CN112782635A - 一种绕组线击穿电压试验仪检定装置 - Google Patents

一种绕组线击穿电压试验仪检定装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,包括外机壳、显示器、操作表盘、电压输入以及电流输入,所述外机壳一侧壁面上嵌装有显示器,所述显示器一侧设有操作表盘,所述外机壳与显示器相对一侧壁面上分别设有电压输入以及电流输入,所述外机壳内分别集成有电压测量单元、电流测量单元以及升压速度测量单元;本发明的有益效果是,该绕组线击穿电压试验仪检定装置,能对绕组线击穿电压试验仪进行多项技术指标检定:15kV及以下交直流电压,(0.100~400.0)mA交直流电流、(10~500)V/s升压速度和(1.00~999.99)s电压持续时间。该装置适用于绕组线击穿电压试验仪及相关参数设备的计量性能检定、仪器出厂检测,能有效提高工作效率和工作质量。

Description

一种绕组线击穿电压试验仪检定装置
技术领域
本发明涉及绕组击穿设备计量性能检定、绕组线产品质量检测设备技术领域,特别是一种绕组线击穿电压试验仪检定装置。
背景技术
绕组线是用以制造电工产品中的线圈或绕组的绝缘电线,绕组线通常分为漆包线、绕包线、漆包绕包线和无机绝缘线。而绕组线在使用过程中一项重要指标就是其击穿电压,击穿电压是表征电磁线电气性能的主要指标,它反映绕组线绝缘层承受过电压的能力,而现阶段的击穿电压检测仪器多采用的是绕组线击穿电压试验仪,目前绕组线击穿电压试验仪主要是根据漆包绕组线的产品标准和试验方法标准而制造的,主要用于检测漆包绕组线的各项性能指标,从而判断漆包绕组线的质量是否符合相关标准和质量技术性能要求。目前,计量检测机构检测升压速度参数时,基本上是采用高压表测电压,秒表测时间,然后将两者相除,最后得出升压速度。这样的检测方式,因需要通过检测人员启停秒表测量时间,得到的升压速度数据的不确定度相对较大,从而使得检测出来的升压速度数据可信程度降低。此外检测电压、电流、升压速度、电压持续时间等多个参数,需要携带操作多种设备,给现场实际检测带来不便,检定效率较低。因此,研制出一种更高效便利、准确可靠的绕组线击穿电压试验仪检定装置,对绕组线击穿电压试验仪量值溯源、绕组线产品检验质量提升具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,发明了一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,解决了现有的背景技术问题。
实现上述目的本发明的技术方案为:一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,包括外机壳、显示器、操作表盘、电压输入以及电流输入,所述外机壳一侧壁面上嵌装有显示器,所述显示器一侧设有操作表盘,所述外机壳与显示器相对一侧壁面上分别设有电压输入以及电流输入,所述外机壳内分别集成有电压测量单元、电流测量单元以及升压速度测量单元;
所述升压速度测量单元包括:高压分压模块、量程模块以及A/D采集模块;
所述高压分压模块与电压输入连接,所述量程模块与高压分压模块连接,所述A/D采集模块与量程模块连接,所述隔离单元与A/D采集模块连接,所述MCU(STM32F103C8)芯片连接于隔离单元上且与显示器连接;
所述高压分压模块采用高稳定低电压系数定制电阻(STG45)作为高压分压模块的上段,分压模块的下段由精密电阻、高精度放大器(OP07)及电子开关(74HC4053)组成;
所述电压测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电压测量单元的采用通过高压分压模块转分成小的电压进行采样,通过在MCU芯片处理时编程中不对时间进行统计,只显示电压测量结果;
所述电流测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电流采样使用采样网络采样后转换成小电压,所述采样网络连接于A/D采集模块前侧,通过A/D采集模块对采样网络输出的电压经过A/D转换,输出对应电流的数字电压信号,经MCU芯片处理后显示电流测量结果。
所述采样网络包括:二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2、电子开关K1以及电子开关K2;
所述电流输入经由二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4串联组成的网络串联后,分别与电阻R1以及电阻R2串联的电阻网络连接,所述电子开关K1以及电子开关K2连接于电阻R1以及电阻R2两侧。
所述外机壳内且与操作表盘间连接有控制电路,所述控制电路分别与MCU芯片、显示器以及隔离单元连接。
所述MCU芯片采用STM32F103C8微控制器。
