DE102017202476B4 - Device for functional testing of a relay - Google Patents

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DE102017202476B4 DE102017202476.3A DE102017202476A DE102017202476B4 DE 102017202476 B4 DE102017202476 B4 DE 102017202476B4 DE 102017202476 A DE102017202476 A DE 102017202476A DE 102017202476 B4 DE102017202476 B4 DE 102017202476B4
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Abstract

Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines Relais mit einem Spulenstromkreis zur Ansteuerung der Relaisspule und mindestens einer Schaltebene, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schaltmatrix aufweist, bestehend aus 144 Optokopplern mit MOSFET Ausgängen.Device for functional testing of a relay with a coil circuit for controlling the relay coil and at least one switching level, characterized in that the device has a switching matrix consisting of 144 optocouplers with MOSFET outputs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines Relais mit einem Spulenstromkreis zur Ansteuerung der Relaisspule und mindestens einer Schaltebene. Zur Überprüfung und Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit eines Relais ist es erforderlich in regelmäßigen Abständen eine Anzugs- und Abfallspannung, einen Spulenstrom sowie einen Nennstrom und eine Nennspannung des Relais zu ermitteln.The invention relates to a device for functional testing of a relay with a coil circuit for controlling the relay coil and at least one switching level. To check and maintain the functionality of a relay, it is necessary to periodically determine a pull-in and drop-off voltage, a coil current and a rated current and a nominal voltage of the relay.

Im Stand der Technik, ermittelt das Prüfgerät die Funktion des zu prüfenden Relais bei gleichzeitiger Messung des Kontaktüberganswiderstandes und einer optischen Anzeige des ermittelten WiderstandesIn the prior art, the tester determines the function of the relay to be tested with simultaneous measurement of the contact contact resistance and an optical display of the determined resistance

Das alte Prüfgerät wurde zur dynamischen Prüfung der Kontaktwiderstände von gebräuchlichen Kammrelais der Eisenbahnsignaltechnik verwendet.The old tester was used to dynamically test the contact resistances of conventional railway signal combs.

Dieses Prüfgerät ist ca. 35 Jahre alt, dementsprechend sind die einzelnen Prüfmethoden überaltert. Zur Bedienung und Einstellung des Prüfgerätes waren Prüfkarten in Form von Schablonen notwendig. Hier waren alle notwendigen Angaben wie Schalterstellungen und Zuordnungen der Anzeige-LED zu einem bestimmten Kontakt enthalten. Die Prüfung lief also nicht automatisch ab es mussten einige Einstellungen erfolgen. Dadurch kann es zu Störungen im Prüfablauf kommen. Außerdem gab es durch unterschiedlich praktizierte Messverfahren keine Vergleichsmöglichkeiten der Prüfergebnisse.This tester is about 35 years old, therefore, the individual test methods are outdated. To operate and adjust the tester, test cards in the form of templates were necessary. Here were all necessary information such as switch positions and assignments of the display LED to a specific contact included. The test did not start automatically. Some settings had to be made. This can lead to disturbances in the test procedure. In addition, there were no possibilities for comparison of the test results due to differently practiced measuring methods.

Das Patent US 2004/0 085 071 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Testen eines elektrischen Relais, die ein tragbares Gehäuse und eine elektrische Testschaltung innerhalb des Gehäuses aufweist, um eine Vielzahl von Arten von Tests an dem Relais durchzuführen.The patent US 2004/0 085 071 A1 discloses an apparatus for testing an electrical relay having a portable housing and an electrical test circuit within the housing to perform a variety of types of tests on the relay.

