CN108196174A - 一种变频电机绝缘局部放电pdiv及pdev自动测试系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，其特征在于：包括高压脉冲信号发生器、数字示波器、高通滤波器、超高频天线、高压探头、控制器、实验箱和试样；所述超高频天线采集试样产生的放电信号，并将采集的放电信号通过高通滤波器输入至数字示波器；所述数字示波器根据放电信号的触发方式输出触发信号；所述控制器，用于检测数字示波器输出的触发信号，并根据触发信号的变化来控制高压脉冲信号发生器的输出电压。本发明能够实时采集放电信号，并对输入的脉冲电压进行精确的调节和控制，从而自动实现高精度的PDIV和PDEV测试。

Description

一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统以及 方法

技术领域

本发明涉及变频电机电压测试领域，尤其是一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统以及方法。

背景技术

近年来，随着变频技术的快速发展，具有高效节能、调速性能良好、易启动等优点的变频电机在电机拖动系统中得到了广泛应用。由于变频电机受到变频器输出的高频、快速变化电压的冲击，变频电机绝缘承受严酷电应力，电机绕组易产生局部放电从而绝缘老化。

为避免变频电机服役期间因局部放电导致电机绝缘早期失效，对低压散绕和高压成型电机分别应测试其PDIV（Partial Discharge Inception Voltage局部放电起始电压）、PDEV（partial discharge extinction voltage局部放电熄灭电压）及耐电晕性能。

现有的测试技术均以手动升高测试电压直至局部放电发生并记录发生放电时刻的电压为PDIV，之后通过人工降低测试电压并通过人眼识别放电消失时刻，记录此时的测试电压值为PDEV；这种人工测试过程精度较差，数据可靠性不高，放电发生和消失的检测值和记录值之间有一定的延时差，并且人工升压时电压上升率不均匀，对测试结果的准确性影响较大，从而影响了PDIV及PDEV精度提高。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，实现对变频电机各类绝缘局部放电信号PDIV及PDEV的自动测试；在测试中，高压脉冲信号发生器为试样提供脉冲电压，试样在脉冲电压作用下产生放电信号；超高频天线能够快速检测和采集到放电信号，经过高通滤波器，滤除脉冲信号发生器自身的干扰信号，将采集的放电信号接入数字示波器，数字示波器设定触发方式，根据采集的信号产生触发信号，触发信号输入控制器中，控制器根据触发信号的变化来检测放电的发生和结束，测得PDIV和PDEV，并控制高压脉冲信号发生器的电压上升和下降，实现PDIV及PDEV的自动测试；在放电发生时，快速采集和处理放电信号，提高PDIV和PDEV测试的精度，并且根据放电的检测反馈，均匀调节脉冲电压的上升和下降，为试样提供稳定的脉冲电压，使测得的PDIV和PDEV准确性更高；解决人工测试PDIV和PDEV精度低、可靠性差的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，包括高压脉冲信号发生器、数字示波器、高通滤波器、超高频天线、高压探头、控制器、实验箱和试样；所述高压脉冲信号发生器输出重复脉冲电压，一路脉冲电压通过高压探头接入数字示波器，另一路脉冲电压接入到实验箱内的试样；试样在脉冲电压作用下产生放电信号；所述超高频天线采集试样产生的放电信号，并将采集的放电信号通过高通滤波器输入至数字示波器；所述数字示波器根据放电信号的触发方式输出触发信号；还包括控制器；所述控制器，用于检测数字示波器输出的触发信号，并根据触发信号的变化来控制高压脉冲信号发生器的输出电压。