所述A/D采集模块由AD芯片(AD7402)及周边电路组成。
所述显示器以SDWe070T05为核心,配合外围元器件组成。
所述量程模块为由放大器、精密电阻和电子开关组成的可控放大电路。
所述外机壳两侧活动安装有一对销轴,一对所述销轴上设有连接架。
所述显示屏一侧设有线性阵列排布的两对功能性按键。
利用本发明的技术方案制作的该绕组线击穿电压试验仪检定装置,结构简单,连接方便,能对绕组线击穿电压试验仪进行多项技术指标检定,性能参数包括15kV及以下交直流电压,(0.100~400.0)mA交直流电流、(10~500)V/s升压速度和(1.00~999.99)s电压持续时间。该装置适用于绕组线击穿电压试验仪及相关参数设备的计量性能检定、仪器出厂检测,能有效提高工作效率和工作质量。
附图说明
图1为本发明所述一种绕组线击穿电压试验仪检定装置的整体原理图。
图2为本发明所述一种绕组线击穿电压试验仪检定装置的升压速度检测框图。
图3为本发明所述一种绕组线击穿电压试验仪检定装置的升压速度程序控制流程图。
图4为本发明所述一种绕组线击穿电压试验仪检定装置的电压测量以及击穿电流测量原理框图。
图5为本发明所述一种绕组线击穿电压试验仪检定装置的电流采样网络示意图。
图6为本发明所述一种绕组线击穿电压试验仪检定装置的主视结构示意图。
图7为本发明所述一种绕组线击穿电压试验仪检定装置的后视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述,如图1-7所示,一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,包括外机壳、显示器、操作表盘、电压输入以及电流输入,所述外机壳一侧壁面上嵌装有显示器,所述显示器一侧设有操作表盘,所述外机壳与显示器相对一侧壁面上分别设有电压输入以及电流输入,所述外机壳内分别集成有电压测量单元、电流测量单元以及升压速度测量单元;所述升压速度测量单元包括:高压分压模块、量程模块以及A/D采集模块;所述高压分压模块与电压输入连接,所述量程模块与高压分压模块连接,所述A/D采集模块与量程模块连接,所述隔离单元与A/D采集模块连接,所述MCU芯片连接于隔离单元上且与显示器连接;所述高压分压模块采用高稳定低电压系数定制电阻(STG45)作为高压分压模块的上段,分压模块的下段由精密电阻、高精度放大器(OP07)及电子开关组成;所述电压测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电压测量单元的采用通过高压分压模块转分成小的电压进行采样,通过在MCU芯片处理时编程中不对时间进行统计,只显示电压测量结果;所述电流测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电流采样使用采样网络采样后转换成小电压,所述采样网络连接于A/D采集模块前侧,通过A/D采集模块对采样网络输出的电压经过A/D转换,输出对应电流的数字电压信号,经MCU芯片处理后显示电流测量结果;所述采样网络包括:二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2、电子开关K1以及电子开关K2;所述电流输入经由二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4串联组成的网络串联后,分别与电阻R1以及电阻R2串联的电阻网络连接,所述电子开关K1以及电子开关K2连接于电阻R1以及电阻R2两侧;所述外机壳内且与操作表盘间连接有控制电路,所述控制电路分别与MCU芯片、显示器以及隔离单元连接;所述MCU芯片采用STM32F103C8单片机;所述A/D采集模块由AD芯片(AD7402)及周边电路组成;所述显示器以SDWe070T05为核心,配合外围元器件组成;所述量程模块为由放大器、精密电阻和电子开关组成的可控放大电路;所述外机壳两侧活动安装有一对销轴,一对所述销轴上设有连接架;所述显示屏一侧设有线性阵列排布的两对功能性按键。
本实施方案的特点为,包括外机壳、显示器、操作表盘、电压输入以及电流输入,外机壳一侧壁面上嵌装有显示器,显示器一侧设有操作表盘,外机壳与显示器相对一侧壁面上分别设有电压输入以及电流输入,外机壳内分别集成有电压测量单元、电流测量单元以及升压速度测量单元;升压速度测量单元包括:高压分压模块、量程模块以及A/D采集模块;所述高压分压模块与电压输入连接,所述量程模块与高压分压模块连接,所述A/D采集模块与量程模块连接,所述隔离单元与A/D采集模块连接,所述MCU芯片连接于隔离单元上且与显示器连接;所述高压分压模块采用高稳定低电压系数定制电阻(STG45)作为高压分压模块的上段,分压模块的下段由精密电阻、高精度放大器(OP07)及电子开关组成;所述电压测