CN101470154B

CN101470154B - 耐压测试系统

Info

Publication number: CN101470154B
Application number: CN200710306021.6A
Authority: CN
Inventors: 王晓飞; 李东; 王艳林
Original assignee: BEIJING MECHANICAL INDUSTRY COLLEGE
Current assignee: BEIJING MECHANICAL INDUSTRY COLLEGE
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: CN101470154A

Abstract

公开了一种耐压测试系统，包括程控电源模块，用于提供所需测试电压；信号采集调理模块，测试由所述程控电源模块提供的低压，当所述低压和设定的电压值符合时，测量流经测试品的漏电流，输出与所述漏电流相应的电压信号，并且当所述漏电流大于设定值时切断回路；和控制模块，用于控制所述程控电源模块的输出，接收经所述信号采集调理模块接收并处理过的低压，并且比较所述处理过的低压和所述设定值，当所述处理过的低压和所述设定值符合时，接收经所述信号采集调理模块输出的与所述漏电流相应的电压信号。本发明的耐压测试系统性能稳定，改善了测试精度，并且可以自主设定测试参数。并且，软件界面友好，操作简单。

Description

耐压测试系统

技术领域

本发明涉及耐压测试技术，尤其涉及一种电气安全性能测试的耐压测试系统。

背景技术

电气安全性能参数是国家强制性认证的指标之一，也是反映电子产品和设备安全性能重要的参数。2001年，IEC1010标准——《测量、控制及试验室用电气设备的安全》重新修订为IEC61010。

电气安全主要测试指标包括交/直流耐压、绝缘电阻、泄漏电流、接地电阻等。交/直流耐压试验用于检验产品在实际工作状态下的电气安全性能，是检验设备电气安全性能的重要指标之一。目前所采用的耐压测试仪多采用GB4706(等同IEC1010)标准，使用较多的是台式结构的单项测试指标测试仪器，不能满足用户需要多指标综合测试的需求。而且，目前的耐压测试仪多采用的是传统的测试方法，测试精度不高，直接影响电器产品的品质，从而不能完全满足目前发展的电气安全性能测试工作的需要。因此研究符合最新国际标准的采用先进技术和具有更好性能指标的耐压测试系统具有重要意义。

发明内容

因此，本发明的目的是提供性能稳定、改善测试精度、可以自主设定测试参数的一种耐压测试系统。

根据本发明为了实现上述目的，提供了一种耐压测试系统，包括：程控电源模块，用于提供所需测试电压；信号采集调理模块，测试由所述程控电源模块提供的低压，当所述低压和设定的电压值符合时，测量流经测试品的漏电流，输出与所述漏电流相应的电压信号，并且当所述漏电流大于设定值时切断回路；和控制模块，用于控制所述程控电源模块的输出，接收经所述信号采集调理模块接收并处理过的低压，并且比较所述处理过的低压和所述设定值，当所述处理过的低压和所述设定值符合时，接收经所述信号采集调理模块输出的与所述漏电流相应的电压信号。

本发明的采集调理模块包括：隔离变压器，用于接收来自所述程控电源模块的低压，第二信号调理电路，用于将所述低压调整到所述控制模块接收电压范围内的电压信号；传感器，用于接收流经测试品的漏电流；第一信号调理电路，用于接收来自传感器的漏电流，并输出与所述漏电流相应的电压信号；和过电流保护电路，用于在测试品或所述耐压测试系统故障时启动，切断电源。

本发明的控制模块包括单片机，用于接收来自所述第一和第二信号调理电路的电压信号，比较所述第二信号调理电路输出的电压信号和设定值，当两者符合时，接收所述第一信号调理电路输出的与漏电流相应的电压信号，并且处理所述与漏电流相应的电压信号。

本发明的程控电源模块包括：程控电源；和高压变压器，用于根据所述控制模块的控制将来自所述程控电源的电压处理为提供给所述隔离变压器的低压和提供给所述测试品的高压。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述目的和特性将会变得更加清楚，其中：

