專利名稱：耐壓測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐壓測試技術(shù)，尤其涉及一種電氣安全性能測試的耐壓測試 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電氣安全性能參數(shù)是國家強制性認(rèn)證的指標(biāo)之一，也是反映電子產(chǎn)品和
設(shè)備安全性能重要的參數(shù)。2001年，IEC1010標(biāo)準(zhǔn)——《測量、控制及試驗 室用電氣設(shè)備的安全》重新》務(wù)訂為正C61010。
電氣安全主要測試指標(biāo)包括交/直流耐壓、絕緣電阻、泄漏電流、接地電 阻等。交/直流耐壓試驗用于檢驗產(chǎn)品在實際工作狀態(tài)下的電氣安全性能，是 檢驗設(shè)備電氣安全性能的重要指標(biāo)之一。目前所采用的耐壓測試儀多采用 GB4706 (等同IEC1010)標(biāo)準(zhǔn)，使用較多的是臺式結(jié)構(gòu)的單項測試指標(biāo)測試 儀器，不能滿足用戶需要多指標(biāo)綜合測試的需求。而且，目前的耐壓測試儀 多采用的是傳統(tǒng)的測試方法，測試精度不高，直接影響電器產(chǎn)品的品質(zhì)，從 而不能完全滿足目前發(fā)展的電氣安全性能測試工作的需要。因此研究符合最 新國際標(biāo)準(zhǔn)的采用先進(jìn)技術(shù)和具有更好性能指標(biāo)的耐壓測試系統(tǒng)具有重要意 義。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供性能穩(wěn)定、改善測試精度、可以自主設(shè)定測 試參數(shù)的一種耐壓測試系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，提供了一種耐壓測試系統(tǒng)，包括程控 電源模塊，用于提供所需測試電壓；信號采集調(diào)理模塊，測試由所述程控電 源模塊提供的低壓，當(dāng)所述低壓和設(shè)定的電壓值符合時，測量流經(jīng)測試品的 漏電流，輸出與所述漏電流相應(yīng)的電壓信號，并且當(dāng)所述漏電流大于設(shè)定值 時切斷回路；和控制模塊，用于控制所述程控電源模塊的輸出，接收經(jīng)所述信號采集調(diào)理模塊接收并處理過的低壓，并且比較所述處理過的低壓和所述 設(shè)定值，當(dāng)所述處理過的低壓和所述設(shè)定值符合時，接收經(jīng)所述信號釆集調(diào) 理模塊輸出的與所述漏電流相應(yīng)的電壓信號。
本發(fā)明的采集調(diào)理模塊包括隔離變壓器，用于接收來自所述程控電源 模塊的低壓，第二信號調(diào)理電路，用于將所述低壓調(diào)整到所述控制模塊接收 電壓范圍內(nèi)的電壓信號；傳感器，用于接收流經(jīng)測試品的漏電流；第一信號 調(diào)理電路，用于接收來自傳感器的漏電流，并輸出與所述漏電流相應(yīng)的電壓 信號；和過電流保護(hù)電^各，用于在測試品或所述耐壓測試系統(tǒng)故障時啟動， 切斷電源。
本發(fā)明的控制模塊包括單片機，用于接收來自所述第一和第二信號調(diào)理 電路的電壓信號，比較所述第二信號調(diào)理電路輸出的電壓信號和設(shè)定值，當(dāng) 兩者符合時，接收所述第 一信號調(diào)理電路輸出的與漏電流相應(yīng)的電壓信號， 并且處理所述與漏電流相應(yīng)的電壓信號。
本發(fā)明的程控電源模塊包括程控電源；和高壓變壓器，用于根據(jù)所述 控制模塊的控制將來自所述程控電源的電壓處理為提供給所述隔離變壓器的 低壓和提供給所述測試品的高壓。


通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的 和特性將會變得更加清楚，其中 圖l顯示了耐壓測試示意圖2顯示了才艮據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例電氣安全性能耐壓測試系統(tǒng)的系統(tǒng)框 圖；和
圖3顯示了才艮據(jù)本發(fā)明實施例的耐壓測試程控電源部分的系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式
在下文中，通過借助附圖將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。 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
4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)。
如圖1所示，圖1所示為耐壓測試示意圖。耐壓測試的基本原理如下 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，測試回路只會產(chǎn)生4艮小的漏電流。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)備的耐壓性能合格，也完全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，耐壓測試是對設(shè)備施加高壓后測量火線與才幾殼之間的漏電流值， 通常情況下以兩倍于^皮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5秒鐘內(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5秒鐘，此時所測回路的漏電流值與 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泄漏電流值相比較，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^r電壓必須在規(guī)定的時間內(nèi)逐漸地降至零。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例電氣安全性能測試系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。 如圖2所示，該電氣安全性能測試系統(tǒng)包括用于提供測試電壓的程控電源 模塊、信號采集調(diào)理模塊和控制模塊。
程控電源模塊包括程控電源210和高壓變壓器220。在本實施例中，程 控電源210輸出0-140VAC。
