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智能耐壓測(cè)試儀基本原理
智能耐壓測(cè)試儀基本原理
耐壓測(cè)試是指對(duì)各種電器裝置,、絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的耐受電壓能力進(jìn)行的測(cè)試。在不破壞絕緣材料性能的情況下,，對(duì)絕緣材料或絕緣結(jié)構(gòu)施加高電壓的過(guò)程稱為耐壓試驗(yàn),。一般來(lái)講，耐壓測(cè)試主要目的是檢查絕緣耐受工作電壓或過(guò)電壓的能力,，進(jìn)而檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)備的絕緣性能是否符合安全標(biāo)準(zhǔn),。
耐壓測(cè)試的基本原理：把一個(gè)高于正常工作的電壓加在被測(cè)設(shè)備的絕緣體上，并持續(xù)一段規(guī)定的時(shí)間,，如果其間的絕緣性足夠好,，加在上面的電壓就只會(huì)產(chǎn)生很小的漏電流。如果一個(gè)被測(cè)設(shè)備絕緣體在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),，其漏電電流保持在規(guī)定的范圍內(nèi),，就可以確定這個(gè)被測(cè)設(shè)備可以在正常的運(yùn)行條件下安全運(yùn)行。進(jìn)行耐壓測(cè)試時(shí),，技術(shù)規(guī)格不同被測(cè)試品,，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)也就不同。對(duì)一般被測(cè)設(shè)備,，耐壓測(cè)試是測(cè)量火線與機(jī)殼之間的漏電流值,，基本規(guī)定是：以兩倍于被測(cè)物的工作電壓再加1000V作為測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)電壓。部分產(chǎn)品的測(cè)試電壓可能高于這一規(guī)定值,。按照IEC61010的規(guī)定,，測(cè)試電壓必須在5s內(nèi)逐漸地上升到所要求的試驗(yàn)電壓值（例如5kV等），保證試驗(yàn)電壓值穩(wěn)定加在被測(cè)絕緣體上不少于5s,，此時(shí)所測(cè)回路的漏電流值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泄漏電流閾值相比較,，就可以判斷被測(cè)產(chǎn)品的絕緣性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試結(jié)束后,，試驗(yàn)電壓必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)逐漸地降至零,。
結(jié)構(gòu)組成
升壓部分
調(diào)壓變壓器、升壓變壓器及升壓部分電源接通及切斷開(kāi)關(guān)組成,。
220V電壓通過(guò)接通,，切斷開(kāi)關(guān)加到調(diào)壓變壓器上調(diào)壓變壓器輸出連接升壓變壓器。用戶只需調(diào)節(jié)調(diào)壓器就可以控制升壓變壓器的輸出電壓,。
控制部分
電流取樣,，時(shí)間電路、報(bào)警電路組成,?？刂撇糠之?dāng)收到啟動(dòng)信號(hào)，儀器立即在接通升壓部分電源,。當(dāng)收到被測(cè)回路電流超過(guò)設(shè)定值及發(fā)出聲光報(bào)警立即切斷升壓回路電源,。當(dāng)收到復(fù)位或者時(shí)間到信號(hào)后切斷升壓回路電源。
顯示電路
顯示器顯示升壓變壓器輸出電壓值,。顯示由電流取樣部分的電流值,，及時(shí)間電路的時(shí)間值一般為。
程控耐壓儀
以上是傳統(tǒng)的耐電壓試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)組成,。隨著電子技術(shù)及單片,，計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展；程控耐壓測(cè)試儀這幾年也發(fā)展很快,，程控耐壓儀與傳統(tǒng)的耐壓儀不同之處主要是升壓部分,。程控耐壓儀高壓升壓不是通過(guò)市電由調(diào)壓器來(lái)調(diào)節(jié)，而是通過(guò)單片計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)生一個(gè)50Hz或60Hz的正弦波信號(hào)再通過(guò)功率放大電路進(jìn)行放大升壓,，輸出電壓值也由單片計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,，其它部分原理與傳統(tǒng)耐壓儀差別不大。
（1） 電源開(kāi)關(guān) （2） 電源插座
（3） 高壓艙 （4） 安全開(kāi)關(guān)
（5） 安全接地 （6） 3A保險(xiǎn)
（7） 顯示屏 （8） 設(shè)置盤(pán)
（9） 指示燈 （10） 鍵盤(pán)
（11） 打印機(jī)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
測(cè)試系統(tǒng)有三大模塊：程控電源模塊,、信號(hào)采集調(diào)理模塊和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),。
程控電源模塊
由輸出位0V~140V的程控電源和高壓變壓器構(gòu)成，在單片機(jī)ADCm842控制下程控電源輸出電壓經(jīng)變壓器升壓可以得到設(shè)定的輸出電壓值,。
模塊設(shè)計(jì)