图1显示了耐压测试示意图；

图2显示了根据本发明优选实施例电气安全性能耐压测试系统的系统框图；和

图3显示了根据本发明实施例的耐压测试程控电源部分的系统框图。

具体实施方式

在下文中，通过借助附图将详细描述本发明的优选实施例。

耐压测试是指对各种电器装置、绝缘材料和绝缘结构的耐受电压能力进行的测试。在不破坏绝缘材料性能的情况下，对绝缘材料或绝缘结构施加高电压的过程称为耐压试验。一般来讲，耐压测试主要目的是检查绝缘耐受工作电压或过电压的能力，进而检验产品设备的绝缘性能是否符合安全标准。

如图1所示，图1所示为耐压测试示意图。耐压测试的基本原理如下：把一个高于正常工作的电压加在被测设备的绝缘体上，并持续一段规定的时间，如果其间的绝缘性足够好，测试回路只会产生很小的漏电流。如果一个被测设备绝缘体在规定的时间内，其漏电电流保持在规定的范围内，就可以确定这个被测设备的耐压性能合格，也完全可以在正常的运行条件下安全运行。

进行耐压测试时，技术规格不同被测试品，测量标准也就不同。对一般被测设备，耐压测试是对设备施加高压后测量火线与机壳之间的漏电流值，通常情况下：以两倍于被测物的工作电压再加1000V作为测试的标准电压。部分产品的测试电压可能高于这一规定值。按照IEC61010的规定，测试电压必须在5秒钟内逐渐地上升到所要求的试验电压值(例如5kV等)，保证试验电压值稳定加在被测绝缘体上不少于5秒钟，此时所测回路的漏电流值与标准规定的泄漏电流值相比较，就可以判断被测产品的绝缘性能是否符合标准。测试结束后，试验电压必须在规定的时间内逐渐地降至零。

图2所示为根据本发明优选实施例电气安全性能测试系统的系统框图。如图2所示，该电气安全性能测试系统包括：用于提供测试电压的程控电源模块、信号采集调理模块和控制模块。

程控电源模块包括程控电源210和高压变压器220。在本实施例中，程控电源210输出0～140VAC。

信号采集调理模块包括传感器(电流互感器230)、第一信号调理电路240、隔离变压器250、第二信号调理电路260和过电流保护电路270，本实施例中。测试回路漏电流通过电流互感器230进入信号采集和调理电路240，在信号采集和调理电路240中对漏电流信号进行I/V转换变成满足A/D输入范围的电压信号。过流保护电路在试品或电路故障时启动，即，当漏电流大于预定值时切断回路。

控制模块包括诸如单片机ADCμ842的微处理器280和计算机290，控制测试过程电压升降、A/D转换、数据的处理和分析。在微处理器280控制下程控电源210的输出电压经变压器升压可以得到设定的输出电压值。

耐压测试需要监测的参数是变压器220输出高电压的值和测试回路的漏电流值。测试系统中所使用的升压变压器二次绕组有0-5000V和0-5V两路电压输出，当变压器二次绕组高压输出从0V到5000V变化时，变压器二次绕组低压输出从0V到5V之间变化，两路输出之间具有良好的线性关系。测试开始在设定的升压时间间隔内，变压器二次绕组低压侧输出的电压经隔离变压器250和信号调理电路260后进入微处理器280，微处理器280中的A/D转换器进行高速A/D转换，A/D转换后的数字量传送给计算机并与计算机设定值相比较。当输出电压符合设定电压值时，就认为实际输出测试电压满足了设定值的要求。