信號采集調(diào)理模塊包括傳感器(電流互感器230)、第一信號調(diào)理電路 240、隔離變壓器250、第二信號調(diào)理電路260和過電流保護(hù)電路270，本實 施例中。測試回路漏電流通過電流互感器230進(jìn)入信號采集和調(diào)理電路240, 在信號采集和調(diào)理電路240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，即，當(dāng)漏電流大 于預(yù)定值時切斷回路。
控制模塊包括諸如單片機ADCp842的微處理器280和計算機2卯，控制 測試過程電壓升降、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的處理和分析。在微處理器280控制下 程控電源210的輸出電壓經(jīng)變壓器升壓可以得到設(shè)定的輸出電壓值。
耐壓測試需要監(jiān)測的參數(shù)是變壓器220輸出高電壓的值和測試回路的漏 電流值。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OV到5000V變化時，變壓器二次繞 組低壓輸出從OV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250和信號調(diào)理電路260后進(jìn)入微處理器280,微處理器280中的A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高速A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量傳送給計算機并與計算機設(shè) 定值相比較。當(dāng)輸出電壓符合設(shè)定電壓值時，就認(rèn)為實際輸出測試電壓滿足 了設(shè)定值的要求。
首先，設(shè)置耐壓測試系統(tǒng)漏電流的測試范圍，例如0~20mA。測試開始 時，被測設(shè)備漏電流通過電流互感器230,然后經(jīng)第一信號調(diào)理電路240中 的I/V轉(zhuǎn)換電路(未示出)將采樣電流轉(zhuǎn)換成電壓在微處理器280內(nèi)進(jìn)行相 應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換和計算，最終得到被測設(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4企驗設(shè)備耐壓測試是否合 格。實際測試時，在電流互感器240 二次側(cè)設(shè)計了過流保護(hù)電路270，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)整個測試系統(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或計算機的。這種信號調(diào)理方 式最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。本發(fā)明采用了高速 的A/D轉(zhuǎn)換將交流電壓值直接采集進(jìn)計算機，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 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，因此，本發(fā)明的信號調(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)機箱外殼良好的 接地。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明實施例的耐壓測試程控電源部分的系統(tǒng)框圖。 程控電壓模塊包括交流電源(220V)、橋式整流器、逆變器、低通濾波
器、隔離驅(qū)動器、諸如單片機ATMEGA16L的處理器。
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(脈寬調(diào)制)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4艮多方法，可以由專用集 成芯片或通用電路組合產(chǎn)生，也可以由單片機產(chǎn)生。本系統(tǒng)采用單片機 ATMEGA16L產(chǎn)生SPWM波，利用單片機ATMEGA16L的內(nèi)部的累加器和 比較器通過調(diào)節(jié)占空比在PC4 口輸出SPWM波。
程控電壓模塊采用單向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。同時由單片機產(chǎn)生的單相SPWM 波經(jīng)過非門產(chǎn)生一路和單片機輸出相位互補的SPWM波，這兩路互補的 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)生兩路相位互補的門 級觸發(fā)脈沖序列可以控制IGBT的通斷。最終由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0 140V可調(diào)。
耐壓測試以高性能單片機ADCp842為核心組成計算機控制系統(tǒng)。 ADC(x842內(nèi)部集成了 12位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，具有優(yōu)越的8052內(nèi)核，峰 值效率每秒可執(zhí)行20兆指令。ADCp842內(nèi)部有62KB的片內(nèi)程序閃存；4KB 的片內(nèi)數(shù)據(jù)閃存，可擦寫10萬次的2KB的片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM。測試系統(tǒng)的單片 機采用C51編程對測試進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)的處理，PC計算機主要提供人機交互 的界面。這種測試系統(tǒng)應(yīng)用起來靈活方便。
