专利名称：模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种继电器综合测试台，特别是指一种模拟铁路及地铁运行 环境的继电器综合测试台。它能模拟铁路及地铁运行环境的温度、振动和冲
击，振动和冲击参数满足IEC 61373-1999和国标TB/T3058-2002要求，同时 完成继电器的电气测试。它可以用于电力机车和地铁车辆上的各种继电器的 综合测试。
背景技术：
目前，现在市场上有各种类型的继电保护测试仪，或称继电器测试仪， 可以对电力系统中常用的电流、电压、频率、差动、阻抗、距离、方向、中 间、时间继电器进行检验和测试。对铁路的电力机车而言，已有机车电器综 合试验台产品，可以对电力机车上的中间、电流、时间继电器和接触器等常 用电器进行电气测试。但这些产品都不能模拟铁路运行环境的温度、振动和 冲击特性，测量得到的参数和特性是继电器的静态参数，而不是继电器在铁 路真实运行条件下的特性。电力系统中的各种继电器或继电保护装置都是工 作在静止状态，对它们的校验和测试只需测试其静态参数和特性就足够了。 但是，铁路上的电力机车和城市地铁车辆是处于高速运行过程中，其温度、 振动和冲击特性比较特殊，处于这种特殊环境下的继电器它的各种电气参数、 工作特性和寿命等与静态条件下的参数、特性和寿命存在很大的差异。统计数据表明，某城市地铁开通4年来，SH8系列继电器更换比例高达73X,而 且故障率还在逐年升高。这都表明，在铁路运行环境下继电器的故障率比一 般情况下要高，必须在铁路运行环境的温度、振动和冲击的条件下测试得到 的继电器的电气参数才是有意义的。对此，欧盟颁布了 IEC 61373-1999 "铁 路设备一滚动车辆设备一冲击和振动试验"标准，铁道部颁布了相应的国标 TB/T3058-2002 "铁路应用机车车辆设备冲击和振动试验"标准，规定在铁路 机车上应用的设备必要通过相应的振动和冲击试验。
市场上也有各种振动和冲击试验台、温度试验台等产品，但一般都是对 被测工件完成振动、冲击和温度变化试验后，再测试工件的功能是否正常。 能够在模拟的铁路运行环境的温度、振动和冲击条件下，同时完成多个机车 用继电器电气特性测试的产品，尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种模拟铁路 及地铁运行环境的继电器综合测试台的产品，它能模拟铁路及地铁运行环境 的温度、振动和冲击，参数满足欧盟IEC 61373-1999和国标TB/T3058-2002 要求，同时完成继电器的电气测试。
该测试台可以在模拟铁路及地铁运行环境的同时，完成电力机车和地铁 车辆上各种继电器的综合测试。既可以完成单个继电器的综合测试，也可以 同时对多个继电器进行测试。既可以进行单次测试，也可以对继电器进行24 小时的寿命测试。
本发明的目的可以通过以下措施来达到
一种模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台，模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台由温度箱工作区、振动冲击试验台、测试主机、 电气测试仪、和振动冲击试验台的功率放大器和冷却风机组成；温度箱工作
区和振动冲击试验台之间采用密封的软连接；温度箱工作区的温度由温度箱 及其控制器进行控制；被测继电器放在温度箱工作区内，并由夹件固定在振 动冲击试验台的台面上，继电器通过测试信号电缆与电气测试仪相连；电气 测试仪通过通信电缆与测试台主机相连，并通过控制电缆与振动冲击台功率 放大器相连；振动冲击台功率放大器通过控制电缆与振动冲击试验台相连； 振动冲击试验台采用风冷方式，通过风管与冷却风机和消音器相连。
振动冲击试验台选用北京中元环试设备公司的R0060S振动冲击试验台， 温度试验箱选用重庆四达试验仪器有限公司的THV702 — 60温度试验箱。
电气测试仪的CPU由单片机构成，CPU连接有通信驱动、控制驱动和信 号驱动及转换电路；
电气测试仪的作用产生0 150V的直流电压信号，加在继电器的线圈 上，测量继电器触头吸合和释放时的电压和电流、线圈温度、触点接触电阻、 触头动作时间和负载电流，以上信号及电流经信号驱动及转换电路输出；
通信驱动的作用测试主机经通信驱动传来被测继电器的相应的测试信
号；
控制驱动的作用测试主机传来的振动冲击模式和参数，经振动冲击台 功率放大器、控制电缆、控制驱动产生驱动信号。
