CN106970308A - 一种电容器脉冲电压试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电容器脉冲电压试验装置和，包含市电供电电路模块、脉冲电压发生电路模块、控制电路模块、PLC模块和显示模块；通过采用PLC模块进行控制，实现自动化切换控制，满足不同容量范围的电容器试验参数需求，解决了高压端口与人体的直接接触，最大限度的防止设备对实验人员可能造成的损害的技术问题。

Description

一种电容器脉冲电压试验装置和方法

技术领域

本发明涉及元器件检测技术领域，特别是涉及一种安规电容器脉冲电压试验装置。

背景技术

安规电容器在日常家用电器中使用较为广泛，其作用在于即使电容器失效后不会导致电击而危及人身安全。在电源跨线电路中使用安规电容器来消除噪音时，不仅仅只有正常电压，还必须考虑到异常的脉冲电压（如闪电）的产生，这可能会导致电容器冒烟或者起火。所以，跨线电容器的安全标准对于在不同国家有严格规定，故必须使用经过安全认证的电容器。

图1公开了GB/T6346.14-2015中对于安规电容器脉冲电压试验的描述，其中：Ct—— 充电或储能电容器；Cp —— 并联电容器；Cx —— 被试电容器；RL —— 负载电阻器；Rs —— 充电电阻器；Rp —— 放电电阻器；U0 —— 直流电源；针对不同容量的电容器，网络中的各种元器件的参数值表如表1所示：

表1 网络中Cx Ct Rp Rs Cp的值

除Y3类电容器外，所有电容器都应承受脉冲电压试验，而对于此脉冲电压试验标准中提供试验用电路，且针对不同标称容量的电容器所需的电路参数值均不相同，国内现有的仪器设备采用手动连线的方式切换不同的参数值，虽然对于接线的端口进行了高压处理，但是次数较多的插拔可能会导致绝缘材料的破损或接触不良，使用时间较长时绝缘材料会老化，导致高压打火或者人体触电等情况，危害人身财产安全。

发明内容：

本发明申请提供一种电容器脉冲电压试验装置和方法，采用PLC模块进行控制，实现自动化切换控制，满足不同容量范围的电容器试验参数需求，解决了高压端口与人体的直接接触，最大限度的防止设备对实验人员可能造成的损害的技术问题。

本申请的技术方案如下：提供一种电容器脉冲电压试验装置，其特征在于：包含用于提供电源信号的市电供电电路模块、零伏起调开关、升压变压器、脉冲电压发生电路模块、控制模块、PLC模块，显示模块和待测电容器；其中，市电供电电路依次连接零伏起调开关和升压变压器的输入端，所述升压电压器的输出端连接至所述脉冲电压发生电路模块；

所述脉冲电压发生电路模块主要包含整流滤波电路，多个交流接触器，电容，电阻，电流取样信号电路和电压取样信号电路，所述整流滤波电路电路连接至所述升压变压器，所述整流滤波电路第一输出端串联连接电阻R1的第一端，R1的第二端连接交流接触器J1的第一端，J1的第二端连接交流接触器J4的第一端，J4的第二端连接交流接触器J5-1的第一端，J5-1的第二端连接第一并联网络的第一端，所述第一并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述J4的第二端还连接交流接触器J6-1的第一端，J6-1的第二端连接第二并联网络的第一端，所述第二并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述整流滤波电路的第二输出端连接所述试验电容器的第二端；第三并联网络的第一端连接至所述试验电容器的第一端，第三并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；第四并联网络的第一端连接至J1的第二端，第四并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；所述J5-1的第二端连接电阻R2的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；所述J6-1的第二端连接电阻R3的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；

其中，电阻R7-R10分别和交流接触器J7-J10一一串联后并联组成所述第一并联网络；电阻R11-R16分别和交流接触器J11-J16一一串联后并联组成所述第二并联网络；电容C4和交流接触器J5-3串联，电容C5和交流接触器J6-3串联，然后两个串联模块并联组成所述第三并联网络；电容C2-C3分别和交流接触器J2-J3一一串联后并联组成所述第四并联网络；所述整流滤波电路分别连接所述电流取样信号电路和所述电压取样电路，所述电流取样信号电路和所述电压取样信号电路连接至控制模块；

所述控制模块连接所述PLC模块，所述PLC模块连接至所述脉冲电压发生电路模块根据所述控制模块的指令控制所述多个交流接触器开关的通断，所述控制模块还通过RS232和触摸屏显示模块进行通信连接。

