CN108983047A - 一种绝缘模拟实验装置 - Google Patents

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李伟力
辛建波
李栋
曹蓓
曹君慈
范瑞祥
张晓晨
潘建兵
刘洋
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Abstract

本发明公开了一种绝缘模拟实验装置，包括三相调压器、整流桥、滤波电容、逆变桥、谐振传输单元、高压变压器及上位机；三相调压器的输入端与电源连接，输出端与整流桥的输入端连接；整流桥的输出端并联设置有滤波电容，且整流桥的输出端与逆变桥的输入端连接；逆变桥的输出端与谐振传输单元的输入端连接；谐振传输单元的输出端与高压变压器的输入端连接，高压变压器的输出端与被测样品连接；上位机与电源、三相调压器、整流桥、逆变桥、高压变压器以及被测样品中的至少一个连接，用于在测试被测样品的绝缘性能时实现相关控制以及信号采集。本申请能够快速有效的实现相关产品的绝缘试验，不仅测试结果更加准确，而且安全性更高。

Description

一种绝缘模拟实验装置
技术领域
本发明涉及绝缘实验相关技术领域，特别是指一种绝缘模拟实验装置。
背景技术
当前，提高能源的利用率已经成为国家能源发展的方向，近几年1000MW发电机相继并网运行发电，然而匝间绝缘水平不仅决定电机安全稳定运行，而且也是其寿命评估的主要手段之一。如何开展线圈绝缘缺陷的测试，及时发现有绝缘缺陷的线圈，以保证电机整体的可靠行和寿命。当前发明人发现现有针对线圈绝缘缺陷测试存在准确率和效率不高的问题，给相关工作带来了较大的困扰。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种绝缘模拟实验装置，能够快速有效的实现相关产品的绝缘试验，不仅测试结果更加准确，而且安全性更高。
基于上述目的本发明提供的一种绝缘模拟实验装置，包括，三相调压器、整流桥、滤波电容、逆变桥、谐振传输单元、高压变压器以及上位机；
所述三相调压器的输入端与电源连接，所述三相调压器的输出端与所述整流桥的输入端连接；所述三相调压器用于将电源电压经过调压后输出；
所述整流桥的输出端并联设置有滤波电容，并且所述整流桥的输出端与所述逆变桥的输入端连接；所述整流桥用于将交流信号转化为直流信号；所述滤波电容用于去除直流信号中的杂质信号；
所述逆变桥的输出端与所述谐振传输单元的输入端连接；所述逆变桥用于将直流信号转化为交流信号；
所述谐振传输单元的输出端与所述高压变压器的输入端连接，所述谐振传输单元用于将交流信号通过谐振传输到高压变压器中；所述高压变压器的输出端与被测样品连接；
所述上位机与电源、三相调压器、整流桥、逆变桥、高压变压器以及被测样品中的至少一个连接，用于在测试被测样品的绝缘性能时实现相关控制以及信号采集。
可选的，所述三相调压器为自耦式调压器；输入电压为380V，输出电压范围为0～430V，容量为15kVA，额定输出电流为20A。
可选的，所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管；
所述第一二极管的正极与所述三相调压器的第一输出端和所述第四二极管的负极连接；所述第一二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第四二极管的正极连接到整流桥的第二输出端；
所述第三二极管的正极与所述三相调压器的第二输出端和所述第六二极管的负极连接；所述第三二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第六二极管的正极连接到整流桥的第二输出端；
所述第五二极管的正极与所述三相调压器的第三输出端和所述第二二极管的负极连接；所述第五二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第二二极管的正极连接到整流桥的第二输出端。
可选的，所述滤波电容包括并联连接的三组电容，且每组电容均串联设置有两个电容。
可选的，所述逆变桥包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT；所述第一IGBT的第一端与第四IGBT的第一端连接并作为第一输入端，所述第一IGBT的第二端与第二IGBT的第一端连接；所述第四IGBT的第二端与第三IGBT的第一端连接，所述第二IGBT的第二端与第三IGBT的第二端连接并作为第二输入端；第三IGBT的第一端和第四IGBT的第二端作为第一输出端。第一IGBT的第二端和第二IGBT的第一端作为第二输出端。
可选的，所述谐振传输单元包括串联连接的谐振电容和；且实现阻抗匹配，符合如下公式：