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电压测量单元的采用通过高压分压模块转分成小的电压进行采样,通过在MCU芯片处理时编程中不对时间进行统计,只显示电压测量结果;所述电流测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电流采样使用采样网络采样后转换成小电压,所述采样网络连接于A/D采集模块前侧,通过A/D采集模块对采样网络输出的电压经过A/D转换,输出对应电流的数字电压信号,经MCU芯片处理后显示电流测量结果;该绕组线击穿电压试验仪检定装置,结构简单,连接方便,能对绕组线击穿电压试验仪进行多项技术指标进行检测,性能参数包括15kV及以下交直流电压,(0.100~400.0)mA交直流电流、(10~500)V/s升压速度和(1.00~999.99)s电压持续时间,填补了国内空白。该装置能最大程度降低人为操作带来的误差,从而提高数据的可靠性。
通过本领域人员,将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接,并且应该根据实际情况,选择合适的控制器,以满足控制需求,具体连接以及控制顺序,应参考下述工作原理中,各电气件之间先后工作顺序完成电性连接,其详细连接手段,为本领域公知技术,下述主要介绍工作原理以及过程,不再对电气控制做说明。
实施例:根据说明书附图1-7可知,本案设计了一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,与绕组线击穿电压试验仪进行连接,分别进行升压速度、电压持续时间、击穿动作电流、试验电压的检定。
升压速度检定:升压速度原理框图如图2所示。高压分压模块采用高稳定低电压系数定制电阻(STG45)作为高压分压模块的上段,分压模块的下段由精密电阻、高精度放大器(OP07)及电子开关组成。通过MCU(STM32F103C8)控制电子开关的通断来控制分压比。经过分压后的低电压经过由放大器、精密电阻和电子开关组成的可控放大电路让其电压工作在0.6V~2.1V之间。通过MCU的逻辑信号来切换不同的量程。AD采集模块由AD芯片(AD7402)及周边电路组成。AD7402 使用高性能模拟调制器对模拟输入进行连续采样,并转换为数据率密集数字输出流。通过MCU来控制AD7402的数据采集,连续取多个值来进行运算。通过AD采集模块送入到MCU的数据经过处理后和设定的值进行比较,如这个数据值达到设定值,MCU启动内部计时器进行计时并且同时将这个数据保持到内置存储器。当MCU判断到来自AD采集模块的数据在三个采样周期内都在设定的阈值区间内,MCU计时器停止计时并保存此时的电压数据到内置存储器中。MCU通过提取内置存储器及计时器数据来计算出升压时间。升压速度程序控制流程图如图3所示。定时器以稳定电压时间阀值的三分之一时间间隔去判断电压是否大于设置的升压启动电压值。定时器以稳定电压时间阀值的三分之一时间间隔去判断连续的3个电压值差是否小于升压稳定电压值,当被检仪器发生故障,电压无法稳定时,超过稳定电压时间阈值后结束此次控制流程。升压速度的测量,需要通过显示器和操作表盘设置三个重要参数。升压启动电压值:被检试验仪升压时触发计时的电压阈值。升压稳定电压范围:被检试验仪电压升到一定值后的允许的波动范围。稳定电压时间阈值:采用稳定电压的周期时间。针对升压速度稳定点,通过间隔时间多次采样难以判定的问题,添加了一个预设稳定电压值来辅助判断。通过这三个功能设置,可以实现升压速度的准确检定计量。
电压持续时间的检定:原理框图如图2所示,程序控制流程图如图3所示。升压速度的电压稳定后,即可通过MCU程序计时,并显示出来。
击穿动作电流检定:击穿动作电流测量原理框图如图4所示。电流输入必须经过一个采样电阻网络,如图5所示。电流通过输入端子进入到电流采样单元,电流进入后经过采样电阻R1、R2产生一个电压。当输入的电流0.02~4mA 时,电子开关K1、K2为默认状态(如图),R1两端的电压通过电子开关送入到放大电路后由AD采集送入MCU处理,当输入的电流4~400mA 时,电子开关K1、K2动作,R2两端的电压通过电子开关送入到放大电路后由AD采集送入MCU处理,图5中的D1、D2、D3、D4由多个二级管串联而成,通过二级管的节压来保护输入到电流不能过大;原理:当电流输入过大会在采样电阻R1、R2上形成一个大于二极管节压的电压,并且这个电压会导致二极管组正向导通达到保护采样电阻R1、R2及后级放大电路的目的;采样电阻由多个精密电阻组成,主要是考虑到电阻的功率及稳定性;通过AD采集的电压反馈到MCU从而控制相应的电子开关切换放大器的放大倍数,达到切换量程的目的,经过上面两个阶段后的电压分别送入AD采集模块。AD采集模块由AD芯片(AD7402)及周边电路组成。通过MCU来控制AD7402的数据采集,连续取多个值来进行运算,经过AD采集电路的数字信号输入到隔离单元后送给MCU处理。隔离单元的主要作用是让电流测量电路和其他的电路进行电气隔离,采样电阻输出的电压经过A/D转换,输出对应电流的数字电压信号,经信号处理器处理后显示对应的电流。