其中，所述控制电路模块由零伏起调电路，信号调理电路，过压过流保护电路，供电电路四个部分组成，零伏起调电路用于将设备在上一次工作的状态下输出电压调节归零，信号调理电路连接至脉冲电压发生电路的电压取样端，输出连接到PLC控制模块的AD模块，用于将输入的电压电流信号，经过调理电路，进行滤波和比例放大，使输入信号的范围满足PLC控制模块的AD模块输入范围，以利于AD模块的信号采集；过压保护电路连接于信号调理电路，用于当外部电源的电压发生突变时根据信号调理电路的电流电压变化，及时切断断开零伏起调开关，防止因过大的电压对仪器和样品的冲击；供电电路用于提供电路工作电压。

其中，所述PLC模块还包含输入输出端口和可扩展AD模块，输入端口X0用于零伏起调控制信号，输入端口X1用于过压保护控制信号，输入端口X2用于过流保护控制信号；可扩展AD模块连接信号调理电路。

其中，根据以下三种试验情况断开输出的零伏起调开关：试验开始时，调压器输出电压不是0V，交流接触器开关J0不吸合，需回调至零位；出现过压保护时，断开交流接触器开关J0，防止输出高压损坏样品电容器和操作人员；出现过流保护时，断开交流接触器开关J0，防止输出高压损坏设备。

其中，市电供电电路依次连接零伏起调开关，升压变压器后连接至所述脉冲电压发生电路模块作为其电源输入；所述脉冲电压发生电路模块包含多个交流接触器，并产生电流取样信号和电压取样信号输入至所述控制模块；所述控制模块对初始工作电压进行控制，并根据脉冲电压发生电路产生的所述电流取样信号和电压取样信号为PLC模块提供初始输入信号，且在被试样品出现短路或者其他异常情况出现时提供过流保护；PLC模块根据控制电路输入信号进行系统化控制，依照安全试验的要求以及针对试验电容器容量不同，控制所述脉冲电压发生电路模块中的交流接触器开关的切换实现不同参数进行组合，完成脉冲电容的自动匹配，防止人为插拔时触电，同时根据各种试验情况断开输出的零伏起调开关；所述控制模块还通过RS232和显示模块进行通信连接，将实时的参数信息传递到显示模块上，同时根据显示模块下发的指令信息，自动化完成试验。

本发明申请还提供一种电容器脉冲电压试验方法，首先，零伏起调电路用于将设备在上一次工作的状态下输出电压调节归零后接入试验电容器；

其次，控制模块对脉冲电压发生电路进行电压信号取样和电流信号取样，并通过RS232和触摸屏显示模块进行通信连接，将实时的参数信息传递到所述触摸屏显示模块上，同时根据所述触摸屏显示模块下发的指令信息，将控制信息发送至PLC模块，所述PLC模块依照安全试验的要求以及针对试验电容器容量不同，控制所述脉冲电压发生电路模块中的交流接触器开关的切换实现不同参数进行组合，完成脉冲电容的自动匹配，防止人为插拔时触电，同时根据各种试验情况断开零伏起调开关，自动化完成试验；

其中，市电供电电路依次连接零伏起调开关和升压变压器的输入端，所述升压电压器的输出端连接至所述脉冲电压发生电路模块，所述升压变压器的输出信号作为所述脉冲电压发生电路模块的输入信号，整流滤波电路连接至所述升压变压器，所述整流滤波电路第一输出端串联连接电阻R1的第一端，R1的第二端连接交流接触器J1的第一端，J1的第二端连接交流接触器J4的第一端，J4的第二端连接交流接触器J5-1的第一端，J5-1的第二端连接第一并联网络的第一端，所述第一并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述J4的第二端还连接交流接触器J6-1的第一端，J6-1的第二端连接第二并联网络的第一端，所述第二并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述整流滤波电路的第二输出端连接所述试验电容器的第二端；第三并联网络的第一端连接至所述试验电容器的第一端，第三并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；第四并联网络的第一端连接至J1的第二端，第四并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；所述J5-1的第二端连接电阻R2的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；所述J6-1的第二端连接电阻R3的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；

其中，电阻R7-R10分别和交流接触器J7-J10一一串联后并联组成所述第一并联网络；电阻R11-R16分别和交流接触器J11-J16一一串联后并联组成所述第二并联网络；电容C4和交流接触器J5-3串联，电容C5和交流接触器J6-3串联，然后两个串联模块并联组成所述第三并联网络；电容C2-C3分别和交流接触器J2-J3一一串联后并联组成所述第四并联网络；