Im Patent US 6 377 051 B1 werden ein Relaistestsatz mit reduzierter Größe und Gewicht enthält eine kleine, hocheffiziente Spannungs- und Stromquelle. Das Testset beinhaltet ein Schaltverstärker-Design der Klasse D, das die Größe der Stromquelle, die benötigt wird, um die korrekte Spannung und den richtigen Strom in die Sekundäreingänge eines Schutzrelais zu injizieren, stark reduziert. Um die Größe, das Gewicht und die Kosten des Relaistestgeräts weiter zu reduzieren, wird ein einzelner Spannungsverstärker verwendet, um sowohl die sekundären Eingänge als auch die sekundären Eingänge eines Schutzrelais anzusteuern. Auf diese Weise wird dieser Testsatz sowohl ein Spannungswandler als auch ein Stromtransformator-Simulator, der eine einzelne Spannungsquelle mit reduzierter Größe, Gewicht und Kosten verwendet. Um die Stromquelle variabel zu machen, während die Genauigkeit beibehalten wird, wird ein Mikrocomputermodul verwendet, um sowohl den Strom als auch die Spannung zu überwachen, die in das Schutzrelais eingespeist werden. Dieser Mikrocomputer kann auch automatisch die erforderlichen Relaistests durchführen und die Spannung oder den Strom durch direkte Steuerung einer Relaismatrix an die entsprechenden Eingänge des Schutzrelais leiten.In the patent US Pat. No. 6,377,051 B1 Become a relay test kit with reduced size and weight containing a small, highly efficient voltage and current source. The test kit incorporates a class D switching amplifier design that greatly reduces the size of the power source needed to inject the correct voltage and current into the secondary inputs of a protection relay. To further reduce the size, weight, and cost of the relay tester, a single voltage amplifier is used to drive both the secondary inputs and the secondary inputs of a protection relay. In this way, this test set becomes both a voltage converter and a current transformer simulator using a single voltage source of reduced size, weight and cost. In order to make the current source variable while maintaining accuracy, a microcomputer module is used to monitor both the current and the voltage being fed to the protection relay. This microcomputer can also automatically perform the required relay tests and direct the voltage or current to the corresponding inputs of the protection relay by direct control of a relay matrix.

Beide Patente beschreiben Vorrichtungen zjm Testen von Relais mithilfe einer Schaltmatrix.Both patents describe devices for testing relays using a switching matrix.

Im Stand der Technik ist das Patent DE 10 2015 211 510 A1 bekannt. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit von mindestens einem Schalter (Rel-L1, Rel-N, Rel-PE), wobei über einen Signalgenerator (S) und über wenigstens einen Kondensator (C2) ein Wechselspannungssignal (UTR) in den Strompfad des zu überwachenden Schalters (Rel-PE) eingekoppelt wird und wobei das Wechselspannungssignal (UTR) über wenigstens einen weiteren Kondensator (C1) zur Erfassung einer Ausgangsspannung (U-out) wieder ausgekoppelt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass keine Ausgangsspannung (U-out) anliegt, wenn der wenigstens eine Schalter (Rel-PE) geschlossen ist.In the prior art is the patent DE 10 2015 211 510 A1 known. The invention relates to a device for monitoring the operability of at least one switch (Rel-L1, Rel-N, Rel-PE), wherein via a signal generator (S) and at least one capacitor (C2) an AC signal (U TR ) in the Current path of the switch to be monitored (Rel-PE) is coupled and wherein the AC voltage signal (U TR ) via at least one further capacitor (C1) for detecting an output voltage (U-out) is coupled out again. The invention is characterized in that no output voltage (U-out) is applied when the at least one switch (Rel-PE) is closed.

Aus der DE 297 21 675 U1 ist eine Schaltungsanordnung zur Funktionsprüfung einer elektrischen Schaltung bekannt, wobei die Schaltung ein elektromechanisches Schaltelement, insbesondere einen Auslöser eines Hochspannungs-Leistungsschalters, aufweist, das mit zwei elektrischen Schaltelementen elektrisch in Reihe geschaltet und elektrisch zwischen diesen angeordnet ist. Das Patent zeigt Beispiele für die Verwendung eines Optokopplers beim Testen von Relais.From the DE 297 21 675 U1 a circuit arrangement for functional testing of an electrical circuit is known, wherein the circuit comprises an electromechanical switching element, in particular a trigger of a high-voltage circuit breaker, which is electrically connected in series with two electrical switching elements and arranged electrically between them. The patent shows examples of the use of an optocoupler in relay testing.

Mit dem nach dem neuesten Stand der Technik erstellten Kammrelaisprüfgerät sollen Kammrelais im Rahmen von Wartung, Instandhaltung und Fehlerbehebung auf Funktion getestet werden. Gleichzeitig wird der Übergangswiderstand der Kontakte sowie der Widerstand der Schaltebenen untereinander ermittelt.With the state-of-the-art comb relay tester, comb relays are to be tested for function during maintenance, repair and troubleshooting. At the same time, the contact resistance of the contacts as well as the resistance of the switching levels with each other is determined.

