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智能耐壓測試儀基本原理
智能耐壓測試儀基本原理
耐壓測試是指對各種電器裝置、絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的耐受電壓能力進(jìn)行的測試。在不破壞絕緣材料性能的情況下，對絕緣材料或絕緣結(jié)構(gòu)施加高電壓的過程稱為耐壓試驗。一般來講，耐壓測試主要目的是檢查絕緣耐受工作電壓或過電壓的能力，進(jìn)而檢驗產(chǎn)品設(shè)備的絕緣性能是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)。
耐壓測試的基本原理：把一個高于正常工作的電壓加在被測設(shè)備的絕緣體上，并持續(xù)一段規(guī)定的時間，如果其間的絕緣性足夠好，加在上面的電壓就只會產(chǎn)生很小的漏電流。如果一個被測設(shè)備絕緣體在規(guī)定的時間內(nèi)，其漏電電流保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，就可以確定這個被測設(shè)備可以在正常的運行條件下安全運行。進(jìn)行耐壓測試時，技術(shù)規(guī)格不同被測試品，測量標(biāo)準(zhǔn)也就不同。對一般被測設(shè)備，耐壓測試是測量火線與機(jī)殼之間的漏電流值，基本規(guī)定是：以兩倍于被測物的工作電壓再加1000V作為測試的標(biāo)準(zhǔn)電壓。部分產(chǎn)品的測試電壓可能高于這一規(guī)定值。按照IEC61010的規(guī)定，測試電壓必須在5s內(nèi)逐漸地上升到所要求的試驗電壓值（例如5kV等），保證試驗電壓值穩(wěn)定加在被測絕緣體上不少于5s，此時所測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，就可以判斷被測產(chǎn)品的絕緣性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)。測試結(jié)束后，試驗電壓必須在規(guī)定的時間內(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關(guān)組成。
220V電壓通過接通，切斷開關(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，時間電路、報警電路組成?？刂撇糠之?dāng)收到啟動信號，儀器立即在接通升壓部分電源。當(dāng)收到被測回路電流超過設(shè)定值及發(fā)出聲光報警立即切斷升壓回路電源。當(dāng)收到復(fù)位或者時間到信號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，及時間電路的時間值一般為。
程控耐壓儀
以上是傳統(tǒng)的耐電壓試驗儀的結(jié)構(gòu)組成。隨著電子技術(shù)及單片，計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展；程控耐壓測試儀這幾年也發(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市電由調(diào)壓器來調(diào)節(jié)，而是通過單片計算機(jī)控制產(chǎn)生一個50Hz或60Hz的正弦波信號再通過功率放大電路進(jìn)行放大升壓，輸出電壓值也由單片計算機(jī)進(jìn)行控制，其它部分原理與傳統(tǒng)耐壓儀差別不大。
（1） 電源開關(guān) （2） 電源插座
（3） 高壓艙 （4） 安全開關(guān)
（5） 安全接地 （6） 3A保險
（7） 顯示屏 （8） 設(shè)置盤
（9） 指示燈 （10） 鍵盤
（11） 打印機(jī)
系統(tǒng)設(shè)計
測試系統(tǒng)有三大模塊：程控電源模塊、信號采集調(diào)理模塊和計算機(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
由于在實際的耐壓測試中，對不同產(chǎn)品可能要求施加不同的測試電壓，這就要求耐壓測試系統(tǒng)輸出測試電壓是可調(diào)的。PWM(Pulse Width Modulation)是控制逆變電源以實現(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，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，脈沖中點與正弦等分中點重合，且與相對應(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)過橋式整流獲得直流電壓，經(jīng)過濾波后為逆變電路提供穩(wěn)定的直流電。同時由單片機(jī)產(chǎn)生的單相SPWM波經(jīng)過非門產(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)過單穩(wěn)電路和隔離驅(qū)動電路后就可以產(chǎn)生兩路相位互補(bǔ)的門級觸發(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)。
信號采集調(diào)理模塊
包括傳感器、信號調(diào)理電路和過電流保護(hù)電路，測試回路漏電流通過傳感器進(jìn)入信號采集和調(diào)理電路，在信號采集和調(diào)理電路中對漏電流信號進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換變成滿足A/D輸入范圍的電壓信號。過流保護(hù)電路在試品或電路故障時啟動。
模塊設(shè)計
耐壓測試需要監(jiān)測的參數(shù)是：變壓器輸出高電壓的值和測試回路的漏電流值（如圖2）。測試系統(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，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。測試開始在設(shè)定的升壓時間間隔內(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)字量傳送給計算機(jī)并與計算機(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)為實際輸出測試電壓滿足了我們設(shè)定值的要求。
耐壓測試系統(tǒng)漏電流的測試范圍是0mA ~20mA，測試開始時，被測設(shè)備漏電流通過電流互感器，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)換和計算，終得到被測設(shè)備在設(shè)定電壓條件下的泄漏電流值，通過和安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泄漏電流值相比較，就可以檢驗設(shè)備耐壓測試是否合格。實際測試時，在電流互感器二次側(cè)設(shè)計了過流保護(hù)電路，當(dāng)有過流情況出現(xiàn)時，例如被測設(shè)備被擊穿或者被測設(shè)備絕緣缺陷，電源迅速被切斷，測試被終止以保護(hù)測試系統(tǒng)不被損壞。
常規(guī)的信號調(diào)理部分采用真有效值的模擬運算，泄漏電流信號的有效值和峰值運算都是由硬件電路完成后輸入單片機(jī)或計算機(jī)的。這種信號調(diào)理方式終只能獲得泄漏電流信號的峰值或有效值。這種方法不僅精度不高而且損失了頻率信息，不能真實的復(fù)現(xiàn)泄漏電流的實際波形。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)計算機(jī)，按照用戶要求計算出峰值和有效值，并且畫出實時的漏電流波形使用戶能直觀的監(jiān)測漏電流情況。計算機(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，這種信號調(diào)理方式簡化了硬件電路，成本較低，測試精度高，測試穩(wěn)定性好。由于耐壓測試的試驗電壓較高，為了保證試驗的安全性，在測試過程中要保證測試系統(tǒng)機(jī)箱外殼良好的接地。