CN103033697B - 电容器老化测试电路及老化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容器老化测试电路及老化系统，采用谐振电源与高压电源串联的供电方式对LC谐振模块供电，提供大电压、大电流的老化环境。控制中心通过调频模块控制IGBT电子开关频率，并根据老化电容的容量改变震荡频率，使系统适用于所有容量的电容器老化。通过谐振原理产生脉动的纹波电压、纹波电流对被测电容器的耐纹波电压、纹波电流性能参数进行试验验证，又可以对电容器的耐纹波电压、纹波电流参数进行测试。

Description

电容器老化测试电路及老化系统
技术领域
本发明涉及电子产品的老化测试，尤其是一种电容器的老化测试电路及老化系统。
背景技术
电子产品如电源等在出厂前，通常需要进行一定时间的老化，以期在日后使用时性能稳定，剔除早期失效品，是品质控制的一项重要手段。因此，电子元器件的生产厂家，大都会对出厂前的产品进行老化处理。电容器的产品说明书中会标定该电容的耐纹波电压值的大小，耐纹波电流值的大小，这个通常是理论计算出来的，有必要进行实际的实验来证明出厂参数的正确性。
电容器的老化装置分为直流老化电源和交流老化电源两种技术。中国专利文献公开了一种使用直流电源的铝电解电容老化电路(专利号：200920210433.4)，该装置将电容串联后组成一个老化单元，几个老化单元并联连接接入直流电源进行老化。该专利的技术方案仅适用于老化较低额定电压的铝电解电容。
中国专利文献还有一种大容量交流电容器耐压及老化试验电源(专利号：87205209)，该装置通过机械调整电抗器的电感值使电抗器与被试电容器的回路产生并联谐振，对被试电容器进行老化。该专利的技术方案需要机械调节电抗器使电路工作在谐振点，调节误差大、调节过程复杂，生产效率低。电抗器的电感值可调范围受到电抗器的动圈匝数限制，该发明只适用于75μF、90μF、130μF、280μF，电压0～750V的交流电容器的老化。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种消耗电能最小的电容老化测试系统及电路，使电容工作于大电压和大电流的老化工作状态，同时实现对工作中电容纹波电压的调整，通过调频控制老化系统对测试电容的容值没有具体的限制，可实现对全系列容值的电容进行老化测试。
为了实现以上目的，本发明提供了一种电容器老化测试电路，空气开关(1)接入三相交流电源，调压器(2)与空气开关的(1)串联，电压传感器(3)和电压传感器(4)分别与调压器(2)的输出端并联，接触器(7)与调压器(2)串联，接触器(5)与充电电阻(6)串联后再与接触器(7)并联，三相全桥整流单元(8)与调压器(2)串联，电流传感器(9)与三相全桥整流单元(8)串联，电压传感器(10)、放电电阻(11)和支撑电容(12)分别与电流传感器(9)和三相全桥整流单元的输出端并联，接触器(13)与放电电阻(14)串联后再与电流传感器(9)和三相全桥整流单元(8)的输出端并联，绝缘栅双极型晶体管单元(15)与绝缘栅双极型晶体管单元(16)串联后再与电流传感器(9)和三相全桥整流单元(8)的输出端并联，电压传感器(17)与绝缘栅双极型晶体管单元(16)的C端与E端并联；
空气开关(19)接入两相交流电源，调压器(20)与空气开关串联，电压传感器(21)与调压器(20)并联，接触器(24)与调压器(20)串联，接触器(22)与充电电阻(23)串联后再与接触器(24)并联，升压变压器(25)与调压器(20)串联，单相H桥整流单元(26)与升压变压器(25)串联，电流传感器(27)与单相H桥整流单元(26)串联，电压传感器(28)、放电电阻(29)和支撑电容(30)分别与电流传感器(27)和单相H桥整流单元(26)的输出端并联；
接触器(31)与放电电阻(32)串联后再分别与电压传感器(33)和被测电容(35)并联；
绝缘栅双极型晶体管单元(16)的E端与支撑电容(30)串联；
电流传感器(18)与电压传感器(17)并联，电感(34)与电流传感器(18)串联。
本发明还提供了一种电容器老化系统，由人机界面模块、控制中心、电压电流检测模块、谐振电源充电整流放电模块、高压电源充电整流放电模块、调频模块和LC震荡模块组成；
其中，所述电压电流检测模块由电压传感器(3、4、10、17、21、28和33)和电流传感器(9、18和27)组成；
所述谐振电源充电整流放电模块由空气开关(1)、调压器(2)、接触器(5和7)、充电电阻(6)、三相全桥整流单元(8)、支撑电容(12)、接触器(13)、放电电阻(14)组成；
所述高压电源充电整流放电模块由空气开关(19)、调压器(20)、接触器(22和24)、充电电阻(23)、升压变压器(25)、单相H桥整流单元(26)、支撑电容(30)、接触器(31)、放电电阻(32)组成；
所述调频模块由绝缘栅双极型晶体管IGBT单元(15和16)组成；
所述LC震荡模块由电感(34)、被测电容(35)组成。
与现有技术相比，本发明由于采用谐振电源与高压电源串联的供电方式对LC谐振模块供电，提供大电压、大电流的老化环境；控制中心通过调频模块控制IGBT电子开关频率，并根据老化电容的容量改变震荡频率，使系统适用于所有容量的电容老化；通过谐振原理产生脉动的纹波电压、纹波电流对被测电容器的耐纹波电压、纹波电流性能参数进行试验验证，又可以对电容器的耐纹波电压、纹波电流参数进行测试。
本系统既能使电路工作在谐振频率点，也可以使电路工作在谐振频率点上方或下方附近，最重要的保护点是通过控制中心改变调频模块的电子开关频率来改变震荡电路的工作频率。
附图说明
图1是电容器老化测试系统结构框图。
图2为电容器老化电路图。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
图1中，电容器老化测试系统由人机界面模块、控制中心、电压电流检测模块、谐振电源充电整流放电模块、高压电源充电整流放电模块、调频模块、LC震荡模块组成。控制中心通过电压电流检测模块得到系统的电压电流等信号，控制谐振电源充电整流放电模块和高压电源充电整流放电模块对调频模块供电，控制中心通过控制调频模块使LC震荡模块工作在不同的频率。人机界面1可以设置测试电容的电压、电流、频率等测试参数。
图2所示，电压电流检测模块由电压传感器3、4、10、17、21、28、33和电流传感器9、18、27组成。
谐振电源充电整流放电模块由空气开关1、调压器2、接触器5和7、充电电阻6、三相全桥整流单元8、支撑电容12、接触器13、放电电阻11、14组成。系统关掉后可以用电阻11慢速放掉电容12中的电量。
高压电源充电整流放电模块由空气开关19、调压器20、接触器22和24、充电电阻23、升压变压器25、单相H桥整流单元26、支撑电容30、接触器31、放电电阻29、32组成。通过这两个变压器组合，可以得到高压谐振电源的不同高压值。系统关掉后可以用电阻29来慢速放掉电容30中的电量。
谐振电源和高压电源电源采用调压器加桥式整流电路得到，也可以用可控整流，PWM整流器或高压可调电源等代替。
放电电阻32阻值较小，功率大，可以快速放掉电容12和30的电量。
放电电阻14阻值较小，功率大，可以快速放掉电容12的电量。
调频模块由绝缘栅双极型晶体管IGBT单元15、16组成。本案调频模块采用IGBT模块调频，可以采用其他功率半导体器件代替，例如电力晶体管GTR、可关断晶闸管GTO，金氧半场效晶体管MOSFET，集成门极换流晶闸管IGCT，电子注入增强栅晶体管IEGT等等，或者是智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM等替代。
LC震荡模块由电感34、被测电容35组成。
本发明电容器老化测试电路采用了LC串联谐振电路，也可以采用LC并联谐振替代串联结构。
首先电容器老化测试电路上电，通过人机界面模块设定工作频率、老化电容容量、工作电压、工作电流、高压保护值、低压保护值、老化电容过压保护值、老化电容过流保护值。
在谐振电源充电整流放电模块中：三相交流电通过调压器2、充电电阻6、三相全桥整流单元8对支撑电容12充电，控制中心检测到充电电压满足条件后断开充电接触器5，闭合主接触器7将充电电阻6跳过，谐振电源供电完成。
在高压电源充电整流放电模块中：单相交流电通过调压器20、充电电阻23、升压变压器25、单相H桥整流单元26对支撑电容30充电，控制中心检测到充电电压满足条件后断开充电接触器22，闭合主接触器24将充电电阻23跳过，高压电源供电完成。
LC谐振原理：谐振电源通过调频模块输出脉冲方波电压与高压电源串联对LC震荡模块供电。控制中心控制调频模块输出频率可变，占空比0～100％可调的方波电压。当输出频率与LC震荡模块谐振频率相等时，老化电容工作在谐振状态，工作电流最大，消耗电能最小。
在电容器老化测试电路工作期间，控制中心通过电压电流检测模块监测老化电容的工作电压、工作电流、温度等数据并作为产品老化、测试信息存储下来。并且根据保护值的设定对电容器老化测试电路做相应的保护。
电容老化完成后，控制中心控制谐振电源充电整流放电模块和高压电源充电整流放电模块中的放电单元将支撑电容的电能放掉。