Mit dem nach dem neuesten Stand der Technik erstellten Kammrelaisprüfgerät sollen Kammrelais im Rahmen von Wartung, Instandhaltung und Fehlerbehebung auf Funktion getestet werden. Gleichzeitig wird der Übergangswiderstand der Kontakte sowie der Widerstand der Schaltebenen untereinander ermitteltWith the state-of-the-art comb relay tester, comb relays are to be tested for function during maintenance, repair and troubleshooting. At the same time, the contact resistance of the contacts as well as the resistance of the switching levels with each other is determined

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Relais, insbesondere Kammrelais, mit einem Spulenstromkreis zur Ansteuerung der Relaisspule und mindestens einer Schaltebene anzugeben, bei der die geschilderten Nachteile des Standes der Technik gelöst werden. It is therefore an object of the invention to provide a device for functional testing of relays, in particular comb relay, with a coil circuit for driving the relay coil and at least one switching level, in which the described disadvantages of the prior art are achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.According to the invention, this object is achieved by the features listed in claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are illustrated in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren ermöglicht eine schnelle und einfache Prüfung eines Relais. Es handelt sich um ein integriertes, vielfach anwendbares Prüfgerät, mit dem der Arbeits- und Zeitaufwand minimiert und eine gleichbleibende Qualität erreicht wird. Das Prüfgerät dient dazu, sämtliche Ausführungsformen von Relais zu prüfen.The test method according to the invention allows a quick and easy test of a relay. It is an integrated, multi-purpose test instrument that minimizes labor and time and ensures consistent quality. The tester serves to check all embodiments of relays.

Das Prüfgerät soll Kammrelais die bei der DB Netz AG in den Fernsteuer-Anlagen DUS501/502 verwendet werden und diese durch ein dynamisches Prüfverfahren prüfen können.The test device is to be used with comb relay which can be used by DB Netz AG in the remote control systems DUS501 / 502 and can test these by a dynamic test procedure.

Ein Kammrelais besteht aus ein oder zwei Wicklungen, deren Anzugsmoment bei Stromdurchfluss benutzt wird, um einen mechanischen Anker zu bewegen. welcher ein oder mehrere Relaiskontakte schließt oder öffnet. Diese zu bewegenden Zungen dieser Kontakte sind über eine dünne Kunststoffplatte formschlüssig miteinander verbunden und können deshalb nur gemeinsam bewegt werden. Dieses Konstruktionsmerkmal ist Grund für die Bezeichnung Kammrelais.A comb relay consists of one or two windings whose tightening torque is used at current flow to move a mechanical armature. which closes or opens one or more relay contacts. These tongues to be moved these contacts are positively connected to each other via a thin plastic plate and therefore can only be moved together. This design feature is reason for the designation comb relay.

Die Kammrelais werden über eine eindeutige alphanumerische Herstellernummer identifiziert und verfügen über spezielle Relaisdaten, die in einer Datenbank auf dem Prüfgerät hinterlegt werden.The comb relays are identified by a unique alphanumeric manufacturer number and have special relay data stored in a database on the tester.

Mit dem Prüfgerät können zwei verschieden konzipierte Messschaltungen geschaltet werden. Eine dritte Messvariante kann durch eine Kombination beider Schaltungen durchgeführt werden.

