CN102520248A - 基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻测试仪，该测试仪包括程控电源、信号采集及A/D转换、微控制器、键盘及显示电路和报警及控制电路，所述微控制器中设置状态切换控制软件，所述测试仪基本工作原理为：微控制器通过状态切换控制软件切换该测试仪的工作状态：绝缘电阻测试状态或接地电阻测试状态，并且根据测试仪工作状态控制程控电源输出直流高压或者交流大电流作为待测电器的测试电源，通过信号采集及A/D转换电路输入微控制器进行闭环控制和电阻测量。该测试仪工作稳定、测试精确度高、实现测量、控制、显示一体化、并且可以自主设置参数和报警点、绝缘电阻测试和接地电阻测试可实现功能切换、方便进行电器安全检测。
Description
技术领域
本发明属于电子电气设备电阻测试设备技术领域，特别是一种基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪。
背景技术
绝缘电阻测试原理：直流高压电源产生三种直流电压信号(250VDC、500VDC、1000VDC)施加至待测电器，通过测量采样电阻上的电压和采样电阻的阻值检测出流过待测电器的电流，然后根据设定的施加在待测电器上的电压计算出绝缘电阻值。接地电阻测试原理：电流源产生电器额定电流的1.5倍或25A的交变电流（两者中选取较大的），且空载电压不超过12V，使其在接地线柱（或接地极）与各个易被触及的金属部件间流过，通过测量压降，根据施加电流值计算出接地电阻值（接地电阻不应超过0.1Ω）。目前国内电器安全性能测试仪大多是单指标测试仪，并且由于测试要求产生大电流和高电压，信号源系统常常采用传统的模拟电路供电，笨重且操作不便。
发明内容
本发明针对这些不足，提供一种体积小、同时具备绝缘电阻与接地电阻的测试功能的基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪。
一种基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪，同时具备绝缘电阻及接地电阻两种测试功能，由微控制器通过软件切换仪器的工作状态，采用程控电源输出直流高压或者交流大电流作为测试信号源。
所述基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪由程控电源、信号采集及A/D转换、微控制器、键盘及显示电路、报警及控制电路五部分组成。微控制器通过软件切换仪器的工作状态，绝缘电阻测试状态或接地电阻测试状态，并且根据仪器工作状态控制程控电源输出直流高压或者交流大电流作为待测电器的测试电源，通过信号采集及A/D转换电路输入微控制器进行闭环控制和电阻测量。
所述基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪，交流电经过整流滤波成为直流电源；微控制器通过软件方式产生SPWM波，利用IGBT专用驱动芯片EXB841阵列驱动IGBT；经电感和电容构成的低通滤波器后，输出交流电源。通过升压变压器和整流滤波环节，输出绝缘电阻测试所需的直流高压源；通过降压升流变压器输出接地电阻测试所需的交流电流源。微控制器可以通过调整SPWM波的占空比输出不同的电压；采样电路同时从输出中采样电压或电流信号反馈到微控制器，通过与设定电压或电流值进行比较后调整输出电压，以满足系统的需要。
本发明的有益效果是：不但大大缩小了仪器的体积，而且可以合二为一同时具备绝缘电阻与接地电阻的测试功能；测试系统符合IEC61010标准，能实现测量、控制、显示一体化，并且可以自主设置参数和报警点，绝缘电阻测试和接地电阻测试通过软件就可以实现功能切换，方便进行电器安全检测。
附图说明：
下面结合附图对本发明做进一步地说明：
图1 测试系统整体框图；
图2 绝缘电阻测试系统原理图具体实施方式；
图3 接地电阻测试原理图；
图4 程控电源原理图；
图5 绝缘电阻测试软件流程图。
具体实施方式
一种基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪，整体设计方案如图1所示，系统分为5个部分：程控电源、信号采集及A/D转换、微控制器、键盘及显示电路、报警及控制电路。微控制器通过软件切换仪器的工作状态（绝缘电阻测试状态或接地电阻测试状态），并且根据仪器工作状态控制程控电源输出直流高压或者交流大电流作为待测电器的测试电源，通过信号采集及A/D转换电路输入微控制器进行闭环控制和电阻测量。