首先，设置耐压测试系统漏电流的测试范围，例如0～20mA。测试开始时，被测设备漏电流通过电流互感器230，然后经第一信号调理电路240中的I/V转换电路(未示出)将采样电流转换成电压在微处理器280内进行相应的A/D转换和计算，最终得到被测设备在设定电压条件下的泄漏电流值，通过和安全标准规定的泄漏电流值相比较，就可以检验设备耐压测试是否合格。实际测试时，在电流互感器240二次侧设计了过流保护电路270，当有过流情况出现时，例如被测设备被击穿或者被测设备绝缘缺陷，电源迅速被切断，测试被终止以保护整个测试系统不被损坏。

常规的信号调理部分采用真有效值的模拟运算，泄漏电流信号的有效值和峰值运算都是由硬件电路完成后输入单片机或计算机的。这种信号调理方式最终只能获得泄漏电流信号的峰值或有效值。这种方法不仅精度不高而且损失了频率信息，不能真实的复现泄漏电流的实际波形。本发明采用了高速的A/D转换将交流电压值直接采集进计算机，按照用户要求计算出峰值和有效值，并且画出实时的漏电流波形使用户能直观的监测漏电流情况。计算机还可以进行软件校正，去除漂移、失调造成的误差。按照实际情况还可以采用数字滤波的方式去除高频干扰，因此，本发明的信号调理方式简化了硬件电路，成本较低，测试精度高，测试稳定性好。由于耐压测试的试验电压较高，为了保证试验的安全性，在测试过程中要保证测试系统机箱外壳良好的接地。

图3所示为根据本发明实施例的耐压测试程控电源部分的系统框图。

程控电压模块包括交流电源(220V)、桥式整流器、逆变器、低通滤波器、隔离驱动器、诸如单片机ATMEGA16L的处理器。

由于在实际的耐压测试中，对不同产品可能要求施加不同的测试电压，这就要求耐压测试系统输出测试电压是可调的。PWM(脉宽调制)是控制逆变电源以实现可调电压的输出的主要方法之一。PWM控制的理论基础建立在采样控制理论的一个重要结论上，即：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM波形就是把正弦波用等幅不等宽的脉冲代替，脉冲中点与正弦等分中点重合，且与相对应的正弦面积相等，各脉冲的宽度按正弦规律变化。SPWM波的产生有很多方法，可以由专用集成芯片或通用电路组合产生，也可以由单片机产生。本系统采用单片机ATMEGA16L产生SPWM波，利用单片机ATMEGA16L的内部的累加器和比较器通过调节占空比在PC4口输出SPWM波。

程控电压模块采用单向220V工频交流电经过桥式整流获得直流电压，经过滤波后为逆变电路提供稳定的直流电。同时由单片机产生的单相SPWM波经过非门产生一路和单片机输出相位互补的SPWM波，这两路互补的SPWM波分别经过单稳电路和隔离驱动电路后就可以产生两路相位互补的门级触发脉冲序列可以控制IGBT的通断。最终由IGBT构成的逆变桥输出经低通滤波可得到标准正弦波，正弦电压幅值0～140V可调。

耐压测试以高性能单片机ADCμ842为核心组成计算机控制系统。ADCμ842内部集成了12位A/D和D/A转换器，具有优越的8052内核，峰值效率每秒可执行20兆指令。ADCμ842内部有62KB的片内程序闪存；4KB的片内数据闪存，可擦写10万次的2KB的片内数据RAM。测试系统的单片机采用C51编程对测试进行控制和数据的处理，PC计算机主要提供人机交互的界面。这种测试系统应用起来灵活方便。

测试控制系统包括对电压源的控制、数据的采集、A/D转换、数据分析、数据输出和显示、数据存储等，同时耐压测试系统软件可实现测试前自检，自动消除可能的误差因素和对故障报警等功能。通过软件实现对测试电压的准确控制。当测试电压达到测试要求值时，启动测试。软件按照IEC61010中的测试标准对电压进行控制。计算机采用VC++编程，测试界面直观操作方便。用户可以按照实际测试设置不同的测试时间和泄漏电流阈值，可以监视测试进度并显示测试结果，如果在测试过程中发生被测样品击穿现象或其它可能的过流现象，测试仪的输出电压能迅速降为零，并发出报警信号。

