继电器特性试验台设计与制作

杜伟伟

摘  要：为了让学生更加深入学习继电器特性，作者所在教学团队设计了一种继电器特性试验台，定制试验台壳体，利用实训室的调压器、继电器、电流互感器等电气元件进行安装接线并调试完成制作。该试验台体积小、测试灵活、操作方便，便于学生熟练掌握多种继电器的特性，了解试验台的内部结构和工作原理，在试验台制作过程中也锻炼了学生对电气控制设备的安装、接线和调试能力。

关键字：继电器特性试验台;设计;制作;调试

中图分类号：TM930          文献标识码：A           文章编号：1672-4437（2021）03-0066-05

当前在高校电气专业实际教学中，一些一体化综合试验台被广泛应用，这种试验台由高校直接从生产教学设备的企业购买，功能比较齐全，采用试验端子接线比较简便，但是批量生产的教学仪器往往不能完全满足日常教学的要求，学生通过综合试验台的训练不能全面掌握各种继电器的工作原理及应用[1]。因此，笔者所在教学团队利用实训室的调压器、继电器、互感器、仪表等电气元件设计制作了一款小型继电器特性试验台，该试验台体积小、测试灵活、操作方便，便于学生进行小组试验，有利于学生熟练掌握多种继电器的特性和试验操作方法，还可以锻炼学生对电气控制设备的安装、接线和调试能力。

1设计制作要完成的主要任务

1.1电路设计

依据试验要求完成继电器特性试验台模拟电压源和模拟电流源回路设计，完成过电压继电器、电流继电器、时间继电器、中间继电器试验电路设计。

1.2壳体设计

根据电路中元器件的尺寸，设计嵌入式安装的面板开孔图，设计合理的柜体尺寸，联系钣金加工部门定制生产。

1.3采购清单

依据设计的电路图，列出元器件清单，标明每种元器件的型号和数量，按清单采购。

1.4安装接线

柜体制作完成后，进行元件安装固定，并按照电路图纸进行二次回路接线。

1.5通电调试

试验台组装完毕后进行通电调试，保证产品安装接线正确，能够完成继电器特性试验全部功能。

2继电器特性试验电路设计

2.1 过电压继电器特性试验电路设计

过电压继电器是一种当输入电压达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。当被测电压为正常范围时继电器不动作，当被测试电压大于或等于设定值时，继电器触点发生改变，通过控制电路切断主电路，以实现过电压保护;当电压降低到设定值以下时，继电器再恢复到原始状态。

将交流220V电源接入自耦调压器，调压器的输出接端子同时并联电压表，要测试过电压继电器的性能，就将电压继电器的线圈接入端子，通过调整自耦调压器的输出电压，调节过电压继电器线圈两端的电压。记录过电压继电器的动作值和返回值，通过计算得到过电压继电器的返回系数（返回系数=返回值/动作值），就可以得到过电压继电器的动作特性，具体内部接线如图1所示，所用到的元件清单及型号见表1。

2.2电流继电器特性试验电路设计

电流继电器是根据检测电路的二次电流大小来作出判断，从而保护被检测电路的一种继电器。当被测电路的电流大于设定电流时，继电器触点发生改变，通过控制电路切断被测电路电流，从而起到保护作用。当被测电路电流低于设定电流值一定范围时，电流继电器自动返回，恢复到原始状态。

当流过电流继电器线圈中的电流增大到一定数值时，施加于衔铁上的电磁力大于弹簧的反作用力，继电器触点位置发生改变，从而起到控制二次回路的作用。一般情况下主电路的电流都比较大，所以通常是通过电流互感器（TA）将主电路的大电流按比例转换为二次小电流送入电流继电器进行检测，具体内部接线如图2所示，所用到的元件清单及型号见表2。

2.3 中间继电器特性试验电路设计

中间继电器的作用是增大触点的数量和容量，对于容量较小的电动机或其他电气元器件也可直接用中间继电器进行控制。中间继电器是电压继电器的一种，他们的工作原理是完全相同的，区别在于中间继电器有更多的触点，或者触点容量更大，用来增加触点的数量，或者增大被控制电路的容量，具体内部接线如图3所示，所用到的元件清单及型号见表3。

2.4 时间继电器特性试验电路设计

时间继电器是指在收到外部信号输入后，输出信号不會立即发生改变，而是经过一定的时间延时后触头才动作的一种继电器。时间继电器一般用在电气控制系统中作为选择判断的重要依据，通过时间继电器的延时来进行选择判断，可以提高判断的精确性，以满足电路选择性的要求。

当线圈两端有电压输入时，延时闭合或断开触点不会立即发生状态改变，通过机械延时机构或者电子延时元件，使其达到设定时间后延时触点才发生瞬动改变，具体内部接线如图4所示，所用到的元件清单及型号见表4。

3试验台壳体设计

根据设计方案，面板上需要安装的电气元件主要有：电流继电器、过电压继电器、中间继电器、时间继电器、电压表、电流表、指示灯、按钮和试验端子。在平面布置图设计时，主要遵循整体美观和操作方便的原则，通过不断改进后，最终确定继电器特性试验台的操作面板布局图如图6和图7所示。为了保证试验台布局合理、美观，我们在制作实物之前应用AutoCAD制作了试验台壳体三维仿真模型，如图5所示。

