CN103267884A

CN103267884A - 一种双极性方波脉冲电压绝缘寿命实验漏电流检测装置

Info

Publication number: CN103267884A
Application number: CN2013101713571A
Authority: CN
Inventors: 蒋存波; 项春雷; 金红; 王西乐; 陈小琴
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guilin University of Technology
Priority date: 2013-05-11
Filing date: 2013-05-11
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明公开一种双极性方波脉冲电压绝缘寿命实验漏电流检测装置。漏电流检测装置由电流检测电路、高共模抑制比输入缓冲放大器、电压放大及绝对值电路和漏电流检出电路四个电路构成。本发明消除了方波脉冲电压绝缘寿命实验中容性特性绝缘试样过渡过程电流对绝缘漏电流检测的影响，可以提高绝缘失效判别的准确性。

Description

一种双极性方波脉冲电压绝缘寿命实验漏电流检测装置

技术领域

本发明涉及一种双极性方波脉冲电压绝缘寿命实验漏电流检测装置。

背景技术

电气装备中绝缘材料和绝缘结构的电气寿命直接关系到电气装备的寿命和运行安全，为了快速获得新的绝缘材料或绝缘结构的电气寿命，需要在不改变绝缘失效机理的前提下，通过适当增加电应力来加速绝缘老化过程，以便快速获得绝缘电寿命的相关信息。当前大功率电机调速和新能源发电的励磁等控制中广泛使用脉冲宽度调制（PWM）技术，这些应用领域中绝缘承受的已不是传统的直流和正弦交流电，而是连续的高频高压脉冲电。理论和实践均表明，连续高频高压脉冲电环境下绝缘承受的应力较直流和正弦交流电环境要严酷得多，以往针对直流和正弦交流电的绝缘寿命加速实验评估方法和实验测试装置已不能满足连续高频高压脉冲电下绝缘寿命加速评估的需要。脉冲电应力应用环境下绝缘寿命加速试验评估需使用连续高频高压脉冲电，并通过适当提高电应力值加速绝缘老化过程，通过检测实验过程中的绝缘泄漏电流I_LS并与所设定电流阈值进行比较进行绝缘失效判别，而实际实验中通常是通过检测流过绝缘试样回路电流I作为绝缘漏电流近似值进行绝缘失效判别。绝缘试样呈现电容性负载特性，在1kHz~20kHz双极性连续方波脉冲电压作用下，电容性试样在试样回路产生过度过程电流I_C，试样回路电流是绝缘漏电流I _LS和电容过渡过程电流I _C的叠加即I=I_LS+I_C。过度过程电流I _C是能量主要集中在脉冲上升沿和下降沿附近且呈指数规律衰减的尖峰电流，随试样电容值的变化而变化，对绝缘漏电流检测的准确性和稳定性造成较大的影响，导致对绝缘失效时刻判定的较大偏差，对绝缘寿命评估造成较大的不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种双极性方波脉冲电压绝缘寿命实验漏电流检测装置。

本发明的漏电流检测装置由电流检测电路、高共模抑制比输入缓冲放大器、电压放大及绝对值电路和漏电流检出电路四个电路构成。脉冲电压绝缘加速老化试验中流过试样回路的电流包含绝缘漏电流I _LS和电容过渡过程电流I _C即I=I _LS+I _C，电容过度过程电流严重干扰对绝缘漏电流的检测。试样回路的电流I由电流检测电路1转换为电压信号U_T，将信号U_T送到高共模抑制比输入缓冲放大电路，抑制了共模信号的输出电压U₁再被送到电压放大及绝对值电路变换成0~5V的绝对值信号U₃，最后由漏电流检出电路去掉电容过度过程电流的影响检出漏电流，经缓冲后在输出端得到与漏电流I _LS成比例的输出电压U_ILS。

具体检测方法为：

（1）利用电流检测电路将试样回路的电流信号I=I _C+I _LS转换为双极性脉冲电压信号U _T，电流检测电路使用无感电阻或霍尔电流传感器。信号U _T由高共模抑制比输入缓冲放大器对进行缓冲，双极性限幅放大电路进行限幅放大，再由绝对值电路进行绝对值变换，绝对值电路输出为试样回路的电流绝对值信号U ₃；

（2）在脉冲同步控制信号P_TB控制下，用单稳态电路在脉冲上升和下降沿都产生一个高电平宽度为3微秒以内的脉冲控制信号P_KZ，脉冲同步信号P_TB与试样回路脉冲电流I同步；