本发明相比现有技术具有如下优点本发明设计一种继电器综合测试
台，它能模拟铁路及地铁运行环境的温度、振动和冲击特性，参数满足IEC 61373-1999和国标TB/T3058-2002要求，同时完成多个继电器的电气测试。 它可以用于电力机车和地铁车辆上各种继电器的综合测试，通过模拟真实运行环境的电气测试，快速筛选出故障继电器，有效地减少电力机车和地铁车 辆运行过程中由于继电器故障所导致的事故，显著提高电力机车和地铁车辆 运营的安全性和可靠性，具有广泛的市场应用前景。
图l模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台示意图2模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台侧视图； 图3 电气测试仪的电气原理图。 图号说明
l一温度箱工作区、2_舱门、3 —观察窗、4一门开关、5 —被 测试继电器、6 —振动冲击试验台、 7 —风管、8 —冷却风机、9_ 消音器、IO —测试台主机、ll一通信电缆、12—电气测试仪、13 — 控制电缆、 14一振动冲击台功率放大器、15 —测试信号电缆、16 — 驱动电缆、17 —温度箱、18 —温度箱控制器。 具体实施例
模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台由温度箱工作区(1)、振 动冲击试验台(6)、测试主机(10)、电气测试仪(12)、和振动冲击试验 台的功率放大器(13)和冷却风机(8)等部分组成，如图l所示。温度箱工 作区(1)和振动冲击试验台(6)之间采用密封的软连接。温度箱工作区(1) 的温度由温度箱(17)及其控制器(18)进行控制。被测继电器(5)放在温 度箱工作区内，并由夹件固定在振动冲击试验台(6)的台面上，继电器通过 测试信号电缆(15)与电气测试仪(12)相连。电气测试仪(12)通过通信 电缆(11)与测试台主机(10)相连，并通过控制电缆(13)与振动冲击台 功率放大器(14)相连。振动冲击台功率放大器(14)通过控制电缆(16)与振动冲击试验台(6)相连。振动冲击试验台(6)采用风冷方式，通过风
管(7)与冷却风机(8)和消音器(9)相连。
测试前，首先将被测继电器(5)用夹件固定在温度箱工作区(1)内的 振动冲击试验台(6)的台面上，并接好测试信号电缆(15)。测试时，先设 定温度箱控制器(18)，以控制温度箱工作区(1)的温度。然后通过测试台 主机(10)上配置的专用测试软件，选择振动冲击试验台(6)的振动和冲击 的模式和参数、被测继电器的型号和个数，通过电气测试仪(12)启动振动 冲击台的功率放大器(14)，通过驱动电缆(16)控制振动冲击试验台(6)， 使其工作在测试主机(10)设定的模式和参数下，同时启动冷却风机(7)， 实施振动冲击试验台(6)的冷却。通过电气测试仪(12)发出测试信号，开 始继电器的电气测试。电气测试仪(12)负责振动冲击和电气测试之间的同 步。测试完成后，电气测试仪(12)将试验结果返回给测试主机(10)，由 测试主机上的专用测试软件给出最终的试验报告。
该综合测试台能完成的测试试验有
1) 线圈特性试验
2) 触点特性试验
3) 负载电流能力试验
4) 连续通断电测试(24小时仿真测试)
5) 振动测试试验
6) 试验结果综合评估 详细的测试试验项目有
(1) 线圈阻抗测量试验
(2) 线圈吸合电压测量试验(3) 线圈吸合电流测量试验
(4) 线圈释放电压测量试验
(5) 线圈释放电流测量试验
(6) 线圈温度特性试验
(7) 线圈高压绝缘试验(需使用高压绝缘测试仪进行测试)
(8) 触点接触电阻测量试验
(9) 触点动作时间测量试验
(10) 触头压力测量试验(需打开继电器，使用触点压力测试仪进 行测试)
(11) 触头电弧清洁(需打开继电器，使用专用的触头清洁设备)
(12) 负载电流能力试验
(13) 24小时连续通断试验
(14) 模拟列车运行环境振动和冲击试验 该综合测试台的性能指标如下-
(1) 电气测试仪直流电源范围
DC 0 150V,负载电压为DC110 120V;
(2) 振动冲击实验台参数
正弦推力6000N 随机推力 6000N rms 冲击推力 12000N
使用频率范围2~4000Hz (无需地脚螺栓固定) 动圈台面直径O 250mm 最大连续加速度1000m/s2 (102g)最大连续速度2.0m/s
最大位移连续38腿(p-p);瞬态51mm(p-p)