实际测试选用0.5级的ZX117A型可调高压电阻箱作为标准被测件，通过单片机控制输出电压升到设定值，用数字高压表监视电压输出，输出电压的误差不超过±1.5％。并且测量系统漏电流，以漏电流的计算值为标准评价本系统的测试精度，按照国际标准IEC61010，以不同高电压施加在相同电阻上分别进行漏电流测试，测试结果表明，测量数据的重复性较好，漏电流的测试误差为±(1.5％±0.05mA)。

漏电流的测试结果见表1。

表1

电阻箱电阻值(MΩ)	漏电流计算值I(mA)	电流表读数I′(mA)	本系统测量值I″(mA)	误差(％)(I″-I′)/I′
					10.00	0.10	0.10	0.106	**
6.000	0.17	0.18	0.169	**
					4.000	0.25	0.27	0.274	1.36
3.000	0.33	0.38	0.385	1.26
					2.000	0.50	0.54	0.530	-1.21
1.000	1.00	0.98	0.95	0.17
					0.400	2.50	2.55	2.56	0.39
0.200	5.00	5.09	5.05	-0.79
					0.102	9.80	9.93	10.12	-0.91
0.050	20.0	19.85	19.71	-0.71

由实验数据可以得知，本发明的耐压测试系统符合IEC61010标准，性能稳定，改善了测试精度，并且可以自主设定测试参数。并且，软件界面友好，操作简单。

尽管本发明的优选实施例已经被描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明并不限定于所描述的优选实施例，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。

Claims

1.一种耐压测试系统包括：

程控电源模块，用于提供所需测试电压；

信号采集调理模块，测试由所述程控电源模块提供的低压，当所述低压和设定的电压值符合时，测量流经测试品的漏电流，输出与所述漏电流相应的电压信号，并且当所述漏电流大于设定值时切断回路；和

控制模块，用于控制所述程控电源模块的输出，接收经所述信号采集调理模块接收并处理过的低压，并且比较所述处理过的低压和所述设定值，当所述处理过的低压和所述设定值符合时，接收经所述信号采集调理模块输出的与所述漏电流相应的电压信号，

其中，所述程控电源模块包括：程控电源；高压变压器，用于根据所述控制模块的控制将来自所述程控电源的电压处理为提供给隔离变压器的低压和提供给所述测试品的测试电压，

其中，所述程控电源包括：交流电源，提供交流电压；桥式整流器，对交流电源提供的交流电压进行整流，以获得直流电压；处理器，产生SPWM波；非门，接收处理器产生的SPWM波，并产生与处理器输出的SPWM波的相位互补的SPWM波；单稳电路和隔离驱动电路，接收处理器产生的SPWM波以及非门输出的SPWM波，产生两路相位互补的门级触发脉冲序列；逆变器，接收桥式整流器输出的直流电压以及所述两路相位互补的门级触发脉冲序列；低通滤波器，对逆变器的输出进行低通滤波，得到标准正弦波，以提供给高压变压器。

2.如权利要求1所述的耐压测试系统，其中所述信号采集调理模块包括：

隔离变压器，用于接收来自所述程控电源模块的低压，

第二信号调理电路，用于将所述低压调整到所述控制模块接收电压范围内的电压信号；

传感器，用于接收流经测试品的漏电流；

第一信号调理电路，用于接收来自传感器的漏电流，并输出与所述漏电流相应的电压信号；和

过电流保护电路，用于在测试品或所述耐压测试系统故障时启动，切断电源。

3.如权利要求2所述的耐压测试系统，其中控制模块包括：

单片机，用于接收来自所述第一和第二信号调理电路的电压信号，比较所述第二信号调理电路输出的电压信号和设定值，当两者符合时，接收所述第一信号调理电路输出的与漏电流相应的电压信号，并且处理所述与漏电流相应的电压信号。