  • • Milliohmmessung mit Schaltmatrix Hier wird eine Vierleitermessung zur Bestimmung der Widerstände eingesetzt. Die Vierleitermessung wird vor allem bei der Messung kleiner Widerstände eingesetzt, wenn die parasitären Widerstände von Zuleitungen und Kontaktstellen nicht mehr vernachlässigbar klein gegenüber dem zu messenden Widerstand sind. Die Vierleitermessung wird verwendet zur Bestimmung der Kontaktwiderstände der Öffner im abgefallenen Zustand, sowie der Schließer im angezogenen Zustand des Relais.
  • • Hochohmmessung mit Schaltmatrix Eine einfache Widerstandsmessung zur Bestimmung von hochohmigen Widerständen. Die Hochohmmessung wird Verwendet zur Bestimmung der Kontaktwiderstände der Öffner im angezogenen Zustand, sowie der Schließer im abgefallenen Zustand des Relais. Zusätzlich auch zur Ermittlung der Widerständen zwischen allen Schaltungsebenen, inkl. der Wicklungsebene.
  • • Kontaktanschluss-Übergangswiderstandsmessung Kombination der beiden oben beschriebenen Messschaltungen. Diese Messung wird verwendet um den Übergangswiderstand der einzelnen Kontaktanschlüsse zu messen.
With the tester, two differently designed measuring circuits can be switched. A third measuring variant can be carried out by a combination of both circuits.
  • • Milliohm measurement with switching matrix Here, a four-wire measurement is used to determine the resistances. The four-wire measurement is mainly used in the measurement of small resistors, when the parasitic resistances of leads and contact points are no longer negligible compared to the resistance to be measured. The four-wire measurement is used to determine the contact resistance of the normally closed contacts in the de-energized state, as well as the normally open contact in the energized state of the relay.
  • • High impedance measurement with switching matrix A simple resistance measurement for the determination of high-resistance resistors. The high-ohm measurement is used to determine the contact resistance of the normally closed contact in the attracted state, as well as the normally open contact in the disconnected state of the relay. In addition also for the determination of the resistances between all circuit levels, incl. The winding level.
  • • Contact connection contact resistance measurement Combination of the two measuring circuits described above. This measurement is used to measure the contact resistance of the individual contact terminals.

Die Schaltmatrix besteht aus 144 Optokopplern mit MOSFET-Ausgängen und dient der Umschaltung zwischen den Anschlüssen des Relais, damit die unterschiedlichen Schaltebenen unabhängig voneinander gemessen werden können.The switching matrix consists of 144 optocouplers with MOSFET outputs and is used to switch between the terminals of the relay, so that the different switching levels can be measured independently.

Die Optokoppler werden über zwei Porterweiterungen (IC3 und IC5) vom µC so angesteuert, dass immer die korrespondierenden Optokoppler gleichzeitig aktiv sind. Die aktiven Optokoppler schalten jeweils ihr Signal auf einen Anschluss des entsprechenden zweipoligen-Kelvinkontaktes. Somit wird gewährleistet, dass die positive Seite der Stromquelle mit der positiven Seite der Spannungsmessung zusammen an den gleichen Anschluss des Relais geschaltet wird. Das Gleiche gilt für die negativen Seiten.The optocouplers are controlled by μC via two port extensions (IC3 and IC5) so that the corresponding optocouplers are always active at the same time. The active optocouplers each switch their signal to a terminal of the corresponding two-pole Kelvin contact. This ensures that the positive side of the current source with the positive side of the voltage measurement is connected together to the same terminal of the relay. The same applies to the negative sides.

Die zeichnerischen Darstellungen zeigen in

  • 1 zeigt das Blockschaltbild der Gesamtschaltung
  • 2 zeigt einen Ausschnitt der Schaltmatrix
  • 3 zeigt die Konstantstromquelle
  • 4 zeigt die Spannungsmesseinrichtung für die Milliohmmessung
  • 5 zeigt die Spannungsquelle für die Hochohmmessung
  • 6 zeigt die Messschaltung für die Hochohmmessung
The drawings show in
  • 1 shows the block diagram of the overall circuit
  • 2 shows a section of the switching matrix
  • 3 shows the constant current source
  • 4 shows the voltage measuring device for the Milliohmmessung
  • 5 shows the voltage source for the high-impedance measurement
  • 6 shows the measuring circuit for the high-resistance measurement

1 zeigt das Blockschaltbild der Gesamtenmessschaltung 1 shows the block diagram of the total measuring circuit

In dem Blockschaltbild ist die Messschaltung in wesentliche Teile aufgeteilt.