以上系统，超高频天线的使用能够在放电信号产生时及时的检测和采集到放电信号，减小测试的误差；超高频天线输出的放电信号包含脉冲信号发生器的干扰信号，高通滤波器能够滤除脉冲信号发生器自身的干扰信号；数字示波器能够根据放电信号的触发方式输出触发信号，当检测到放电信号时，输出触发信号，通过控制器对高压直流电源的输出电压进行控制，并记录检测到放电时的试样外加电压值为PDIV；当检测到放电消失时，输出触发信号发生改变，记录检测到放电时的试样外加电压值为PDEV，通过控制器对高压直流电源的输出电压进行控制；控制器能够实现放电检测结果和放电外加电压的关联，根据检测的结果，自动控制输入的放电电压，既能自动测试，又能提高测试的精度。

进一步地，所述放电信号的触发方式包括单次触发和正常触发；所述单次触发，即为天线检测到放电信号，输出的触发信号发生改变；所述正常触发，将天线检测到的放电信号作为触发，当有放电信号时，输出的触发信号没有改变，当放电信号消失，输出的触发信号改变。

以上结构，单次触发的设置能够使数字示波器快速检测到放电的发生，得到更加精确的放电起始电压，并且对输入脉冲电压进行反馈控制；正常触发的设置能够使数字示波器检测到放电的消失，及时记录局部放电熄灭电压，并且对输入脉冲电压进行反馈控制，减小放电熄灭电压测量和记录中的延时。

进一步地，所述实验箱为温湿度控制实验箱，可以根据具体实验条件设定实验箱内的温度和湿度。

以上结构，温湿度控制实验箱的设置能够为实验提供可控的温湿度环境，测试试样在不同温湿度下的起始电压和熄灭电压，提高试样局部放电的测试精度。

进一步地，所述实验箱内设有试样架，试样架上安装有试样，试样通过试样架两端分别连接高压脉冲信号发生器和接地。

以上结构，试样架上安装有试样，试样与试样架电连接，试样架两端分别连接高压脉冲信号发生器和接地，高压脉冲信号发生器为试样提供脉冲电压。

进一步地，所述数字示波器的两个通道中分别接入通过高通滤波器的放电信号和通过高压探头的脉冲电压信号，脉冲电压信号作为放电信号的相位同步信号。

以上结构，高压探头输入的脉冲电压信号为放电信号的相位同步信号，高压探头输入的脉冲电压的值即为试样的外加电压值，当检测到放电发生或消失时，通过示波器记录高压探头输入的脉冲电压，即为PDIV值或PDEV值。

进一步地，所述高压脉冲信号发生器包括高压直流电源和高压斩波模块；所述高压直流电源上设有通讯程控接口，与控制器进行通信。

以上结构，高压直流电源上设有通讯程控接口，与控制器进行通信，控制器通过向高压直流电源发送控制指令，控制高压直流电源输出电压的上升和下降，以及开闭；保持高压直流电源的输出电压的均匀升降，减小试样外加电压波动对放电测试的干扰。

本发明一种变频电机绝缘局部放电PDIV自动测试方法，包括以下步骤：

S1：开始测试，设定数字示波器的触发方式为单次触发，采用放电通道作为触发通道，并设定触发阈值；

S2：控制器控制高压直流电源以设定的上升率自动升高电压，高频天线采集放电信号，若没有发生放电，采集的信号未超过数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号不变，控制高压直流电源以设定的上升率自动升高电压；

S3：当放电发生时，高频天线采集的信号超过了数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号发生改变，控制高压直流电源停止升高电压，数字示波器记录此刻的测试值即为PDIV；

S4：控制器控制高压直流电源自动回零，更换测试试样和重新设定实验条件，继续开始实验。

进一步地，所述S1中设定的触发阈值大于测试系统的背景干扰值。由于示波器的触发阈值大于测试系统的背景干扰值，当采集的信号小于示波器的触发阈值时，说明没有发生放电，采集的是干扰信号；当采集的信号大于示波器的触发阈值时，说明发生了放电，采集的信号包含放电信号；从而根据示波器是否触发阈值，来检测放电的发生和消失，测得PDIV和PDEV。