測試控制系統(tǒng)包括對電壓源的控制、數(shù)據(jù)的采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析、 數(shù)據(jù)輸出和顯示、數(shù)據(jù)存儲等，同時耐壓測試系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)測試前自檢， 自動消除可能的誤差因素和對故障報警等功能。通過軟件實現(xiàn)對測試電壓的 準(zhǔn)確控制。當(dāng)測試電壓達(dá)到測試要求值時，啟動測試。軟件按照IEC61010 中的測試標(biāo)準(zhǔn)對電壓進(jìn)行控制。計算機采用VC+十編程，測試界面直觀操作 方便。用戶可以按照實際測試設(shè)置不同的測試時間和泄漏電流閾值，可以監(jiān) 視測試進(jìn)度并顯示測試結(jié)果，如果在測試過程中發(fā)生被測樣品擊穿現(xiàn)象或其 它可能的過流現(xiàn)象，測試儀的輸出電壓能迅速降為零，并發(fā)出報警信號。
實際測試選用0.5級的ZX117A型可調(diào)高壓電阻箱作為標(biāo)準(zhǔn)被測件，通 過單片機控制輸出電壓升到設(shè)定值，用數(shù)字高壓表監(jiān)視電壓輸出，輸出電壓 的誤差不超1±±1.5%。并且測量系統(tǒng)漏電流，以漏電流的計算值為標(biāo)準(zhǔn)評價本系統(tǒng)的測試精度，按照國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61010，以不同高電壓施加在相同電阻上 分別進(jìn)行漏電流測試，測試結(jié)果表明，測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性較好，漏電流的測 試誤差為土 ( 1.5%±0.05mA)。 漏電流的測試結(jié)果見表1。
表1
電阻箱電阻值 (MQ )漏電流計算值i (mA)電流表讀數(shù) r (mA)本系統(tǒng)測量值r (mA)誤差(％) (r-r)/r
10.000.100.100.106* *
6,0000.170.180.169* *
4.0000.250.270.2741.36
3.0000.330.380.3851.26
2.0000.500.540.530-1.21
1.0001.000.980.950.17
0.4002.502.552.560.39
0.2005.005.095.05-0.79
0.1029.809.9310.12-0.91
0.05020.019.8519.71-0.71
由實驗數(shù)據(jù)可以得知，本發(fā)明的耐壓測試系統(tǒng)符合IEC61010標(biāo)準(zhǔn)，性能 穩(wěn)定，改善了測試精度，并且可以自主設(shè)定測試參數(shù)。并且，軟件界面友好， 操作簡單。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)被描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解， 本發(fā)明并不限定于所描述的優(yōu)選實施例，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本 發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改變和^"改。
權(quán)利要求
1. 一種耐壓測試系統(tǒng)包括程控電源模塊，用于提供所需測試電壓；信號采集調(diào)理模塊，測試由所述程控電源模塊提供的低壓，當(dāng)所述低壓和設(shè)定的電壓值符合時，測量流經(jīng)測試品的漏電流，輸出與所述漏電流相應(yīng)的電壓信號，并且當(dāng)所述漏電流大于設(shè)定值時切斷回路；和控制模塊，用于控制所述程控電源模塊的輸出，接收經(jīng)所述信號采集調(diào)理模塊接收并處理過的低壓，并且比較所述處理過的低壓和所述設(shè)定值，當(dāng)所述處理過的低壓和所述設(shè)定值符合時，接收經(jīng)所述信號采集調(diào)理模塊輸出的與所述漏電流相應(yīng)的電壓信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的耐壓測試系統(tǒng)，其中所述信號采集調(diào)理模塊包括 隔離變壓器，用于接收來自所述程控電源模塊的低壓， 第二信號調(diào)理電路，用于將所述低壓調(diào)整到所述控制模塊接收電壓范圍內(nèi)的電壓信號；傳感器，用于接收流經(jīng)測試品的漏電流；第一信號調(diào)理電路，用于接收來自傳感器的漏電流，并輸出與所述漏電 流相應(yīng)的電壓信號；和過電流保護(hù)電路，用于在測試品或所述耐壓測試系統(tǒng)故障時啟動，切斷 電源。
3. 如權(quán)利要求2所述的耐壓測試系統(tǒng)，其中控制模塊包括單片機，用于接收來自所述第一和第二信號調(diào)理電路的電壓信號，比較 所述第二信號調(diào)理電路輸出的電壓信號和設(shè)定值，當(dāng)兩者符合時，接收所述第一信號調(diào)理電路輸出的與漏電流相應(yīng)的電壓信號，并且處理所述與漏電流 相應(yīng)的電壓信號。
4. 如前述權(quán)利要求中的任一項所述的耐壓測試系統(tǒng)，其中所述程控電源 模塊包括程控電源；和高壓變壓器，用于根據(jù)所述控制模塊的控制將來自所述程控電源的電壓 處理為提供給所述隔離變壓器的低壓和提供給所述測試品的測試電壓。
全文摘要
公開了一種耐壓測試系統(tǒng)，包括程控電源模塊，用于提供所需測試電壓；信號采集調(diào)理模塊，測試由所述程控電源模塊提供的低壓，當(dāng)所述低壓和設(shè)定的電壓值符合時，測量流經(jīng)測試品的漏電流，輸出與所述漏電流相應(yīng)的電壓信號，并且當(dāng)所述漏電流大于設(shè)定值時切斷回路；和控制模塊，用于控制所述程控電源模塊的輸出，接收經(jīng)所述信號采集調(diào)理模塊接收并處理過的低壓，并且比較所述處理過的低壓和所述設(shè)定值，當(dāng)所述處理過的低壓和所述設(shè)定值符合時，接收經(jīng)所述信號采集調(diào)理模塊輸出的與所述漏電流相應(yīng)的電壓信號。本發(fā)明的耐壓測試系統(tǒng)性能穩(wěn)定，改善了測試精度，并且可以自主設(shè)定測試參數(shù)。并且，軟件界面友好，操作簡單。
文檔編號G01R31/00GK101470154SQ20071030602
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者東 李, 王曉飛, 王艷林 申請人:北京機械工業(yè)學(xué)院