本系统的绝缘电阻测试原理如图2所示，测试范围为0.01MΩ-1000MΩ。由于A/D转换系统只能采集0V-5V的直流电压信号，所以为了保障系统的测量精度和实现绝缘电阻的全程测量，这里采用采样电阻网络进行自动量程切换。由微控制器通过继电器控制开关K选择采样电阻网络中的4个不同大小的分压电阻（0.1KΩ、1KΩ、10KΩ、100KΩ），在被测信号超量程或者欠量程时能自动调整到合适的量程。由于绝缘电阻测试是在被测电阻后串接一只采样电阻，所以当被测电阻较小时，由于采样电阻的分压作用，加在被测电阻两端的电压明显要低于要求电压值。为了解决这一问题，本系统在被测电阻前加入电压采样环节，即在输入端并联电阻，高压经电阻串联衰减网络得到采样电压U1。U1与采样电阻上的电压采样值U2的电势差即为待测电器两端的实际电压。这样，可通过单片机进行比对后输出电压控制信号，控制程控直流源的电压幅度，从而可以精确控制施加在待测电器上的电压，提高测试精度。
接地电阻测试原理如图3所示。程控电流源产生电器额定电流的1.5倍或25A的交变电流，且空载电压不超过12V。使其在接地线柱（或接地极）与各个易被触及的金属部件间流过，通过测量压降，根据施加电流值计算出接地电阻值。限流电阻取0.1Ω，为防止回路中电流过大；由于电源为50Hz的交流电，所以在电压信号调理环节需对采集的电压进行真-有效值转换，这里采用AD536作为电压真有效值转换器（AD536具有使用简单、外围电路少、可选择单双供电模式等优点，广泛用于测试仪表中）；在电流采集环节中采用霍尔电流传感器LEM模块，LEM模块可以测量任意波形的电流信号，其精度高、线性度好、响应速度快、过载能力强，并且原级电路和次级电路完全隔离。该系统中LEM模块可以将电流大小转化成为0-5V的电压信号。
该测试系统的主要模块之一是程控电源，如图4所示，在该部分采用逆变技术。交流市电Vin经过整流滤波成为直流电源；微控制器通过软件方式产生SPWM波，利用IGBT专用驱动芯片EXB841阵列驱动IGBT；经电感和电容构成的低通滤波器后，输出交流电源Vout。通过升压变压器和整流滤波环节，输出绝缘电阻测试所需的直流高压源；通过降压升流变压器输出接地电阻测试所需的交流电流源。微控制器可以通过调整SPWM波的占空比输出不同的电压；采样电路同时从输出中采样电压或电流信号反馈到微控制器，通过与设定电压或电流值进行比较后调整输出电压，以满足系统的需要。
本测试系统采用16位单片机87C196作为微控制器，该芯片内部有13个通道的具有采样保持功能的8位或10位Ａ／Ｄ转换器、16KB ROM和488Byte RAM，主频可达20ＭＨｚ，在12MHz时A/D转换时间为22μS，具有很强的信号处理能力，并且可提控占空比可变最高分辨率为1/65536（16位）的PWM信号；采用键盘、显示芯片8279，可预置并显示电流、电压、电阻及检测时间，提高了操作的简便性；单片机通过光偶控制继电器作为强电开关，以便与弱电隔离。
软件的主要功能如图五所示，包括：（1）系统的初始化和自检；（2）SPWM波形的输出和幅度控制；（3）接地电阻、绝缘电阻的检测和自动量程转换；（4）显示及报警。同时软件的实现过程要体现IEC61010中的测试标准，即通过编程实现对测试电源的精确控制，当待测电压或电流达到测试要求时，启动计时器开始测试，测试结束后显示相应的测试指标，并判断显示产品是否合格。具体测试流程如图5所示。
Claims (3)
1.一种基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪，其特征在于：同时具备绝缘电阻及接地电阻两种测试功能，由微控制器通过软件切换仪器的工作状态，采用程控电源输出直流高压或者交流大电流作为测试信号源。
2.如权利要求1所述的基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪，其特征在于：所述基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪由程控电源、信号采集及A/D转换、微控制器、键盘及显示电路、报警及控制电路五部分组成，所述微控制器通过软件切换仪器的工作状态，绝缘电阻测试状态或接地电阻测试状态，并且根据仪器工作状态控制所述程控电源输出直流高压或者交流大电流作为待测电器的测试电源，通过信号采集及A/D转换电路输入微控制器进行闭环控制和电阻测量。
3.如权利要求2所述的的基于程控电源的绝缘电阻、接地电阻综合测试仪，其特征在于：交流电经过整流滤波成为直流电源；微控制器通过软件方式产生SPWM波，利用IGBT专用驱动芯片EXB841阵列驱动IGBT；经电感和电容构成的低通滤波器后，输出交流电源，通过升压变压器和整流滤波环节，输出绝缘电阻测试所需的直流高压源；通过降压升流变压器输出接地电阻测试所需的交流电流源，微控制器可以通过调整SPWM波的占空比输出不同的电压；采样电路同时从输出中采样电压或电流信号反馈到微控制器，通过与设定电压或电流值进行比较后调整输出电压，以满足系统的需要。
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