jωL＝1/jωc；其中，L为谐振电感，c为谐振电容。
从上面所述可以看出，本发明提供的绝缘模拟实验装置，通过三相调压器能够获取得到想要的输入电压，通过整流桥将交流转变为直流然后通过逆变桥将直流转变为交流，这样使得最后输入到被测样品中的电流不仅更加准确而且稳定性更好。此外，本申请还通过设置滤波电容来滤除相关杂质信号，提高控制的准确性和可靠性，通过谐振传输保障电气隔离，提高试验的安全性。因此，本申请能够快速有效的实现相关产品的绝缘试验，不仅测试结果更加准确，而且安全性更高。
附图说明
图1为本发明提供的绝缘模拟实验装置一个实施例的结构框图；
图2为本发明提供的绝缘模拟实验装置一个实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本申请针对当前对于磁极线圈，尤其是大电机中的磁极线圈存在绝缘测试上的缺陷，本申请提出一种用电力电子设备产生中频电压法检测线圈匝间绝缘的方法，并研制出性能优越的大型电机磁极线圈匝间绝缘试验设备。该设备通过上位机能够在线实时动态显示被试线圈样品的电压、电流数据，具有完善过压、过流、过热保护功能，大大提高了试验设备和操作人员的安全。
参照图1所示，为本发明提供的绝缘模拟实验装置一个实施例的结构框图。由图可知，本实施例所述绝缘模拟实验装置包括，三相调压器1、整流桥2、滤波电容3、逆变桥4、谐振传输单元5、高压变压器6以及上位机7；具体的，所述三相调压器1的输入端与电源8连接，所述三相调压器1的输出端与所述整流桥2的输入端连接；所述三相调压器1用于将电源输出的三相电压(例如为380V电压)经过调压后输出想要的电压信号；所述整流桥2的输出端并联设置有滤波电容3，并且所述整流桥2的输出端与所述逆变桥4的输入端连接；所述整流桥2用于将交流信号转化为直流信号；所述滤波电容3用于去除直流信号中的杂质信号；这样通过整流以及滤波使得信号更加稳定准确。
所述逆变桥4的输出端与所述谐振传输单元5的输入端连接；所述逆变桥4用于将直流信号转化为交流信号；所述谐振传输单元5的输出端与所述高压变压器6的输入端连接，所述谐振传输单元5用于将交流信号通过谐振传输到高压变压器6中；所述高压变压器6的输出端与被测样品9连接；这样，通过上述控制可以阿静电源输出的三相电压经过控制调节得到准确的测试电压，然后通过谐振传输可以保证测试过程的安全有效。因此，为了监控上述试验过程，本申请还通过上位机与电源、三相调压器、整流桥、逆变桥、高压变压器以及被测样品连接，用于在测试被测样品的绝缘性能时实现相关控制以及信号采集。其中，对于电源、三相调压器、高压变压器以及被测样品，上位机只采集电压值，而对于整流桥和逆变桥需要同时采集电压和电流值，此外还需要向逆变桥输入控制角来实现相应的信号控制。
由上述实施例可知，本申请提供的绝缘模拟实验装置通过三相调压器能够获取得到想要的输入电压，通过整流桥将交流转变为直流然后通过逆变桥将直流转变为交流，这样使得最后输入到被测样品中的电流不仅更加准确而且稳定性更好。此外，本申请还通过设置滤波电容来滤除相关杂质信号，提高控制的准确性和可靠性，通过谐振传输保障电气隔离，提高试验的安全性。因此，本申请能够快速有效的实现相关产品的绝缘试验，不仅测试结果更加准确，而且安全性更高。
在本申请一些可选的实施例中，参照图2所示，所述三相调压器为自耦式调压器；电源输入电压为380V，三相调压器的输出电压范围为0～430V，容量为15kVA，额定输出电流为20A。
在本申请一些可选的实施例中，参照图2所示，所述整流桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6；所述第一二极管的正极与所述三相调压器的第一输出端和所述第四二极管的负极连接；所述第一二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第四二极管的正极连接到整流桥的第二输出端；所述第三二极管的正极与所述三相调压器的第二输出端和所述第六二极管的负极连接；所述第三二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第六二极管的正极连接到整流桥的第二输出端；所述第五二极管的正极与所述三相调压器的第三输出端和所述第二二极管的负极连接；所述第五二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第二二极管的正极连接到整流桥的第二输出端。这样可以将三相调压器中输出的三相电压(abc)转化为两相直流信号。
进一步，所述滤波电容C0包括并联连接的三组电容，且每组电容均串联设置有两个电容。例如六个电解电容的耐压为450V，则可以并联组成900V耐压的滤波电容组，通过电容滤波使得电流更加平滑。