  • - Das Netzteil stellt die Spannung für die Ansteuerung des Prüflings (Kammrelais) in der Höhe von 2V bis 110V und die Versorgungsspannung für die Hochohmmessung (UEinspeisung für ISO) von 60V bereit.
  • - Die „UEinspeisung für ISO“ begrenzt die Versorgungsspannung auf 55V sowie den maximalen Strom auf 1mA für die Hochohmmessung
  • - Die „UMessung für ISO“ generiert eine Spannung im Verhältnis zur Formel R x = R g ( U i s o U g 1 ) R x = R g ( U i s o U g 1 )
    Figure DE102017202476B4_0001
    die zur Messung an dem Mikrokontroller weitergeleitet wird. Wobei:
    • Rx dem zumessenden Widerstand entspricht.
    • Uiso der Versorgungsspannung hier 55V
    • Rg der interner Messwiderstand und
    • Ug die Messspannung
    Entspricht.
  • - Die „Konstantstromquelle“ stellt den benötigten konstant Strom für die Milliohmmessung bereit.
  • - Die „ΔUMessung für mΩ“ ermittelt den Spannungsabfall der über der zu messenden Schaltebene Abfällt.
  • - Der „Prüfling“ steht Symbolisch für das zu vermessende Kammrelais.
  • - Die „Matrix“ in der Mitte der Darstellung wird vom Prozessor aus in der Form angesteuert, dass Nacheinander alle Isolations- und Übergangswiderstände gemessen werden können.
In the block diagram, the measuring circuit is divided into essential parts.
  • - The power supply provides the voltage for the control of the device under test (comb relay) in the amount of 2V to 110V and the supply voltage for the high impedance measurement (U supply for ISO) of 60V.
  • - The "U feed for ISO" limits the supply voltage to 55V and the maximum current of 1mA for the Hochohmmessung
  • - The "U Measurement for ISO" generates a voltage in relation to the formula R x = R G ( U i s O U G - 1 ) R x = R G ( U i s O U G - 1 )
    Figure DE102017202476B4_0001
    which is passed on to the microcontroller for measurement. In which:
    • R x corresponds to the measured resistance.
    • U iso the supply voltage here 55V
    • R g is the internal measuring resistor and
    • U g the measuring voltage
    Complies.
  • - The "constant current source" provides the required constant current for the Milliohmmessung.
  • - The "ΔU measurement for mΩ" determines the voltage drop of the over the to be measured switching level drops.
  • - The "test item" symbolizes the comb relay to be measured.
  • - The "matrix" in the middle of the display is controlled by the processor in the form that successively all insulation and contact resistance can be measured.

2 Schaltmatirx mit Optokoppler-MOSFET's 2 Switching matrix with optocoupler MOSFETs

Diese Abbildung zeigt den Ausschnitt aus der Schaltmatrix der für die Milliohmmessung zuständig ist. Hier ist an der oberen Seite in der Mitte ein 100mΩ Widerstand zu sehen, dieser wird für den Selbsttest verwendet. Die Ansteuerung hierfür erfolgt über die Steuerleitungen 1P7 und 2P7.Desweiteren ist auch die Steuerleitung 1P31 für IC65 zu schalten. Dies ist erforderlich, damit des zu messende Signal an die Messschaltung weitergeleitet wird. Hier raus ist zu entnehmen das die Optokoppler immer Paarweise angesteuert werden. Senkrecht in der Mitte sind die Leitungen auf einen Datenbus geführt, die zu den bezeichneten Kelvinkontakten geführt werden. Mit diesen Kelvinkontakten wird die Verbindung zum Kammrelais hergestellt.This figure shows the excerpt from the switching matrix which is responsible for the milliohm measurement. Here is a 100mΩ resistor on the upper side in the middle, this is used for the self-test. This is controlled via the control lines 1P7 and 2P7. Furthermore, the control line 1P31 for IC65 must also be switched. This is necessary so that the signal to be measured is forwarded to the measuring circuit. Here you can see that the optocouplers are always driven in pairs. Vertically in the middle of the lines are led to a data bus, which are led to the designated Kelvin contacts. With these Kelvin contacts the connection to the comb relay is made.

Im Einzelnen sind die Funktionen wie folgt beschrieben:

  • • Milliohmmessung mit Schaltmatrix
In detail, the functions are described as follows:
  • • Milliohm measurement with switching matrix

Der Bereich der Milliohmmessung mit Schaltmatrix unterteilt sich in drei Schaltungsteile. Diese sind die Konstantstromquelle, eine sehr hochohmigen Spannungsmessung und Verstärkung sowie die Schaltmatrix. Die Verstärkung des Instrumentenverstärkers wird umgeschaltet. Die Verstärkungen sind 10-, 100-, 1000-Fach.The range of Milliohmmessung with switching matrix is divided into three circuit parts. These are the constant current source, a very high-voltage voltage measurement and amplification as well as the switching matrix. The gain of the instrumentation amplifier is switched. The reinforcements are 10, 100, 1000 drawer.