进一步地，所述S4：控制器选择切换至PDEV测试模式。

以上方法，由于放电中PDIV和PDEV的先后发生，当结束完PDIV测试后，能够直接切换到PDEV的测试，完成PDIV和PDEV的测试。

本发明一种变频电机绝缘局部放电PDEV自动测试方法，包括以下步骤：

S10：开始测试，设定数字示波器的触发通道为放电通道，触发方式为正常触发；

S20：控制器控制高压直流电源以设定的下降率自动降低电压，高频天线采集的放电信号，若放电依旧发生，采集的信号超过数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号未发生改变，控制高压直流电源以设定的下降率自动降低电压；

S30：当放电消失时，高频天线采集的放电信号低于数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号发生改变，控制高压直流电源停止降低电压，数字示波器记录此刻的测试值即为PDEV；

S40：数据记录之后，控制高压直流电源自动回零，更换测试试样和重新设定实验条件，继续开始实验。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过高频天线采集放电信号，接入到数字示波器中，数字示波器根据放电信号的触发方式输出触发信号，控制器通过检测触发信号，输出控制命令以控制高压直流电源按照需要升高或者降低电压及电压改变速率，以及高压直流电源的开启关闭时间，实现测试的自动化，测试精度高。

2、本发明能够自动控制高压脉冲发生器的输出，保持电压升压和降压时的上升率和下降率均匀，电压输出控制精确度高，效率高。

3、本发明用控制器高速采集数字示波器的触发信号，准确可靠的得到放电信号的触发值，同时数字示波器及时记录PDIV值和PDEV值，使实验结果准确可靠。

4、本发明精度高、抗干扰能力强、操作简单，具有较高的推广价值。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统的结构示意图。

图2为发明自动测试控制的原理图。

图3为本发明一种变频电机绝缘局部放电PDIV自动测试方法的流程图。

图4为本发明一种变频电机绝缘局部放电PDEV自动测试方法的流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1 ，本发明一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，包括高压脉冲信号发生器、数字示波器、高通滤波器、超高频天线、高压探头、控制器、实验箱和试样；所述高压脉冲发生器输出端分别连接试实验箱内的试样架，以及高压探头；高压探头接入数字示波器；试样架通电后为试样提供脉冲电压，在脉冲电压的作用下，试样发生放电；超高频天线采集试样产生的放电信号，经过高通滤波器接入数字示波器；数字示波器连接控制器，控制器与高压脉冲信号发生器进行通信。

所述高压脉冲信号发生器产生幅值0～20 kV、频率10～10 kHz、上升/下降时间可调的重复脉冲电压；所述实验箱内设有试样架，试样架上安装有试样，试样通过试样架两端分别连接高压脉冲信号发生器和接地；试样接入脉冲电压，产生放电信号；所述超高频天线采集试样产生的放电信号，并将采集的放电信号通过高通滤波器输入至数字示波器；所述数字示波器根据放电信号的触发方式输出触发信号；所述放电信号的触发方式包括单次触发和正常触发；所述单次触发，即为天线检测到放电信号，输出的触发信号发生改变；所述正常触发，将天线检测到的放电信号作为触发，当有放电信号时，输出的触发信号没有改变，当放电信号消失，输出的触发信号改变；所述控制器，用于检测数字示波器输出的触发信号，并根据触发信号的变化来控制高压脉冲信号发生器。

超高频天线输出的放电信号包含脉冲信号发生器的干扰信号，为滤除脉冲信号发生器自身的干扰信号，通过高通滤波器滤波后将放电信号输入至数字示波器通道1，高压脉冲信号发生器的电压信号通过高压探头通入示波器通道2作为相位同步信号，当通过通道1检测到放电产生和消失时，通道2输入的脉冲电压即为试样同步的外加电压，即为PDIV或PDIV；高压探头的带宽50MHz，分压比为1000:1；实验箱可实验温度湿度控制，可根据具体实验条件设定。

