CN201016960Y - 一种绝缘介质寿命测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绝缘介质寿命测试仪，高压脉冲源经开关组中的多路开关与多条检测支路相连，每条检测支路由被测试样和限流电阻串联构成，限流电阻与热敏检测电阻紧密接触；热敏检测电阻与热敏环境电阻、可调电阻、平衡电阻依次相连构成检测电桥；带差分放大器的前置信号处理器的两输入端分别与热敏检测电阻与平衡电阻的连接点及热敏环境电阻与可调电阻的连接点相连；前置信号处理器、信号运算及控制器、开关驱动电路依次相连，开关驱动电路与开关组的控制端相连。该测试仪抗干扰能力强、可靠性好，安全、成本低；多路测试时，各支路之间没有相互影响，尤其适用于变频高压条件下的绝缘介质寿命测试及多路试样的同时测试。

Description

一种绝缘介质寿命测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种绝缘介质寿命测试仪，尤其涉及一种变频高压条件下的绝缘介质寿命测试仪。

背景技术

交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一。在异步电动机各种调速方式中，变频调速占有极其重要的地位。变频调速具有高效、节能和智能化的特点，已经成为提高能源产出和控制特性、改善机械设备性能的一个强有力的途径。这类工作于变频高压条件下的电机系统具有功率因数高、输出谐波小、起动平稳、调速范围宽等优点，在各个行业均已成功应用。其主要应用行业包括：交通运输、能源、机械等领域。

尤其是当前国内高速铁路的快速发展，要求机车运行高速、可靠、安全。由于变频调速技术在电气传动中具有无可比拟的优越性，因而在高速机车中使用变频电机是必然趋势。但工作在变频高压下的电机绝缘系统，由于变频电压的陡上升沿和高频率使电机绝缘介质过早出现了失效，这样严重制约了变频电机在该领域中的推广应用。因此，需要研究变频电机的绝缘介质的失效机理。

变频高压绝缘介质的寿命测试仪主要用于研究高频高压作用下，绝缘材料的绝缘特性和绝缘破坏机理。其中的关键部分是绝缘介质击穿时，击穿信号的提取方式和相应的提取装置。并且，为了保证数据准确性和节省试验时间，需要同时对多个试样同时进行不间断测试，即进行多路试样的介质寿命测试。

现有绝缘材料击穿的信号提取有两种方式，电流提取和电压提取，主要适用于工频状况。电流提取方式采用电感线圈实现，在脉冲方波电压作用下进行介质寿命试验存在的问题是：当试样未发生击穿时可将该试样看作为一小电容负载，其电阻值很大，因此试样所在的高压回路中的电流信号是幅值很小的连续脉冲。电感线圈对高压回路感应出来的信号幅值也很小，容易受到干扰；且幅值随电压频率变化大，波形畸变严重。实验证明，当高压输出浮地，回路空载时，从电感线圈输出的电压值仍然存在，且与加负载时幅值相当。这是由于高压脉冲方波的上升沿很陡，通常为1～3μs，含有丰富的高频分量向空间辐射电磁场，使得电感线圈在高压回路空载时仍有输出。并且，在多路试样同时测试时，开断其中的某一条击穿支路所引起的冲击电流可能使其它支路出现误动。尤其在高压脉冲源为变压器输出时，由于变压器本身为感性，流过线圈的电流不能突变，因此冲击电流和冲击电压的影响在开断击穿支路时更为明显，且更容易造成其它支路的误动作。故这种电感线圈的电流提取方式，提取信号的可靠性差，且不适用于多路试样的同时测试。

电压提取方式一般采用分压器实现。该方式最大的缺点是分压器和高压回路有直接的电气连接。当电压很高时，分压器的绝缘和功率要求也同时提高。不利于控制成本和缩小体积。而且分压器直接与高压有电气连接，安全性降低。同样也会受到冲击电压的干扰，造成装置的不可靠。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种绝缘介质寿命测试仪，该测试仪抗干扰能力强、可靠性好，安全、成本低；多路测试时，各支路之间没有相互影响，尤其适用于变频高压条件下绝缘介质的寿命测试及多路试样的同时测试。

本实用新型实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种绝缘介质寿命测试仪，包括高压脉冲源、试样，其结构特点是：高压脉冲源经开关组中的多路开关与多条检测支路相连，每条检测支路由被测试样和限流电阻串联构成，限流电阻与热敏检测电阻紧密接触；热敏检测电阻与热敏环境电阻、可调电阻、平衡电阻依次相连构成检测电桥。

带差分放大器的前置信号处理器的两输入端分别与热敏检测电阻与平衡电阻的连接点及热敏环境电阻与可调电阻的连接点相连；前置信号处理器和信号运算及控制器相连，信号运算及控制器与开关驱动电路相连，开关驱动电路与开关组的控制端相连。