所述整流滤波电路产生所述电流取样信号和电压取样信号。

其中，所述根据各种试验情况断开零伏起调开关具体为：根据以下三种试验情况断开输出的零伏起调开关：试验开始时，调压器输出电压不是0V，零伏起调开关不吸合，需回调至零位；出现过压保护时，断开零伏起调开关，防止输出高压损坏样品电容器和操作人员；出现过流保护时，断开零伏起调开关，防止输出高压损坏设备。

本发明中的上述装置通过采用PLC模块进行控制，实现自动化切换控制，满足不同容量范围的电容器试验参数需求，避免了高压端口与人体的直接接触，最大限度的防止设备对实验人员可能造成的损害。

附图说明：

图1 为GB/T6346.14-2015中规定的脉冲电压试验电路。

图2为本发明原理图。

图3为供电电路示意图。

图4为脉冲电压发生电路示意图。

图5为控制电路示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明提供的电容器脉冲电压试验装置的具体实施方式进行详细描述。

参考图2，公开了所述电容器脉冲电压试验装置，包含用于提供电源信号的市电供电电路模块、零伏起调开关、升压变压器、脉冲电压发生电路模块、控制模块、PLC模块和显示模块；其中，市电供电电路依次连接零伏起调开关，升压变压器后连接至所述脉冲电压发生电路模块作为其电源输入；所述脉冲电压发生电路模块包含多个交流接触器，并产生电流取样信号和电压取样信号输入至所述控制模块；所述控制模块对初始工作电压进行控制，并根据脉冲电压发生电路产生的所述电流取样信号和电压取样信号为PLC模块提供初始输入信号，且在被试样品出现短路或者其他异常情况出现时提供过流保护；PLC模块根据控制电路输入信号进行系统化控制，依照安全试验的要求以及针对试验电容器容量不同，控制所述脉冲电压发生电路模块中的交流接触器开关的切换实现不同参数进行组合，完成脉冲电容的自动匹配，防止人为插拔时触电，同时根据各种试验情况断开输出的零伏起调开关；所述控制模块还通过RS232和显示模块进行通信连接，将实时的参数信息传递到显示模块上，同时根据显示模块下发的指令信息，自动化完成试验。

其中，参考图3，供电电路通过基本的调压电路为各个模块提供工作电源；其中，降压变压器，将AC220V降压至控制电路板所需的电压；如PLC ，控制模块，零伏起调电路；降压变压器一路输出至零伏起调交流接触器J0，在调压器归于零位时吸合开关。同时根据各种试验情况断开输出的零伏起调开关，即图3中的交流接触器开关J0，共有3种情况：1）试验开始时，调压器输出电压不是0V，交流接触器开关J0不吸合，需回调至零位；2）出现过压保护时，断开交流接触器开关J0，防止输出高压损坏样品电容器和操作人员；3）出现过流保护时，断开交流接触器开关J0，防止输出高压损坏设备。

参考图4，脉冲电压发生电路为整个技术方案的核心，根据表1中针对试验电容器容量不同，采用的各项参数也不同，本发明对各项参数进行组合，并通过交流接触器切换，具体组成为：T2： 升压变压器，产生AC 8KV高压；整流滤波电路为本领域常见的高压整流桥和低通滤波电路，用于将AC 8KV交流电压转换为DC 8KV直流电压； R1 ： 对应图1中的RL负载电阻器；R3和R4：二者组成分压电压，将输出的试验电压降压后连接至电压取样模块；R5：电流取样电阻，取样测试回路中的电流，转化为电压信号，连接至电流取样模块；J1： 充电交流接触器，吸合后给储能电容器Ct充电；J4： 放电交流接触器，吸合后储能电容器对被试电容器Cx放电，产生脉冲电压；J2-3：选择不同的储能电容器，根据表1中的网络参数，当0.0039uF≤Cx≤0.027uF时，J2吸合（选择0.25uF），J3断开；当Cx＞0.027uF时，J2断开，J3吸合（选择20uF）；C2和C3 ：二者组成储能电容器，并根据被试电容器Cx的容量范围，通过J2和J3自动切换至所需的储能电容器，C2为0.25uF，C3为20uF；（J5-1，J5-3）和（J6-1，J6-3）：选择不同放电电阻和并联电容器Cp，根据表1中的网络参数，当0.0039uF≤Cx≤0.027uF时，（J5-1，J5-3）吸合（Rp=234Ω，Cp=7800P），（J6-1，J6-3）断开；当Cx＞0.027uF时，（J5-1，J5-3）断开，（J6-1，J6-3）吸合（（Rp=3Ω，Cp=3300P））；R2和R3：二者组成放电电阻器，并根据被试电容器Cx的容量范围，通过J5-1和J6-1切换至所需的放电电阻值，R2为234Ω，R3为3Ω；C4和C5：二者组成并联电容，并根据被试电容器Cx的容量范围，通过J5-3和J6-3切换至所需要的并联电容器，C4为7800P，C5为3300P；J7-16：10组交流接触器，用于选择不同的充电电阻器，详见表1；R7-R16：10个电阻组成充电电阻器，并根据被试电容器Cx的容量范围，通过J7-16进行切换至所需的充电电阻值；R7-R16：用于线路的阻抗匹配，防止因阻抗匹配导致产生的脉冲波形震荡和尖峰脉冲等现象； Cx ： 被试电容器。