高压直流电源的上升率和下降率可以通过修改控制器的程序来改变，本测试中进行PDIV测试时采用的上升率为10V/min，进行PDEV测试时采用的下降率为10V/min。

如图2，高压脉冲信号发生器包括高压直流电源和高压斩波模块；所述高压直流电源上设有通讯程控接口，与控制器进行通信，控制器输出控制命令以控制高压直流电源按照需要升高或者降低电压及电压改变速率；同时数字示波器可以根据放电信号的触发方式输出触发信号，控制器通过检测触发信号来控制高压直流电源的开启关闭时间，以此来达到自动测试的目的。

由于电压可调的高压直流电源通过不同RC回路接入电力电子高压开关组成充放电回路，通过弱电触发电力电子开关对高压直流进行斩波，从而输出参数可调的方波电压。因此，可以通过控制器对正负高压直流电源进行相应的控制来达到控制输出方波幅值的目的。

实施例一：

如图3，在进行PDIV测试时，将输出的触发信号设定为单次触发，即只要天线检测到的放电信号，输出的触发信号就发生改变，控制器检测到触发信号的改变时才执行后续命令，具体的测试流程如下：

S1：开始测试，控制器控制系统开始工作，此时设定示波器的触发方式为单次触发，采用放电通道作为触发通道，并设定触发阈值；

S2：控制器输出控制指令，控制高压直流电源以10V/min的上升率自动升高电压，此时高频天线采集放电信号，若发生放电未发生，即采集的信号未超过设定阈值，此时示波器输出的触发信号不发生改变，控制器实时检测此触发信号未改变后，继续输出控制指令，控制高压直流电源以10V/min的上升率自动升高电压；

S3：当放电发生时，即高频天线采集的信号超过了示波器设定的阈值，此时示波器输出的触发信号发生改变，控制器检测到触发信号的改变后，立刻输出控制指令，使高压直流电源停止升压，此时示波器记录此刻的测试值即为PDIV；

S4：若未选择切换至PDEV的自动测试系统，则控制器控制高压直流电源自动回零，更换测试试样重新设定实验条件后可继续开始实验。

实施例二：

与实施例一相比，本实施例中，S4：控制器切换至PDEV的自动测试模式，进行PDEV测试。

实施例三：

如图4，在进行PDEV测试时，将输出的触发信号设定为正常触发，即将天线检测到的放电信号作为触发；当一直有放电信号时，示波器输出的触发信号没有改变；当放电信号消失时，由于没有触发请求，此时输出的触发信号发生改变，控制器检测到触发信号的改变后才执行后续命令，具体测流程如下：

S10：开始测试，控制器的控制系统开始工作，此时设定数字示波器的触发通道为放电通道，触发方式为正常触发，即只要还有放电信号数字示波器就一直输出触发信号；

S20：控制器输出控制指令，控制高压电源以10V/min的下降率自动降低电压，此时高频天线采集放电信号，若放电依旧发生，即采集的信号一直超过设定阈值，此时数字示波器输出的触发信号为稳定触发的信号，控制器实时检测此触发信号，若未发生改变，则继续输出控制指令，控制高压直流电源以10V/min的下降率自动降低电压；

S30：当放电消失时，即高频天线采集的信号低于示波器设定的阈值，此时数字示波器输出的触发信号发生改变，控制器检测到触发信号的改变后立刻输出控制指令，使高压直流电源停止降低电压，此时示波器记录此刻的测试值即为PDEV；

S40：数据记录之后，可控制高压直流电源自动回零，更换测试试样重新设定实验条件后可继续开始实验。

以上PDIV自动测试方法和PDEV自动测试方法是基于变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统进行局部放电起始电压和熄灭电压测试的方法；在测试中，数字示波器设定的触发阈值大于测试系统的背景干扰值，由于放电的幅值远大于背景干扰值，因此阈值只要设定大于背景干扰值50%左右，比如没有加压时示波器上显示的10mv的背景干扰，触发阈值设定为15mv，当发生放电，就会触发，可准确测试到第一次放电的信号；控制器根据检测的数字示波器的触发信号的变化，向高压直流电源发送相应控制指令，精确控制高压直流电源的输出电压，实现精准的自动测试。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，其特征在于：包括高压脉冲信号发生器、数字示波器、高通滤波器、超高频天线、高压探头、实验箱和试样；