由于在實(shí)際的耐壓測(cè)試中,，對(duì)不同產(chǎn)品可能要求施加不同的測(cè)試電壓，這就要求耐壓測(cè)試系統(tǒng)輸出測(cè)試電壓是可調(diào)的。PWM(Pulse Width Modulation)是控制逆變電源以實(shí)現(xiàn)可調(diào)電壓的輸出的主要方法之一,。PWM控制的理論基礎(chǔ)建立在采樣控制理論的一個(gè)重要結(jié)論上,，即：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同,。SPWM波形就是把正弦波用等幅不等寬的脈沖代替,，脈沖中點(diǎn)與正弦等分中點(diǎn)重合，且與相對(duì)應(yīng)的正弦面積相等,，各脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化,。SPWM波的產(chǎn)生有很多方法，可以由集成芯片或通用電路組合產(chǎn)生,，也可以由單片機(jī)產(chǎn)生,。本系統(tǒng)采用單片機(jī)ATMEGA16L產(chǎn)生SPWM波，利用單片機(jī)ATMEGA16L的內(nèi)部的累加器和比較器通調(diào)節(jié)占空比在PC4口輸出SPWM波,。
程控電壓源采用單向220V工頻交流電經(jīng)過(guò)橋式整流獲得直流電壓,，經(jīng)過(guò)濾波后為逆變電路提供穩(wěn)定的直流電。同時(shí)由單片機(jī)產(chǎn)生的單相SPWM波經(jīng)過(guò)非門(mén)產(chǎn)生一路和單片機(jī)輸出相位互補(bǔ)的SPWM波,，這兩路互補(bǔ)的SPWM波分別經(jīng)過(guò)單穩(wěn)電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路后就可以產(chǎn)生兩路相位互補(bǔ)的門(mén)級(jí)觸發(fā)脈沖序列可以控制的通斷,。終由IGBT構(gòu)成的逆變橋輸出經(jīng)低通濾波可得到標(biāo)準(zhǔn)正弦波，正弦電壓幅值0V~140V可調(diào),。
信號(hào)采集調(diào)理模塊
包括傳感器,、信號(hào)調(diào)理電路和過(guò)電流保護(hù)電路，測(cè)試回路漏電流通過(guò)傳感器進(jìn)入信號(hào)采集和調(diào)理電路,，在信號(hào)采集和調(diào)理電路中對(duì)漏電流信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換變成滿足A/D輸入范圍的電壓信號(hào),。過(guò)流保護(hù)電路在試品或電路故障時(shí)啟動(dòng)。
模塊設(shè)計(jì)
耐壓測(cè)試需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)是：變壓器輸出高電壓的值和測(cè)試回路的漏電流值（如圖2）,。測(cè)試系統(tǒng)中所使用的升壓變壓器二次繞組有0~5000V和0~5V兩路電壓輸出,，當(dāng)變壓器二次繞組高壓輸出從0V到5000V變化時(shí)，變壓器二次繞組低壓輸出從0V到5V之間變化,，兩路輸出之間具有良好的線性關(guān)系,。測(cè)試開(kāi)始在設(shè)定的升壓時(shí)間間隔內(nèi)，變壓器二次繞組低壓側(cè)輸出的電壓經(jīng)隔離變壓器和信號(hào)調(diào)理電路后進(jìn)入單片機(jī)ADCm842,，單片機(jī)ADCm842中的12位ADC以每秒42萬(wàn)次轉(zhuǎn)換速度進(jìn)行高速A/D轉(zhuǎn)換,，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量傳送給計(jì)算機(jī)并與計(jì)算機(jī)設(shè)定值相比較，直到輸出電壓符合設(shè)定電壓值,，我們就認(rèn)為實(shí)際輸出測(cè)試電壓滿足了我們?cè)O(shè)定值的要求,。
耐壓測(cè)試系統(tǒng)漏電流的測(cè)試范圍是0mA ~20mA，測(cè)試開(kāi)始時(shí),，被測(cè)設(shè)備漏電流通過(guò)電流互感器,，然后經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路將采樣電流轉(zhuǎn)換成電壓在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算,，終得到被測(cè)設(shè)備在設(shè)定電壓條件下的泄漏電流值，通過(guò)和安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泄漏電流值相比較,，就可以檢驗(yàn)設(shè)備耐壓測(cè)試是否合格,。實(shí)際測(cè)試時(shí)，在電流互感器二次側(cè)設(shè)計(jì)了過(guò)流保護(hù)電路,，當(dāng)有過(guò)流情況出現(xiàn)時(shí),，例如被測(cè)設(shè)備被擊穿或者被測(cè)設(shè)備絕緣缺陷,，電源迅速被切斷,，測(cè)試被終止以保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)不被損壞。
常規(guī)的信號(hào)調(diào)理部分采用真有效值的模擬運(yùn)算,，泄漏電流信號(hào)的有效值和峰值運(yùn)算都是由硬件電路完成后輸入單片機(jī)或計(jì)算機(jī)的,。這種信號(hào)調(diào)理方式終只能獲得泄漏電流信號(hào)的峰值或有效值。這種方法不僅精度不高而且損失了頻率信息,，不能真實(shí)的復(fù)現(xiàn)泄漏電流的實(shí)際波形,。本系統(tǒng)采用了高速的A/D轉(zhuǎn)換將交流電壓值直接采集進(jìn)計(jì)算機(jī)，按照用戶要求計(jì)算出峰值和有效值,，并且畫(huà)出實(shí)時(shí)的漏電流波形使用戶能直觀的監(jiān)測(cè)漏電流情況,。計(jì)算機(jī)還可以進(jìn)行軟件校正，去除漂移,、失調(diào)造成的誤差,。按照實(shí)際情況還可以采用數(shù)字濾波的方式去除高頻干擾，這種信號(hào)調(diào)理方式簡(jiǎn)化了硬件電路,，成本較低,，測(cè)試精度高，測(cè)試穩(wěn)定性好,。由于耐壓測(cè)試的試驗(yàn)電壓較高,，為了保證試驗(yàn)的安全性，在測(cè)試過(guò)程中要保證測(cè)試系統(tǒng)機(jī)箱外殼良好的接地,。