Die Konstantstromquelle, wie in 3 dargestellt, besteht aus einer Operationsverstärkerschaltung mit IC1 und dessen Bauteilen R1, R2, R3, LED1 und Q4. Mit R3 und der LED1 wird für den Operationsverstärker (OP) eine Referenzspannung erzeugt, die über R2 am positiven Eingang zur Verfügung gestellt wird. Ist der Ausgang des OP's nun durch Hinzufügen eines Messobjektes beschaltet, versucht dieser nun einen Spannungsabfall in der Höhe der Referenzspannung über R1 zu erzeugen. Dies hat einen Stromfluss von I = U/R I = Uref/R3 I = 1 ,6V/75Ohm I = 21 ,33 mA

Figure DE102017202476B4_0002
zur Folge.The constant current source, as in 3 shown, consists of an operational amplifier circuit with IC1 and its components R1 . R2 . R3 . LED1 and Q4 , With R3 and the LED1, a reference voltage is generated for the operational amplifier (OP), the over R2 is provided at the positive entrance. If the output of the OP is now connected by adding a measured object, this now attempts a voltage drop in the height of the reference voltage R1 to create. This has a current flow of I = U / R I = Uref / R3 I = 1 6V / 75ohm I = 21 , 33 mA
Figure DE102017202476B4_0002
result.

Mit Hilfe des MOSFET Q4 kann der Ausgang der Konstantstromquelle, zum Schutze des Prüflings, kurzgeschlossen werdenWith the help of MOSFET Q4, the output of the constant current source can be short-circuited to protect the device under test

Die hochohmige Spannungsmessung besteht aus dem Instrumentenverstärker (Inst-OP) IC4 und dem nachgeschalteten Operationsverstärker IC2. Der Inst-OP verstärkt und entkoppelt die am Prüfling hochohmig (GOhm) gemessene Spannung. Der nachgeschaltete Operationsverstärker (OP) IC2 ist als Spannungsfolger verschaltet, so dass die Belastung des nachfolgenden Analog-Digital-Wandler (ADC) keinen Einfluss mehr auf das Messsignal hat.The high-impedance voltage measurement consists of the instrument amplifier (Inst-OP) IC4 and the downstream operational amplifier IC2. The Inst-OP amplifies and decouples the voltage measured at the device under test (GOhm). The downstream operational amplifier (OP) IC2 is connected as a voltage follower, so that the load of the subsequent analog-to-digital converter (ADC) has no influence on the measurement signal.

Die Schaltmatrix die zwischen diesen beiden Schaltungsteilen liegt, besteht aus 76 Optokopplern mit MOSFET-Ausgängen und dient der Umschaltung zwischen den Anschlüssen des Relais, damit die unterschiedlichen Schaltebenen unabhängig voneinander gemessen werden können. Die Optokoppler werden über zwei Porterweiterungen (IC3 und IC5) vom µC so angesteuert, dass immer die korrespondierenden Optokoppler gleichzeitig aktiv sind. Die aktiven Optokoppler schalten jeweils ihr Signal auf einen Anschluss des entsprechenden zweipoligen-Kelvinkontaktes. Somit wird gewährleistet, dass die positive Seite der Stromquelle mit der positiven Seite der Spannungsmessung zusammen an den gleichen Anschluss des Relais geschaltet wird. Das Gleiche gilt für die negativen Seiten. Werden nun, wie in der 2 dargestellt, die Ausgänge P1 und P2 geschaltet, werden die Anschlüsse der Stromquelle und der Spannungsmessung an entsprechender Stelle auf den Prüfling geschaltet. Somit wird nun die Verschaltung zur Vier-Leiter-Messung vollständig. Diese Matrix ist in 2 für einen Schaltfall auszugsweise dargestellt. Die korrespondierenden Optokoppler sind in diesem Fall Q31 und Q81 sowie Q52 und Q112. Hierbei stehen die Anschlüsse des Widerstandes R41 für die Anschlüsse des Relais und der Widerstand R41 für den Übergangswiderstand eines Kontaktsatzes des Relais der zwischen den Anschlüssen liegt.The switching matrix between these two circuit parts consists of 76 optocouplers with MOSFET outputs and is used to switch between the terminals of the relay, so that the different switching levels can be measured independently. The optocouplers are controlled by μC via two port extensions (IC3 and IC5) so that the corresponding optocouplers are always active at the same time. The active optocouplers each switch their signal to a terminal of the corresponding two-pole Kelvin contact. This ensures that the positive side of the current source with the positive side of the voltage measurement is connected together to the same terminal of the relay. The same applies to the negative sides. Now, as in the 2 shown, the outputs P1 and P2 connected, the terminals of the power source and the voltage measurement are connected at the appropriate place on the DUT. Thus, the interconnection for four-wire measurement is now complete. This matrix is in 2 shown in excerpts for a switching case. The corresponding optocouplers in this case are Q31 and Q81 as well as Q52 and Q112. Here are the connections of the resistor R41 for the connections of the relay and the resistor R41 for the contact resistance of a contact set of the relay which lies between the terminals.