（3）脉冲控制信号P_KZ通过控制两个电子开关S_IT和S_IB实现对输出缓冲放大器输入信号的控制。在P_KZ为高电平时，电子开关S_IT导通，S_IB断开，试样电流绝对值信号U ₃被从输入端切除，保持器电路保持的前一时刻绝缘漏电流保持信号U _LSB被送到输出缓冲放大器的输入端，而在P_KZ为低电平时，电子开关S_IB导通，S_IT断开，漏电流保持信号U _ILSB被从输入端切除，过渡过程电流已趋于零而绝缘漏电流信号占主要成分的试样回路电流绝对值信号U ₃被送到输出缓冲放大器的输入端，从而在整个脉冲周期输出缓冲放大器的输出信号为基本消除了电容过渡过程电流后的绝缘漏电流信号U _ILS；

（4）保持电路将输出缓冲放大器输出的漏电流信号U _ILS送到保持电容进行保持，保持器的输出信号U _ILSB=U _ILS。

本发明消除了方波脉冲电压绝缘寿命实验中容性特性绝缘试样过渡过程电流对绝缘漏电流检测的影响，可以提高绝缘失效判别的准确性。

附图说明

图1为本发明的漏电流检测装置原理框图。

图中标记：1-电流检测电路；2-高共模抑制比输入缓冲放大电路；3-电压放大及绝对值电路；4-漏电流检出电路。

图2为本发明实施例漏电流检测电路图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，漏电流检测装置由电流检测电路1、高共模抑制比输入缓冲放大器2、电压放大及绝对值电路3和漏电流检出电路4四个电路构成。脉冲电压绝缘加速老化试验中流过试样回路的电流包含绝缘漏电流I _LS和电容过渡过程电流I _C即I=I _LS+I _C，电容过度过程电流严重干扰对绝缘漏电流的检测；试样回路的电流I由电流检测电路1转换为电压信号U_T，将信号U_T送到高共模抑制比输入缓冲放大电路2，抑制了共模信号的输出电压U₁再被送到电压放大及绝对值电路3变换成0~5V的绝对值信号U₃，最后由漏电流检出电路4去掉电容过度过程电流的影响检出漏电流，经缓冲后在输出端得到与漏电流I _LS成比例的输出电压U_ILS。

如图2所示，试样回路电流I由霍尔电流传感器转换为电压信号U _T，由高共模抑制比输入缓冲放大器IC1进行输入缓冲，缓冲后的输出信号为U ₁；由IC2为核心构成的双向限幅放大器进行放大，限幅值约为±6V，限幅输出信号为U ₂。调整放大器增益为20，因绝缘漏电流最大值不超过150mA，故±150mA以下的泄漏电流处于线性放大区，而当I的绝对值大于300mA时则进入饱和区。限幅放大输出信号送入绝对值电路，绝对值输出信号为U ₃=|U ₂|。脉冲同步信号P_TB由脉冲逆变控制电路产生，与高压脉冲电源U_HP同步，同步信号P_TB送到单稳态电路，在P_TB的上升和下降沿均产生3μS以内正脉冲，并由IC3C合成并经IC4D反相后输出正极性脉冲控制信号P_KZ。在每个脉冲边沿的3μS时间内，P_KZ为高电位，电子开关S_IT导通，电容过渡过程电流占主要成分的试样回路电流信号U ₃被切除，另一电子开关S_IB截止，保持器保持的前一时刻漏电流输出信号U _ILSB＝U _ILS被送到输出缓冲放大器的输入端，其输出信号为前一时刻的绝缘漏电流信号，经过延时后P_KZ为低电位，电子开关S_IT截止，试样回流电流绝对值信号U ₃送到输出缓冲放大器的输入端，电子开关S_IB导通，保持器输出信号U _ILSB被切除，其输出信号为当前的绝缘漏电流信号。利用P_KZ通过两个电子开关的控制基本消除了试样电容过渡过程电流的影响，在输出缓冲放大器的输出端得到绝缘漏电流信号U _LS。保持器由电压保持专用集成电路IC6和保持电容CB为核心构成，脉冲控制信号P_KZ为高电平控制保持器将漏电流检测信号U _ILS保持在CB中，在P_KZ=0时，维持CB上的电压不变即保持器的输出信号U _ILSB=U _ILS。

Claims

1.一种漏电流检测装置，其特征在于：漏电流检测装置由电流检测电路（1）、高共模抑制比输入缓冲放大器（2）、电压放大及绝对值电路（3）和漏电流检出电路（4）四个电路构成；脉冲电压绝缘加速老化试验中流过试样回路的电流包含绝缘漏电流I _LS和电容过渡过程电流I _C即I=I _LS+I _C，电容过度过程电流严重干扰对绝缘漏电流的检测；试样回路的电流I由电流检测电路（1）转换为电压信号U_T，将信号U_T送到高共模抑制比输入缓冲放大电路（2），抑制了共模信号的输出电压U₁再被送到电压放大及绝对值电路（3）变换成0~5V的绝对值信号U₃，最后由漏电流检出电路（4）去掉电容过度过程电流的影响检出漏电流，经缓冲后在输出端得到与漏电流I _LS成比例的输出电压U_ILS。