在本申请一些可选的实施例中，参照图2所示，所述逆变桥包括第一IGBT，即Z1、第二IGBT，即Z2、第三IGBT，即Z3、第四IGBT，即Z4；所述第一IGBT的第一端与第四IGBT的第一端连接并作为第一输入端，所述第一IGBT的第二端与第二IGBT的第一端连接；所述第四IGBT的第二端与第三IGBT的第一端连接，所述第二IGBT的第二端与第三IGBT的第二端连接并作为第二输入端；第三IGBT的第一端和第四IGBT的第二端作为第一输出端。第一IGBT的第二端和第二IGBT的第一端作为第二输出端。进一步，还可以在逆变桥并联设置有电容C1，进一步提高控制效果。
可选的，所述谐振传输单元包括串联连接的谐振电容和；且实现阻抗匹配，符合如下公式：
jωL＝1/jωc；其中，L为谐振电感，即图中L0，C为谐振电容。
这样，通过LC匹配，实现阻抗接近与0，通过LC谐振实现电压与电流相位的错开，以此达到降低损耗的功能。
进一步，本申请所述高压变压器的变比1:150，例如：谐振输出100V，则高压变压器产生15000V电压，同时谐振变压器实现了电气隔离，能够防止高压侧对低压侧产生电磁影响。此外，本申请通过上位机实时观测逆变桥输出的电压、电流波形，同时上位机设置输入、输出电压、电流的保护定值，在过压、过流时，逆变器立刻停止工作，保证实验的安全可靠。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绝缘模拟实验装置，其特征在于，包括，三相调压器、整流桥、滤波电容、逆变桥、谐振传输单元、高压变压器以及上位机；
所述三相调压器的输入端与电源连接，所述三相调压器的输出端与所述整流桥的输入端连接；所述三相调压器用于将电源电压经过调压后输出；
所述整流桥的输出端并联设置有滤波电容，并且所述整流桥的输出端与所述逆变桥的输入端连接；所述整流桥用于将交流信号转化为直流信号；所述滤波电容用于去除直流信号中的杂质信号；
所述逆变桥的输出端与所述谐振传输单元的输入端连接；所述逆变桥用于将直流信号转化为交流信号；
所述谐振传输单元的输出端与所述高压变压器的输入端连接，所述谐振传输单元用于将交流信号通过谐振传输到高压变压器中；所述高压变压器的输出端与被测样品连接；
所述上位机与电源、三相调压器、整流桥、逆变桥、高压变压器以及被测样品中的至少一个连接，用于在测试被测样品的绝缘性能时实现相关控制以及信号采集。
2.根据权利要求1所述的绝缘模拟实验装置，其特征在于，所述三相调压器为自耦式调压器；输入电压为380V，输出电压范围为0～430V，容量为15kVA，额定输出电流为20A。
3.根据权利要求1所述的绝缘模拟实验装置，其特征在于，所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管；
所述第一二极管的正极与所述三相调压器的第一输出端和所述第四二极管的负极连接；所述第一二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第四二极管的正极连接到整流桥的第二输出端；
所述第三二极管的正极与所述三相调压器的第二输出端和所述第六二极管的负极连接；所述第三二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第六二极管的正极连接到整流桥的第二输出端；
所述第五二极管的正极与所述三相调压器的第三输出端和所述第二二极管的负极连接；所述第五二极管的负极连接到整流桥的第一输出端；所述第二二极管的正极连接到整流桥的第二输出端。
4.根据权利要求1所述的绝缘模拟实验装置，其特征在于，所述滤波电容包括并联连接的三组电容，且每组电容均串联设置有两个电容。
5.根据权利要求1所述的绝缘模拟实验装置，其特征在于，所述逆变桥包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT；所述第一IGBT的第一端与第四IGBT的第一端连接并作为第一输入端，所述第一IGBT的第二端与第二IGBT的第一端连接；所述第四IGBT的第二端与第三IGBT的第一端连接，所述第二IGBT的第二端与第三IGBT的第二端连接并作为第二输入端；第三IGBT的第一端和第四IGBT的第二端作为第一输出端。第一IGBT的第二端和第二IGBT的第一端作为第二输出端。
6.根据权利要求1所述的绝缘模拟实验装置，其特征在于，所述谐振传输单元包括串联连接的谐振电容和；且实现阻抗匹配，符合如下公式：
jωL＝1/jωc；其中，L为谐振电感，c为谐振电容。
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