• Hochohmmessung mit Schaltmatrix• High impedance measurement with switching matrix

Der Bereich der Hochohmmessung unterteilt sich in drei Schaltungsteile. Diese sind die Bereitstellung der Messspannung für die Hochohmmessung, die Schaltmatrix und den Messkreis.The range of high-impedance measurement is divided into three circuit parts. These are the provision of the measuring voltage for the high-ohm measurement, the switching matrix and the measuring circuit.

Die Messspannung für die Hochohmmessung wird über eine Regelschaltung, bestehend aus T1 und T2 in 5, bereitgestellt. Die Regelschaltung begrenzt den Messstrom, so dass bei niederohmigen Isolationsfehlern diese nicht überlastet wird.The measuring voltage for the high-impedance measurement is controlled by a control circuit consisting of T1 and T2 in 5 , provided. The control circuit limits the measuring current so that it is not overloaded with low-resistance insulation faults.

Diese Ausgangsspannung wird der Schaltmatrix und über eine Widerstandskombination, bestehend aus R15 und R17, dem ADC zugeführt. Die Schaltmatrix schaltet diese Messspannung auf den Adaptersockel. Die Schaltmatrix koppelt auch die Messspannung vom Adaptersockel aus und leitet diese an den Messkreis der Hochohmmessung weiter.This output voltage is the switching matrix and a resistor combination consisting of R15 and R17 supplied to the ADC. The switching matrix switches this measuring voltage to the adapter socket. The switching matrix also couples the measuring voltage from the adapter socket and forwards it to the measuring circuit of the high-impedance measurement.

Die Hochohmwiderstandsmessung wird mit dem Messverstärker um IC9 vorbereitet und vom ADC der im µC ist durchgeführt. Mit dem FET Q1 und dem entsprechenden Steuersignal „IS256“ kann der Messwiderstand für die Hochohmmessung im Verhältnis 10 zu 1 gewechselt werden. Der höhere Messwiderstand (150 kOhm) besteht, wenn der FET Q1 nicht geschaltet ist. Der Messverstärkers IC 9 ist als Spannungsfolger verschaltet. Die Widerstände R53 und R54 in Verbindung mit den Kondensatoren C82 und C83 eliminieren Störsignale im Messsignal. Die Dioden D1 und D10 sorgen für eine Spannungsbegrenzung des Messsignals am Eingang des Verstärkers (IC9). Die Dioden D2 und D3 dienen der Spannungsbegrenzung im Fehlerfall.The high-ohm resistance measurement is prepared with the measuring amplifier around IC9 and performed by the ADC in the μC. With the FET Q1 and the corresponding control signal "IS256", the measuring resistor for the high-resistance measurement can be changed in a ratio of 10 to 1. The higher measuring resistor (150 kOhm) exists when the FET Q1 is not switched. The measuring amplifier IC 9 is connected as a voltage follower. The resistors R53 and R54 in conjunction with the capacitors C82 and C83 eliminate interfering signals in the measuring signal. The diodes D1 and D10 provide a voltage limitation of the measuring signal at the input of the amplifier (IC9). The diodes D2 and D3 serve to limit the voltage in the event of a fault.

• Messung des Kontaktübergangswiderstandes• Measurement of contact resistance

Bei diesem Messverfahren wird indirekt ermittelt, ob sich ein Belag auf den Anschlüssen des Relais befindet. Dies geschieht im Wesentlichen mit den Schaltungsteilen:

  • • Stromquelle der Milliohmmessung
  • • Messkreis der Hochohmmessung.
In this measurement method, it is indirectly determined whether a coating is on the terminals of the relay. This essentially happens with the circuit parts:
  • • Milliohm meter current source
  • • High ohm measurement loop.