试验电压检定:试验电压为高压值,高压测量的原理框图如图2及图4所示。绕组线击穿电压试验仪输出高压经分压器,变为较易测量的电压信号,经信号处理及采样保持后送至ADC进行模数转换,MCU读取数字量进行计算和处理,最后通过显示电路显示测量结果。具体过程为:高压分压模块采用用高稳定低电压系数定制电阻(STG45)作为高压分压模块的上段,分压模块的下段由精密电阻、高精度放大器(OP07)及电子开关组成。通过MCU(STM32F103C8)控制电子开关的通断来控制分压比。经过分压后的低电压经过由放大器、精密电阻和电子开关组成的可控放大电路让其电压工作在0.6V~2.1V之间。通过MCU的逻辑信号来切换不同的量程。AD采集模块由AD芯片(AD7402)及周边电路组成。AD7402 使用高性能模拟调制器对模拟输入进行连续采样,并转换为数据率密集数字输出流。通过MCU来控制AD7402的数据采集,并通过MCU控制SDWe070T05串口显示屏,显示测量数据。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,包括外机壳、显示器、操作表盘、电压输入以及电流输入,所述外机壳一侧壁面上嵌装有显示器,所述显示器一侧设有操作表盘,所述外机壳与显示器相对一侧壁面上分别设有电压输入以及电流输入,其特征在于,所述外机壳内分别集成有电压测量单元、电流测量单元以及升压速度测量单元;
所述升压速度测量单元包括:高压分压模块、量程模块以及A/D采集模块;
所述高压分压模块与电压输入连接,所述量程模块与高压分压模块连接,所述A/D采集模块与量程模块连接,所述隔离单元与A/D采集模块连接,所述MCU芯片连接于隔离单元上且与显示器连接;
所述高压分压模块采用高稳定低电压系数定制电阻(STG45)作为高压分压模块的上段,分压模块的下段由精密电阻、高精度放大器(OP07)及电子开关(74HC4053)组成;
所述电压测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电压测量单元的采用通过高压分压模块转分成小的电压进行采样,通过在MCU芯片处理时编程中不对时间进行统计,只显示电压测量结果;
所述电流测量单元与升压速度测量单元采用同一组元件构成,电流采样使用采样网络采样后转换成小电压,所述采样网络连接于A/D采集模块前侧,通过A/D采集模块对采样网络输出的电压经过A/D转换,输出对应电流的数字电压信号,经MCU芯片处理后显示电流测量结果。
2.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述电流采样网络包括:二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2、电子开关K1以及电子开关K2;
所述电流输入经由二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4串联组成的网络后,与电阻R1以及电阻R2串联的电阻网络连接,所述电子开关K1以及电子开关K2连接于电阻R1以及电阻R2两侧。
3.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述外机壳内且与操作表盘间连接有控制电路,所述控制电路分别与MCU芯片、显示器以及隔离单元连接。
4.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述MCU芯片采用STM32F103C8微控制器。
5.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述A/D采集模块由AD芯片(AD7402)及周边电路组成。
6.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述显示器以SDWe070T05为核心,配合外围元器件组成。
7.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述量程模块为由放大器(OP07)、精密电阻和电子开关(74HC4053)组成的可控放大电路。
8.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述外机壳两侧活动安装有一对销轴,一对所述销轴上设有连接架。
9.根据权利要求1所述的一种绕组线击穿电压试验仪检定装置,其特征在于,所述显示屏一侧设有线性阵列排布的两对功能性按键。
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