具备交流瞬态电压测试的条件。
我们在预研项目中采用180Va"C,有效值，400HZ，脉冲持续时间为5秒的脉冲电压来模拟瞬态电压。
交流瞬态电压测试波形示现较小的漏电流，此时用示波器监测输出端，电压会有所下降。
在输出端总的峰值下降不超过脉冲峰值的20%时，我们认为继电器瞬态电压测试基本合格。
以上介绍的主要电参数测试是指在常温下进行的方法，在不同环境条件下主要电参数有相应变化。
有些参数的测试方法和测试电路比较复杂，可参照国军标进行。
结论
本文根据目前国内外固态继电器电参数测试依靠人工、分布、分时、分项测试现状，开展了固态继电器电参数自动测试系统的研究，研究内容具有一定理论意义和重要工程应用价值。
本文所做主要工作如下:
1、分析了目前国内外继电器电参数测试系统发展的现状，介绍了自动测试系统的概况。
2、较深入研究了继电器电参数测试方法以及继电器电参数自动测试技术研究中的一些关键问题。
3、在深入分析系统软件技术的基础上，设计了继电器自动测试系统的软件，并将它成功运用于固态继电器电参数自动测试系统。
4、对继电器电参数自动测试系统未来发展的预期和展望。
参考文献
[1]孙续，《自动测试系统与可程控仪器》，电子工业出版社，1994年
[2]葛滋煊，《自动测试系统及其接口技术》，同济大学出版社，1987年
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[4]周峻峰，《继电器制造、工艺及使用》，电子工业出版社，1996年
[5]《固态继电器国家军用标准》，国防科学技术工业委员会，1992年
[6]汤庸、区海翔、黄鹤远，WOOD元件库及编程参考》，中国大地出版社，1998年
[7]班柯人，配有通用接口仪器的程序控制，电测与仪表，1987.2
致谢
我要衷心感谢我的导师王国涛先生!
本论文的研究工作是在他的悉心指导下完成的，它凝聚着王老师对我的关心和精心培养所付出的大量心血。
王老师豁达开朗、坦诚直率、平易近人。
在我撰写学年论文期间，他抽出了大量的时间对我循循善诱授业解惑。
在王老师的这种一丝不苟的工作作风和精益求精的学术要求，使我深受感染和激励。
在此，我要由衷的再此向王国涛老师表示崇高的敬意和真诚的感谢!
徐凡博
2015年06月27号
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