Claims (1)

1.一种电容器老化测试电路，其特征在于：空气开关(1)接入三相交流电源，调压器(2)与空气开关的(1)串联，电压传感器(3)和电压传感器(4)分别与调压器(2)的输出端并联，接触器(7)与调压器(2)串联，接触器(5)与充电电阻(6)串联后再与接触器(7)并联，三相全桥整流单元(8)与调压器(2)串联，电流传感器(9)与三相全桥整流单元(8)串联，电压传感器(10)、放电电阻(11)和支撑电容(12)分别与电流传感器(9)和三相全桥整流单元的输出端并联，接触器(13)与放电电阻(14)串联后再与电流传感器(9)和三相全桥整流单元(8)的输出端并联，绝缘栅双极型晶体管单元(15)与绝缘栅双极型晶体管单元(16)串联后再与电流传感器(9)和三相全桥整流单元(8)的输出端并联，电压传感器(17)与绝缘栅双极型晶体管单元(16)的C端与E端并联；
空气开关(19)接入两相交流电源，调压器(20)与空气开关串联，电压传感器(21)与调压器(20)并联，接触器(24)与调压器(20)串联，接触器(22)与充电电阻(23)串联后再与接触器(24)并联，升压变压器(25)与调压器(20)串联，单相H桥整流单元(26)与升压变压器(25)串联，电流传感器(27)与单相H桥整流单元(26)串联，电压传感器(28)、放电电阻(29)和支撑电容(30)分别与电流传感器(27)和单相H桥整流单元(26)的输出端并联；
接触器(31)与放电电阻(32)串联后再分别与电压传感器(33)和被测电容(35)并联；
绝缘栅双极型晶体管单元(16)的E端与支撑电容(30)串联；
电流传感器(18)与电压传感器(17)并联，电感(34)与电流传感器(18)串联后连接到绝缘栅双极型晶体管单元(15)的E端和绝缘栅双极型晶体管单元(16)的C端。
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