以上所述的交流接触器的通断控制，皆为PLC触点控制，通过在PLC模块中写入时序，实现档位的自动切换，试验流程的自动化控制等。

参考图5，控制电路可分为零伏起调电路，信号调理电路，过压过流保护电路，供电电路四个部分。其中，零伏起调电路用于将设备在上一次工作的状态下输出电压调节归零，零伏起调电路的作用在于当设备在上一次工作的状态下，没有将输出电压调节归零，若无该功能，设备启动后，即产生高压，可能危害到设备使用人员的人身安全。

信号调理电路连接至脉冲电压发生电路的电压取样端，输出连接到PLC模块的AD模块，用于将输入的电压电流信号，经过调理电路，进行滤波和比例放大，使输入信号的范围满足PLC模块的AD模块输入范围，以利于AD模块的信号采集；过压保护电路连接于信号调理电路，用于当外部电源的电压发生突变时根据信号调理电路的电流电压变化，及时切断断开零伏起调开关，防止因过大的电压对仪器和样品的冲击；供电电路用于提供电路工作电压。

PLC模块的输入电源由市电供电电路提供。选用松下PLC进行系统化控制，通过RS232和显示模块进行通信连接，将实时的参数信息传递到显示模块上，并根据显示模块下发的指令信息，自动化完成试验。

PLC模块配备了数量众多的输入和输出端口：输入端口X0用于零伏起调控制信号，输入端口X1用于过压保护控制信号，输入端口X2用于过流保护控制信号；脉冲信号发生电路中的J1-J16交流接触器线包连接至PLC的继电器输出IO口Y1-YF，通断信号根据PLC中的逻辑时序判断后直接控制通断。

PLC模块同时还可扩展AD模块，本发明需配置两路的AD采样模块，用于脉冲电压的采样和电流信号采样。需将电压取样信号调理电路和电流取样调理电路连接到AD取样模块，PLC模块内部时序可实现数据的拟合处理，实现精确的电压电流信息的取样。

本发明采用威纶通触摸屏作为显示模块，通过RS232连接到控制模块，可将试验过程中的参数信息显示到触摸屏显示模块中，同时试验过程中需配置的参数信息也可通过在触摸屏中进行配置，并下发至控制模块，完成整套设备的人机交互，试验过程的自动化进行。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种电容器脉冲电压试验装置，其特征在于：包含用于提供电源信号的市电供电电路模块、零伏起调开关、升压变压器、脉冲电压发生电路模块、控制模块、PLC模块，显示模块和试验电容器；其中，市电供电电路依次连接零伏起调开关和升压变压器的输入端，所述升压电压器的输出端连接至所述脉冲电压发生电路模块；

所述脉冲电压发生电路模块主要包含整流滤波电路，多个交流接触器，电容，电阻，电流取样信号电路和电压取样信号电路，所述整流滤波电路电路连接至所述升压变压器，所述整流滤波电路第一输出端串联连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接交流接触器J1的第一端，交流接触器J1的第二端连接交流接触器J4的第一端，交流接触器J4的第二端连接交流接触器J5-1的第一端，交流接触器J5-1的第二端连接第一并联网络的第一端，所述第一并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述交流接触器J4的第二端还连接交流接触器J6-1的第一端，交流接触器J6-1的第二端连接第二并联网络的第一端，所述第二并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述整流滤波电路的第二输出端连接所述试验电容器的第二端；第三并联网络的第一端连接至所述试验电容器的第一端，第三并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；第四并联网络的第一端连接至交流接触器J1的第二端，第四并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；所述交流接触器J5-1的第二端连接电阻R2的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；所述交流接触器J6-1的第二端连接电阻R3的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；

其中，电阻R7-R10分别和交流接触器J7-J10一一串联后并联组成所述第一并联网络；电阻R11-R16分别和交流接触器J11-J16一一串联后并联组成所述第二并联网络；电容C4和交流接触器J5-3串联，电容C5和交流接触器J6-3串联，然后两个串联模块并联组成所述第三并联网络；电容C2-C3分别和交流接触器J2-J3一一串联后并联组成所述第四并联网络；所述整流滤波电路分别连接所述电流取样信号电路和所述电压取样信号电路，所述电流取样信号电路和所述电压取样信号电路连接至控制模块；

