Przełączanie przekaźników - działanie testera AT

Techniki przełączania przekaźników - 20-węzłowa macierz przekaźników

Voltech AT5600 wykorzystuje 20-węzłową macierz przekaźnikową, zakończoną parami sond sprężynowych, co pozwala na podłączenie do urządzenia standardowych urządzeń.
Każda para sond sprężynowych (węzeł) jest podłączona do czterech przekaźników wysokonapięciowych, skonfigurowanych do pomiaru w pełnym zakresie Kelvina (4-przewodowo).
Dwa z tych przekaźników, „Source Hi” i „Source Lo” (para „zasilania”) są pobudzane w celu dostarczenia źródła napięcia/prądu do testowanego komponentu.
Pozostałe dwa przekaźniki, „Measure Hi” i „Measure Lo” (para „czujników”) są pobudzane w celu skierowania źródła napięcia/prądu do obwodu pomiarowego.
Konfigurację tę pokazano poniżej na rysunku 1 dla jednego z węzłów podłączonych do jednego końca uzwojenia testowanego transformatora.

Rysunek 1

Tego typu układ przekaźników Kelvina dla każdego z 20 węzłów jest w pełni kontrolowany przez układ AT5600 i można go programować za pomocą dostarczonego oprogramowania AT Editor.
Nie ma ograniczeń co do tego, który węzeł jest używany dla danego uzwojenia transformatora.

Rysunek 2
Zdjęcie po prawej stronie przedstawia zrzut ekranu z oprogramowania AT Editor.
Jest to graficzna reprezentacja rzeczywistej 20-węzłowej macierzy przekaźników na samym testerze AT.
Każdy ponumerowany węzeł (1-20) przedstawia schemat czterech przekaźników pokazany na rysunku 1 powyżej.
Na każdy węzeł przypadają cztery przekaźniki, a na 20 węzłów przypada łącznie 80 przekaźników.

Optymalizacja niezawodności przekaźników

Przekaźniki są często uważane za gorszą alternatywę dla przełączników półprzewodnikowych jako urządzenia przełączające. Jednak przekaźniki oferują środki do utrzymywania tysięcy woltów, gdy są otwarte, i nadal zapewniają kilkadziesiąt miliomów rezystancji styku, gdy są zamknięte — cechy, których nie może zapewnić żadne urządzenie półprzewodnikowe ani teraz, ani w przewidywalnej przyszłości.
Głównym powodem, dla którego przekaźniki są uważane za podzespoły gorszej jakości, jest to, że zakłada się, iż są zawodne.
Jednakże żywotność mechaniczna przekaźnika przekracza 100 000 000 operacji — co wystarczy, aby wytrzymać ponad dziesięć lat w intensywnie użytkowanym testerze transformatorów, pod warunkiem, że do przełączania przekaźnika zostanie użyta właściwa technika. Voltech opracował taką technikę.

Aby wydłużyć żywotność przekaźników, źródła napięcia i prądu AT3600 są wyłączane przed każdym otwarciem i zamknięciem 80 przekaźników wysokonapięciowych.
Na początku każdego testu przekaźniki są zamykane, zanim zostanie podane jakiekolwiek napięcie.
Pod koniec testu układ AT3600 sprawdza prąd przepływający przez przekaźniki i jeśli prąd nadal płynie, układ AT3600 czeka, aż spadnie do zera, zanim otworzy przekaźniki.
Technika ta znana jest jako przełączanie na zimno i minimalizuje łuk elektryczny na stykach przekaźnika, zapewniając minimalną degradację styków i maksymalizując w ten sposób żywotność przekaźników i samego urządzenia AT3600.

Znaczenie pomiaru prądu przy przełączaniu na zimno ilustruje poniższy rysunek 3.

Gdyby przekaźniki były otwierane po ustalonym czasie od wyłączenia zasilania, musiałby to być długi czas, aby poradzić sobie z najbardziej niesprzyjającym podzespołem, co niepotrzebnie marnowałoby czas testowania większości podzespołów.
Z drugiej strony, jeżeli wybrany czas będzie zbyt krótki, przekaźniki będą narażone na prąd wyłączający, co spowoduje łuk elektryczny i skróci ich żywotność.

Większość rozwiązań testujących transformatory wykorzystujących zewnętrzną matrycę po prostu wykorzystuje stały czas do określenia momentu otwarcia przekaźników, co wiąże się z ryzykiem łuku elektrycznego i degradacji przekaźników.
W swojej serii produktów AT firma Voltech maksymalizuje prędkość i niezawodność poprzez zastosowanie zintegrowanej matrycy ze źródłem i pomiarem, aktywnej metody rozładowania wymuszającej jak najszybszy zanik prądu oraz pomiaru momentu, w którym prąd spada do zera przed otwarciem.
Otwieranie i zamykanie przekaźników jest niezwykle szybkie (czas zamykania wynosi około trzech milisekund, a czas zwalniania — jedną milisekundę).

Aby utrzymać dokładność działania urządzenia AT3600, w urządzeniu AT5600 wprowadzono bardzo kompleksową procedurę autotestu.
Sekwencja autotestu jest inicjowana przez użytkownika po zakończeniu sekwencji włączania. Autotest został zaprojektowany w celu pełnego przetestowania zakresu działania produktu, w tym rezystancji styków 40 przekaźników źródłowych i 40 przekaźników pomiarowych.
Rezystancja styku może wzrosnąć po wielu miesiącach użytkowania ze względu na migrację zanieczyszczeń o grubości cząsteczek do powierzchni styku.
Jeśli rezystancja styku jest większa niż ustalona wartość na styku przekaźnika, automatycznie uruchamiany jest unikalny proces czyszczenia elektronicznego, aż styk przekaźnika osiągnie swoją pierwotnie niską wartość. Działanie to dodatkowo maksymalizuje cykl życia przekaźników.

Wnioski

Każdy z 80 przekaźników AT3600 charakteryzuje się średnim, sprawdzonym w praktyce czasem między awariami (MTBF) przekraczającym 100 000 000 operacji, znamionowym napięciem postojowym 10 kV prądu stałego lub szczytowym prądu przemiennego oraz prądem przełączającym do 3 A prądu stałego lub szczytowego prądu przemiennego.
Połączenie tego ze wbudowaną sekwencją autotestu, szybkością przełączania przekaźników, systemem pomiaru Kelvina, rzeczywistymi metodami przełączania i unikalnym procesem elektronicznego czyszczenia przekaźników AT3600 sprawia, że jest to jedna z najdokładniejszych i najpewniejszych metod mocowania i testowania transformatorów dostępnych w jednym instrumencie.

Ogłoszenie

Układ wielu przekaźników, źródeł sygnału i obwodów pomiarowych stosowany w testerach serii AT firmy Voltech chroniony jest następującymi patentami:
USA: US5500598 ; Wielka Brytania: 2261957B ; Europa: 0621953B .