振动台运动部件质量6 kg
隔振频率2Hz 漏磁《15gauss
振动台承载能力150kg 冷却方式风冷
系统总功耗15KVA (3)振动控制模式-
(a)正弦振动控制
控制频率范围l-3000Hz
频率示值误差5Hz〈f〈100Hz， 0. 05Hz;》100Hz， S 0. 05% 振动信号幅值精度《0.5dB
信号失真度《0. 3%(f《2000Hz);《0. 5%(f>2000Hz)
振动方式定频、扫频。
扫频方式对数、线性
扫频速率对数0-50 Oct/min;线性0 — 2000Hz
扫频误差:.《0. 001%
试验谱设，t: 999个交越频率点。
控制方式最大值、最小值、平均值
动态范围100dB
控制精度±0. 5dB
谐波失真《0. 3%压縮精度《土1.5dB 压縮速度自适应
(b) 随机振动控制
频率范围0. l-3300Hz
频率分辨力100、 200、 400、 800线
控制谱动态范围》60dB
控制精度PSD《士0.7dB(90Q/。置信度)
控制回路时间〈100mS(不含显示时间)
控制方式最大值、最小值、平均值、加权平均控制。
试验谱设置999个交越频率点。
振级设置在0—20dB范围内，试验振级及时间任意设定。
(c) 经典冲击控制
冲击波形半正弦、前(后)峰锯齿波、梯形波、三角波、
矩形波。
冲击波形补偿前(后)补偿、前后补偿、补偿时间、补
偿形式按ML—STD810标准或自定义。 冲击脉宽1-200ms
每分钟冲击次数1-1000，依冲击脉宽、每帧点数而定。 (4)温度试验参数
*温度范围_10 100°C *温度波动度土0.5。C *温度偏差±2°C *温度均匀度《2°C 程序控制温度变化； ，压縮机组冷却方式风冷
模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台由温度箱工作区(1)、 振动冲击试验台(6)、测试主机(10)、电气测试仪(12)、和振动冲击试
验台的功率放大器(13)和冷却风机(8)等部分组成，如图l和2所示。温 度箱工作区(1)和振动冲击试验台(6)之间采用密封的软连接。温度箱工 作区(1)的温度由温度箱(17)及其控制器(18)进行控制。被测继电器(5) 放在温度箱工作区内，并由夹件固定在振动冲击试验台(6)的台面上，继电 器通过测试信号电缆(15)与电气测试仪(12)相连。电气测试仪(12)通 过通信电缆(11)与测试台主机(10)相连，并通过控制电缆(13)与振动 冲击台功率放大器(14)相连。振动冲击台功率放大器(14)通过控制电缆
(16)与振动冲击试验台(6)相连。振动冲击试验台(6)采用风冷方式， 通过风管(7)与冷却风机(8)和消音器(9)相连。
本发明设计的模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台，可根据被 测试继电器的质量和类型的不同，确定不同的振动冲击试验台和温度箱的参 数。例如，对地铁车辆常用的德国SH8辅助继电器的测试，我们选用了北京 中元环试设备公司的R0060S振动冲击试验台，和重庆四达试验仪器有限公司 的THV702 — 60温度试验箱。电气测试仪的电气原理图如图3所示。在电气测 试仪(12)的设计上，采用单片机控制，根据测试主机(10)传来的被测继 电器型号产生相应的测试信号加到被测继电器(5)上。同时，电气测试仪(12) 根据测试主机(10)传来的振动和冲击模式和参数，通过控制驱动电缆驱动 振动冲击试验台的功率放大器(14)。电气测试仪(12)产生0 150V的直 流电压信号，加在继电器的线圈上，测量继电器触头吸合和释放时的电压和电流、线圈温度、触点接触电阻、触头动作时间和负载电流等电气参数。 例如，德国SH8系列辅助继电器的测试步骤如下
(1) 打开温度箱舱门(2)，将4只SH8继电器按顺序并列放在试验 台上，并用夹件固定；
(2) 将测试信号电缆(15)连在各个继电器的接线端子上，关闭舱 门(2);
(3) 通过温度箱的控制器(18)设定测试环境温度，如6(TC;
(4) 启动测试主机(10)、电气测试仪(12)和功率放大器(14);
(5) 启动测试主机(10)上的专用测试软件，选择被测继电器型号、 振动冲击的模式和参数，开始继电器的综合测试；
(6) 电气测试完成后，电器测试仪(12)会自动将测试结果上传测 试主机(10);
(7) 自动停止振动冲击试验台，手动停止温度箱的工作，使其回到 常温状态；
(8) 打开舱门，使用另配的高压绝缘测试仪测试线圈绝缘电阻；