所述高压脉冲信号发生器输出重复脉冲电压，一路脉冲电压通过高压探头接入数字示波器，另一路脉冲电压接入到实验箱内的试样；试样在脉冲电压作用下产生放电信号；

所述超高频天线采集试样产生的放电信号，并将采集的放电信号通过高通滤波器输入至数字示波器；

所述数字示波器根据放电信号的触发方式输出触发信号；

还包括控制器；所述控制器，用于检测数字示波器输出的触发信号，并根据触发信号的变化来控制高压脉冲信号发生器的输出电压。

2.如权利要求1所述的变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，其特征在于：所述放电信号的触发方式包括单次触发和正常触发；所述单次触发，即为天线检测到放电信号，输出的触发信号发生改变；所述正常触发，将天线检测到的放电信号作为触发，当有放电信号时，输出的触发信号没有改变，当放电信号消失，输出的触发信号改变。

3.如权利要求1所述的变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，其特征在于：所述实验箱为温湿度控制实验箱，可以根据具体实验条件设定实验箱内的温度和湿度。

4.如权利要求3所述的变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，其特征在于：所述实验箱内设有试样架，试样架上安装有试样，试样通过试样架两端分别连接高压脉冲信号发生器和接地。

5.如权利要求1所述的变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，其特征在于：所述数字示波器的两个通道中分别接入通过高通滤波器的放电信号和通过高压探头的脉冲电压信号，脉冲电压信号作为放电信号的相位同步信号。

6.如权利要求1所述的变频电机绝缘局部放电PDIV及PDEV自动测试系统，其特征在于：所述高压脉冲信号发生器包括高压直流电源和高压斩波模块；所述高压直流电源上设有通讯程控接口，与控制器进行通信。

7.一种变频电机绝缘局部放电PDIV自动测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：开始测试，设定数字示波器的触发方式为单次触发，采用放电通道作为触发通道，并设定触发阈值；

S2：控制器控制高压直流电源以设定的上升率自动升高电压，高频天线采集放电信号，若没有发生放电，采集的信号未超过数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号不变，控制高压直流电源以设定的上升率自动升高电压；

S3：当放电发生时，高频天线采集的信号超过了数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号发生改变，控制高压直流电源停止升高电压，数字示波器记录此刻的测试值即为PDIV；

S4：控制器控制高压直流电源自动回零，更换测试试样和重新设定实验条件，继续开始实验。

8.如权利要求7所述的变频电机绝缘局部放电PDIV自动测试方法，其特征在于： 所述S1中设定的触发阈值大于测试系统的背景干扰值。

9.如权利要求7所述的变频电机绝缘局部放电PDIV自动测试方法，其特征在于：所述S4：控制器选择切换至PDEV测试模式。

10.一种变频电机绝缘局部放电PDEV自动测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

S10：开始测试，设定数字示波器的触发通道为放电通道，触发方式为正常触发；

S20：控制器控制高压直流电源以设定的下降率自动降低电压，高频天线采集的放电信号，若放电依旧发生，采集的信号超过数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号未发生改变，控制高压直流电源以设定的下降率自动降低电压；

S30：当放电消失时，高频天线采集的放电信号低于数字示波器设定的阈值，控制器检测到数字示波器输出的触发信号发生改变，控制高压直流电源停止降低电压，数字示波器记录此刻的测试值即为PDEV；

S40：数据记录之后，控制高压直流电源自动回零，更换测试试样和重新设定实验条件，继续开始实验。