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耐压测试仪
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苏州尔威们电子有限公司» 最新消息
 
基于微处理器的智能绝缘耐压测试仪的开发
  消息内容:

 测试原理:
绝缘电阻测试为非破坏试验,在相关联的两点施以一定值的直流电压,最高可达1000伏特,然后测量这两点间的电阻值,通常使用单位为MΩ。耐压测试方法为破坏性试验,在相关联的两点施以数倍于正常工作电压的交流电压,在规定的持续时间内被测点未出现绝缘击穿,也未发生电弧击穿等现象,就认为耐压合格。在进行测试时,一般是先做绝缘电阻测试再进行耐压测试,最后再做一次绝缘电阻测试,三个测试步骤系统能够自动完成。系统采用了“加高压、测漏电流”的四线测试原理。
 系统组成:
本系统采用DSP2407A 为控制核心,能够完成系统自检、电源管理、电弧监测、继电器输出保护电路以及数据的采集、处理、传输、显示等功能。系统为24V 锂电池供电,可在野外无外供电源的情况下可靠工作,试验电压和保护电流及试验时间等参数均可通过键盘设定,并且具有调压无输出、短路保护、击穿保护等功能,液晶显示模块由单片机采用间接方式控制读写,用于显示测试结果,并动态描绘出漏电流曲线变化。键盘用于选择测试功能、设定测试时间、报警阀值等信息,DSP 通过继电器完成对高压的输出保护控制,信号调理部分主要完成低通滤波以及阻抗匹配等功能, DSP内部的16 位计数器完成试验时间精确定时。

 高压模块设计:
为满足型号产品的测试需要,高压模块需产生0-1000V 直流电压和0-650V 交流电压,且交流电压是频率为50Hz±1Hz 的正弦信号,瞬态输出功率不低于500VA。由于系统为电池供电,直流高压和交流高压的产生需均通过一系列的电源变换实现,系统采用了高频链逆变技术,以高频变压器来代替传统逆变器中笨重的工频变压器。高频逆变部分采用了推挽变换电路,SG3525 产生PWM 信号驱动推挽MOS管得到30-50KHz 的高频脉冲,再经高频隔离变压器升压、整流、滤波产生直流高压。直流电压既是绝缘电阻的试验电压,也是低频DC/AC 正弦逆变的变换电压。模块中的储能电路为无极性的高压储能电容,保证了系统瞬态输出500VA 交流的能力。为了提高逆变效率,低频逆变部分采用集成电路U3990 直接输出 SPWM 脉冲。U3990是数字化的、专为车载、太阳能、风力、数码发电机而设计的纯正弦波单相逆变电源主控芯片,它不仅可以输出高精度的SPWM 正弦波脉冲序列,还可以实现稳压、保护、空载时自动休眠等功能,这样可以使电路控制简单,结构紧凑。
 电弧侦测:
在进行耐压测试时,如果被测体在某个电压下绝缘击穿,往往都伴随着电弧的产生。因此GB4706-1998 中规定,在进行耐压测试时,被测体不得产生闪络和拉弧现象,但是电弧往往发生在被测体的内部,或者持续时间很短,试验人员无法直接观测。这种电弧放电产生的电流有两个特点,它是断续而非连续的电流,而且是高频电流(相对于工频50Hz 而言)。为了快速监测测试过程中的电弧放电现象,系统采用了硬件电路监测的方法。监测电路的输入信号从电流采样电阻R1 上取得,并经5 倍放大和高通滤波。高通滤波器仅让电弧放电产生的高频成分通过,然后再与电弧监测灵敏度等级的基准电压进行比较,如果高频的峰值大于基准电压,则比较器输出高电平,通知DSP 处理。系统的电弧监测灵敏度阈值可由键盘输入设定。根据试验,基准电压在0.5V—4.5V 之间调整,对应监测的电弧高频电流峰值可在2.5—22mA 之间。
信号调理与数据采集电路设计:
在进行测试时,为了滤除各种干扰,在AD 的前端设计了低通滤波器对信号进行滤波,运放LM324 使用单电压+5V 供电,简化了系统内部供电电路的设计,取得了良好的滤波效果。在该系统中由于DSP 内部集成的10 位AD 精度不能满足系统要求,因此数据采集部分使用了ADS7864。其具有六输入通道,12 位分辨率,具有差分输入特性,不仅满足了精度要求而且解决了不共地信号的采集问题[2]。ADS7864 属于慢速器件,DSP2407A 不能通过IO空间对其进行访问,只能使用大量I/O 端口对其进行读写时序控制。16位数据通过SN74ALVCH16245 进行缓冲,完成3.3V 器件与5V 器件之间的电平转换[4]。
继电器输出保护电路:
绝缘电阻和绝缘强度测试都是上百伏以上高压输出,为了保证操作者的安全,输出高压应满足两个前提条件,一是保证被测点的静态阻抗不小于20KΩ,二是保证被测点间的静态电压小于40V。输出继电器全部采用德国的Meder 高压继电器系列,并采用软件和硬件相结合的保护措施,一旦出现击穿电流超过设定的阈值电流,系统能够自动切断试验电压并发出声光报警,以确保被测体不致损坏。
软件系统设计:
绝缘/耐压测试仪控制系统的软件设计主要难点在于两个微控制器之间的协调,两部分时序配合要求相对较严格。系统在完成初始化后进行测试模式选择,当进入绝缘电阻测试模式时需先设定报警阀值和测试电压,随后进行系统自检,自检合格后进行测试,并将测量结果通过串口发送至单片机。当选择耐压测试时,首先设置试验时间(1-99s)、漏电流阀值和测试电压,当触发测试按键时,内部启动定时器,并动态微调输出电压,将采集的数据进行软件滤波处理、存储及发送,并在显示模块上动态描绘出漏电流曲线。单片机软件流程主要是配合DSP 芯片发送的数据完成人机交互界面、操作步骤提示、测量结果显示等功能。
结束语:
基于DSP 的绝缘/耐压测试仪为便携式试验设备,满足航天地面、弹(箭)产品的试验标准和可靠性要求。测试仪采用了先进的嵌入式设计理念和智能控制方法,使输出试验电压精度高,定时准确,操作安全简便。

 
 
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