(9) 使用另配的触点压力测试仪测试触头压力，并将测试结果输入 测试主机(10);
(10) 测试主机(12)上的专用测试软件分析测试结果，打印被测 试继电器的综合评价报告，完成整个测试过程。
本发明设计一种继电器综合测试台，它能模拟铁路及地铁运行环境的温 度、振动和冲击特性，温度变化范围-10 100'C，振动冲击台推力6000N，振 动频率范围2 4000Hz，最大连续加速度1000m/s2 (相当于102g)，最大连 续速度2.0m/s，工作台面直径O250mm，被测部件最大质量6 kg，能同时对4一6个继电器进行测试，能实现正弦振动控制和随机振动控制，能实现半正 弦、前(后)峰锯齿波、梯形波、三角波、矩形波等各种经典冲击控制，冲
击脉宽l一200ms可调，每分钟冲击次数I一IOOO，依冲击脉宽、每帧点数可 调，振动和冲击参数满足欧盟IEC 61373-1999和国标TB/T3058-2002要求。 同时，本测试台可以产生0 150V的直流电压信号，可以对继电器进行线圈 特性试验、触点特性试验、负载电流能力试验、连续通断电测试和振动测试 等试验，可以测试继电器的线圈阻抗、线圈吸合电压、吸合电流、释放电压、 释放电流、线圈温度、触点接触电阻、触点动作时间和负载电流等电气参数， 使用高压绝缘测试仪进行线圈高压绝缘测试，使用触点压力测试仪进行触头 压力测试，使用专用的触头清洁设备清洁触头，还可以进行24小时连续通断 试验和模拟列车及地铁运行环境振动和冲击试验，并根据各项测试的结果给 出被测试继电器的综合评价报告。
权利要求
1、一种模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台，其特征在于模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台由温度箱工作区、振动冲击试验台、测试主机、电气测试仪、和振动冲击试验台的功率放大器和冷却风机组成；温度箱工作区和振动冲击试验台之间采用密封的软连接；温度箱工作区的温度由温度箱及其控制器进行控制；被测继电器放在温度箱工作区内，并由夹件固定在振动冲击试验台的台面上，继电器通过测试信号电缆与电气测试仪相连；电气测试仪通过通信电缆与测试台主机相连，并通过控制电缆与振动冲击台功率放大器相连；振动冲击台功率放大器通过控制电缆与振动冲击试验台相连；振动冲击试验台采用风冷方式，通过风管与冷却风机和消音器相连。
2、 如权利要求1所述的一种模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测 试台，其特征在于所述的振动冲击试验台选用北京中元环试设备公司的 R0060S振动冲击试验台，温度试验箱选用重庆四达试验仪器有限公司的 THV702 — 60温度试验箱。
3、 如权利要求1或2所述的一种模拟铁路及地铁运行环境的继电器综 合测试台，其特征在于电气测试仪的CPU由单片机构成，CPU连接有通信 驱动、控制驱动和信号驱动及转换电路；电气测试仪的作用产生0 150V的直流电压信号，加在继电器的线 圈上，测量继电器触头吸合和释放时的电压和电流、线圈温度、触点接触电 阻、触头动作时间和负载电流，以上信号及电流经信号驱动及转换电路输出；通信驱动的作用测试主机经通信驱动传来被测继电器的相应的测试信号；控制驱动的作用测试主机传来的振动冲击模式和参数，经振动冲击台功率放大器、控制电缆、控制驱动产生驱动信号。
全文摘要
本发明涉及模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台，该测试台由温度箱工作区、振动冲击试验台、测试主机、电气测试仪、和振动冲击试验台的功率放大器和冷却风机组成；温度箱工作区和振动冲击试验台之间采用密封的软连接；温度箱工作区的温度由温度箱及其控制器进行控制；被测继电器放在温度箱工作区内，继电器通过测试信号电缆与电气测试仪相连；电气测试仪通过通信电缆与测试台主机相连，并通过控制电缆与振动冲击台功率放大器相连；振动冲击台功率放大器通过控制电缆与振动冲击试验台相连；振动冲击试验台采用风冷方式，通过风管与冷却风机和消音器相连。该测试台可减少电力机车和地铁车辆运行过程中由于继电器故障所导致的事故。
文档编号G01R31/327GK101566671SQ20091008509
公开日2009年10月28日 申请日期2009年6月1日 优先权日2009年6月1日
发明者吴俊勇, 夏明超 申请人:北京交通大学