所述控制模块连接所述PLC模块，所述PLC模块连接至所述脉冲电压发生电路模块根据所述控制模块的指令控制所述多个交流接触器开关的通断，所述控制模块还通过RS232和触摸屏显示模块进行通信连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制电路模块由零伏起调电路，信号调理电路，过压过流保护电路，供电电路四个部分组成，零伏起调电路用于将设备在上一次工作的状态下输出电压调节归零，信号调理电路连接至脉冲电压发生电路的电压取样端，输出连接到PLC模块的AD模块，用于将输入的电压电流信号，经过调理电路，进行滤波和比例放大，使输入信号的范围满足PLC模块的AD模块输入范围，以利于AD模块的信号采集；过压保护电路连接于信号调理电路，用于当外部电源的电压发生突变时根据信号调理电路的电流电压变化，及时切断断开零伏起调开关，防止因过大的电压对仪器和样品的冲击；供电电路用于提供电路工作电压。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述PLC模块还包含输入输出端口和可扩展AD模块，输入端口X0用于零伏起调控制信号，输入端口X1用于过压保护控制信号，输入端口X2用于过流保护控制信号；可扩展AD模块连接信号调理电路。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，根据以下三种试验情况断开输出的零伏起调开关：试验开始时，调压器输出电压不是0V，零伏起调开关不吸合，需回调至零位；出现过压保护时，断开零伏起调开关，防止输出高压损坏样品电容器和操作人员；出现过流保护时，断开零伏起调开关，防止输出高压损坏设备。

5.一种电容器脉冲电压试验方法，其特征在于：

首先，零伏起调电路用于将设备在上一次工作的状态下输出电压调节归零后接入试验电容器；

其次，控制模块对脉冲电压发生电路进行电压信号取样和电流信号取样，并通过RS232和触摸屏显示模块进行通信连接，将实时的参数信息传递到所述触摸屏显示模块上，同时根据所述触摸屏显示模块下发的指令信息，将控制信息发送至PLC模块，所述PLC模块依照安全试验的要求以及针对试验电容器容量不同，控制所述脉冲电压发生电路模块中的交流接触器开关的切换实现不同参数进行组合，完成脉冲电容的自动匹配，防止人为插拔时触电，同时根据各种试验情况断开零伏起调开关，自动化完成试验；

其中，市电供电电路依次连接零伏起调开关和升压变压器的输入端，所述升压电压器的输出端连接至所述脉冲电压发生电路模块，所述升压变压器的输出信号作为所述脉冲电压发生电路模块的输入信号，整流滤波电路连接至所述升压变压器，所述整流滤波电路第一输出端串联连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接交流接触器J1的第一端，交流接触器J1的第二端连接交流接触器J4的第一端，交流接触器J4的第二端连接交流接触器J5-1的第一端，交流接触器J5-1的第二端连接第一并联网络的第一端，所述第一并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述交流接触器J4的第二端还连接交流接触器J6-1的第一端，交流接触器J6-1的第二端连接第二并联网络的第一端，所述第二并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第一端；所述整流滤波电路的第二输出端连接所述试验电容器的第二端；第三并联网络的第一端连接至所述试验电容器的第一端，第三并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；第四并联网络的第一端连接至交流接触器J1的第二端，第四并联网络的第二端连接至所述试验电容器的第二端；所述交流接触器J5-1的第二端连接电阻R2的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；所述交流接触器J6-1的第二端连接电阻R3的第一端，另一端连接至所述试验电容器的第二端；

其中，电阻R7-R10分别和交流接触器J7-J10一一串联后并联组成所述第一并联网络；电阻R11-R16分别和交流接触器J11-J16一一串联后并联组成所述第二并联网络；电容C4和交流接触器J5-3串联，电容C5和交流接触器J6-3串联，然后两个串联模块并联组成所述第三并联网络；电容C2-C3分别和交流接触器J2-J3一一串联后并联组成所述第四并联网络；

所述整流滤波电路产生所述电流取样信号和电压取样信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述根据各种试验情况断开零伏起调开关具体为：根据以下三种试验情况断开输出的零伏起调开关：试验开始时，调压器输出电压不是0V，零伏起调开关不吸合，需回调至零位；出现过压保护时，断开零伏起调开关，防止输出高压损坏样品电容器和操作人员；出现过流保护时，断开零伏起调开关，防止输出高压损坏设备。