Hierfür wird die Stromquelle als Konstantspannungsquelle verwendet. Diese Spannung wird nun von der Schaltmatrix der Milliohmmessung auf den Anschluss des Adaptersockels gegeben. Die Schaltmatrix der Hochohmmessung koppelt von der zweiten Seite des Kelvinkontaktes des Adaptersockels die Messspannung zum Messkreis der Hochohmmessung hin aus. Wie in 6 dargestellt wird unter Verwendung des MOSFET Q2 und des Widerstandes R51 wird der Messkreis für die Messung des Kontaktübergangswiderstandes eingestellt. Somit ist die Spannung am Ausgang des Messverstärkers IC9 das Maß für den Kontaktübergangswiderstand und wird vom ADC im µC ermittelt.For this purpose, the power source is used as a constant voltage source. This voltage is now given by the switching matrix of the Milliohmmessung on the connection of the adapter socket. The switching matrix of the high-ohm measurement couples the measuring voltage to the measuring circuit of the high-impedance measurement from the second side of the Kelvin contact of the adapter socket. As in 6 is shown using the MOSFET Q2 and the resistor R51 the measuring circuit for measuring the contact resistance is set. Thus, the voltage at the output of the measuring amplifier IC9 is the measure of the contact resistance and is determined by the ADC in μC.

Die unten stehende Tabelle listet in Kurzform die Funktionen der einzelnen Anschlüsse auf. Steckerbezeichnung Funktion SV-X1 Ansteuerung Relais Ansteuerung Porterweiterung Ansteuerung DCDC-Wandler Übertragung Messwerte SV-X4 Relaisadapter Spulenteil SV-X7 Versorgung für Netzteil KpSW SV-X8 Ausgang von Netzteil KpSW SV-X9 Kommunikation für Netzteil KpSW SV-X5 Relaisadapter Schaltebenen Teil 1 SV-X6 Relaisadapter Schaltebenen Teil 2 SV-X3 Versorgung vom externen Netzteil SV-X2 Versorgung +5V vom µC-Board The table below briefly summarizes the functions of each connector. connector name function SV-X1 Control relay Control port extension Control DCDC converter Transmission of measured values SV-X4 Relay adapter coil part SV-X7 Supply for power supply KpSW SV-X8 Output of power supply KpSW SV-X9 Communication for power supply KpSW SV-X5 Relay adapter switching levels Part 1 SV-X6 Relay adapter switching levels Part 2 SV-X3 Supply from the external power supply SV-X2 Supply + 5V from the μC board

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Prüflingexaminee
22
SchatmatrixSchatmatrix
33
Spannungsmesservoltmeter
44
Spannungsmessungvoltage measurement
55
KonstantstromquelleConstant current source
66
SpannungseinpseisungSpannungseinpseisung
77
Netzteilpower adapter
88th
OpptokopplerOpptokoppler
ICxICx
Operationsverstärkeroperational amplifiers
QxQx
FeldeffekttransistorField Effect Transistor
TxTx
Transistortransistor
Dxdx
Diodediode
RxRx
Widerstandresistance
Cxcx
Kondensatorcapacitor

Claims (5)

Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines Relais mit einem Spulenstromkreis zur Ansteuerung der Relaisspule und mindestens einer Schaltebene, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schaltmatrix aufweist, bestehend aus 144 Optokopplern mit MOSFET Ausgängen.Device for functional testing of a relay with a coil circuit for driving the relay coil and at least one switching level, characterized in that the device has a switching matrix consisting of 144 optocouplers with MOSFET outputs. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Schaltebenen unabhängig voneinander gemessen werden können.Device for functional testing of relays according to Claim 1 , characterized in that different switching levels can be measured independently. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Relais nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix so verschalten ist das eine Vier-Leiter-Messung erfolgt.Device for functional testing of relays according to one of Claims 1 and 2 , characterized in that the switching matrix is interconnected so that a four-conductor measurement is performed. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungspannung in der Vorrichtung einstellbar ist.Device for functional testing of relays according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that a supply voltage in the device is adjustable. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung zwischen den Messschaltungen für Niederohmmessung / Hochohmmessung innerhalb der Vorrichtung mit der Schaltmatrix automatisiert wird.Device for functional testing of relays according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that a switching between the measuring circuits for low-impedance measurement / high-impedance measurement is automated within the device with the switching matrix.
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