4试验台安装、接线与调试

试验台壳体定制完成后，依据开孔示意图安装好面板上的漏电断路器、按钮、指示灯、仪表、嵌入式继电器和端子等元件，内部安装电流互感器和电阻器等元件，然后按照前面的电路设计图（图1-4）进行接线。

当所有电气线路连接完成后，要检查元件的安装和接线是否准确、规范;判断线路是否存在短路和断路;对设计图纸存在不合理的地方及时进行修改，并与设计人员进行沟通，在检查确定无误后才可以对装置进行通电调试，以防止可能发生的意外情况。

下面对过电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器分别进行调试。

4.1 过电压继电器特性试验电路调试

（1）用万用表检查线路正确后，首先设定过电压继电器动作值80V，然后将调压器输出电压调整到最低，合上试验台单相交流电源开关和直流电源开关，此时过电压继电器的动作指示灯处于熄灭状态。

（2）缓慢升高调压器输出电压，观察电压表的读数接近80V时，注意降低升压速度，直至过电压继电器动作指示灯点亮，记录动作值。

（3）缓慢降低调压器输出电压，使其电压缓慢降低，当指示灯熄灭时，停止调节调压器，记下当前电压，就得到过电压继电器的返回值。

（4）实验完成后，将调压器输出调为0V，断开所有电源开关。

试验记录数据见表5。

试验数据显示，试验电路工作正常，过电压继电器返回系数0.8532，符合说明书要求。

4.2 电流继电器特性试验电路调试

（1）用万用表检查线路正确后，首先设定电流继电器的动作值为5A，然后将调压器输出电压调整到最低，合上试验台单相交流电源开关和直流电源开关，此时电流继电器的动作指示灯处于熄灭状态。

（2）缓慢升高调压器输出电压，观察电流表的读数接近5A时，注意降低升压速度，直至电流继电器动作指示灯点亮，记录动作值。

（3）缓慢降低调压器输出电压，使其电流表读数缓慢降低，当指示灯熄灭时，停止调节调压器，记下当前电流值，就得到电流继电器的返回值。

（4）实验完成后，使调压器输出为0V，断开所有电源开关。

试验记录数据见表6。

试验数据显示，试验电路工作正常，电流继电器返回系数0.8515，符合说明书要求。

4.3 中间继电器特性试验电路调试

（1）按图接好线路。

（2）合上单相电源，按下按钮。

（3）信号灯亮，说明回路接线正确。

（4）试验完成后，断开所有电源开关。

试验记录数据见表7。

试验数据显示，试验电路工作正常，中间继电器工作参数符合说明书要求。

4.4时间继电器特性试验电路调试

（1）用万用表检查线路正确后，将时间继电器的线圈接在交流电压端子上，拆掉时间继电器外壳，调整时间整定旋钮，将指针对准设定时间的刻度中心位置。

（2）合上交流电源开关，同时按下秒表开始计时，当指示灯点亮时，迅速停止计时，记录指示灯从电源合闸到指示灯点亮所用的时间，即得到时间继电器的实际延时时间。

（3）试验完成后，断开所有电源开关。

试验记录数据见表8。

试验数据显示，试验电路工作正常，时间继电器延时数据符合说明书要求。

5试验台制作成本分析

试验台的制作主要分如下流程：

（1）壳体的钣金加工制作;

（2）元器件的采购;

（3）元器件安装接线。

元器件的安装可以利用学校实训室的成套电工工具进行，所以试验台制作成本主要是壳体加工费用和元器件采购费用，具体价格参见表9。

试验台制作过程中的所用号码管、铜导线均取自实训室耗材库，这部分耗材费用大概为180.00元。安装接线是我们5人团队利用课余时间手工完成，成本不计，最后得到制作试验台的费用为1625.80元。

我们设计制作的试验台目前在市场上找不到同类产品，学校采购的多功能综合试验台的价格为1.84万元，除去多功能仪表部分的价格，继电器特性测试部分的成本也在6000元左右，所以此款试验台既实用又经济。

6结语

本试验台能实现常用继电器——电流继电器、电壓继电器、时间继电器、中间继电器特性分析试验，直观展示电力系统继电保护基本原理，为电力专业学生提供继电保护基础知识的学习平台。本试验台体积小，购置成本低，学校可以利用实训室已有条件自行采购壳体安装制作，为电气专业学生继电保护方面的理论学习和实践练习提供良好条件。

本次设计制作的继电器特性试验台是在检索并阅读有关参考文献的基础上，对电力系统继电保护相关知识进行分析和研究后，通过设计、安装、接线和调试所取得的成果。通过实验台的设计和制作，笔者所在团队收获了许多继电保护设计、安装、调试方面的经验，提升了运用所学知识解决问题的能力，培养了严肃认真、一丝不苟、实事求是的电气行业技术人员工作作风[2]。与传统试验台相比，该试验台具有安全可靠、操作简便、测试精度高等优点，经济实用，具有良好推广价值。

参考文献：

[1]刘家龙.基于WinCC和PLC的静水压力试验台架电气控制系统设计[J].机床与液压，2020（10）：137-142.

[2]孙晋龙，郭卫忠.一种单向阀试验台的设计[J].液压与气动，2020（3）：152-157.