本实用新型的工作原理是：测试前，通过调节检测电桥中的可调电阻，使电桥处于平衡状态，检测电桥及前置信号处理器输出信号为零；检测开始，被测试样连接在每条检测支路上，在高压脉冲作用下，如被测试样即绝缘介质未发生击穿时，被测试样的电阻很大、检测支路中电流很小，限流电阻中流过的电流也很小，因此温升很小，与限流电阻紧密接触但无电气连接的热敏检测电阻的阻值没有变化，检测电桥继续保持平衡；当某一被测试样击穿时，该检测支路的总电阻迅速减小，限流电阻中流过的电流剧增，温度迅速升高，热敏检测电阻阻值也增大，检测电桥失衡，其输出端有电流输出，前置信号处理器获得输入信号，该信号经前置信号处理器处理后，由信号运算及控制器进行分析判断，如果此时信号幅值变化速度(时间差分)已达到设定的值，则认为被测试样的绝缘介质已经击穿。信号运算及控制器输出开关关断信号，给相应检测支路的开关驱动电路，由开关驱动电路输出控制信号控制多路开关组中对应的开关断开，使击穿的被测试样所在的检测支路与高压脉冲源之间断开，测试仪不再对该支路进行检测，同时其它支路的监测继续进行。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用热敏电阻感应限流电阻的温度变化而检测出检测支路中的电流变化，并进而判断被测试样是否击穿，既能可靠地获取绝缘介质击穿信号，又能使高压回路与检测电路之间无直接电气连接，安全、可靠，尤其适用于变频高压条件下的绝缘介质寿命测试，并由于检测电路的绝缘与耐压要求大大降低，降低了检测成本。

2、检测信号由检测电桥输出并由带差分放大器的前置信号处理器进行处理，能有效地将电源和环境中的干扰信号抑制掉，抗干扰能力强。

3、一旦检测到某条检测支路被击穿，即将该支路切除，使高压脉冲源的不被该支路“短路”，各支路上的电压不降低，其它支路的检测得以继续正常进行；并且，在对击穿的检测支路进行切除时，由于没有电感线圈的存在，不会产生造成其它检测支路误动作的冲击电流和冲击电压，检测结果可靠、准确，适用于多路试样的同时测试。

上述的限流电阻与热敏检测电阻接触处填充导热硅脂。

填充导热硅脂使限流电阻与检测热敏电阻之间无气隙，减小检测热敏电阻与限流电阻之间的热阻，提高检测的灵敏度和缩短响应时间。

上述的前置信号处理器由差分放大器、多路选择开关、可编程放大器、模数转换电路依次相连构成。

检测信号经过差分放大器进行差分放大，多路选择开关将信号选通到可编程放大器作后级放大，再送到模数转换单元进行模数转换。经转化后的数字信号送到信号运算及控制器中进行运算，判断其是否为击穿信号，并输出相应的开关量信号到开关驱动单元，驱动开关组执行正确的切断击穿支路的动作。

上述的信号运算及控制器还与显示器、键盘和存贮单元相连。

这样可将检测到的当前各路限流电阻的温度值和各试样的状态显示在显示屏上；键盘用于设定参数值和查看历史纪录；存贮单元用于记录数据，可使检测结果长期保存。

上述的检测热敏电阻为PTC热敏电阻。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构框图。

图2是本实用新型实施例的检测支路、检测电桥的电原理图。

具体实施方式

实施例

图1、2示出，本实用新型的一种具体实施的方式为：

一种绝缘介质寿命测试仪，包括高压脉冲源、试样S，高压脉冲源经开关组中的多路开关与多条检测支路相连，每条检测支路由被测试样S和限流电阻R14串联构成，限流电阻R14与热敏检测电阻R11紧密接触；热敏检测电阻R11与热敏环境电阻R12、可调电阻R13、平衡电阻R15依次相连构成检测电桥。

图1中的检测试样为8个，相应有8个检测电桥和8个差分放大器，构成8个检测支路。在实施时，显然，检测支路可以为2条以上的任意多条。

图1、2还示出，本例的带差分放大器的前置信号处理器的两输入端分别与热敏检测电阻R11与平衡电阻R15的连接点及热敏环境电阻R12与可调电阻R13的连接点相连；前置信号处理器和信号运算及控制器相连，信号运算及控制器与开关驱动电路相连，开关驱动电路与开关组的控制端相连。

图2示出，限流电阻R14与热敏检测电阻R11接触处填充导热硅脂Z。热敏检测电阻R11为PTC热敏电阻。图1还示出，前置信号处理器由差分放大器、多路选择开关、可编程放大器、模数转换电路依次相连构成。信号运算及控制器还与显示器、键盘和存贮单元相连。

本实施例中，检测电桥的工作电压为12V，该工作电压由稳压二极管、限流电阻、可调电阻和LM324运算放大器组成的稳压可调电源提供。前置信号处理器中的差分放大器由运算放大器LM324组成，多路选择开关由CD4051构成，可编程放大器选用LTC6910-2，模数转换电路选用AD574。信号运算及控制器选用单片机AT89C55。

本实用新型的开关驱动电路可以选用各种现有的开关驱动电路，如由光电耦合管、驱动三极管、继电器组成的光电耦合型开关驱动电路；开关组的开关控制端则可由继电器的触点控制。

Claims (5)

1.一种绝缘介质寿命测试仪，包括高压脉冲源、试样(S)，其特征在于：

高压脉冲源经开关组中的多路开关与多条检测支路相连，每条检测支路由被测试样(S)和限流电阻(R14)串联构成，限流电阻(R14)与热敏检测电阻(R11)紧密接触；热敏检测电阻(R11)与热敏环境电阻(R12)、可调电阻(R13)、平衡电阻(R15)依次相连构成检测电桥；

带差分放大器的前置信号处理器的两输入端分别与热敏检测电阻(R11)与平衡电阻(R15)的连接点及热敏环境电阻(R12)与可调电阻(R13)的连接点相连；前置信号处理器和信号运算及控制器相连，信号运算及控制器与开关驱动电路相连，开关驱动电路与开关组的控制端相连。

2.如权利要求1所述的一种绝缘介质寿命测试仪，其特征在于：所述的限流电阻(R14)与热敏检测电阻(R11)接触处填充导热硅脂(Z)。

3.如权利要求1所述的一种绝缘介质寿命测试仪，其特征在于：所述的前置信号处理器由差分放大器、多路选择开关、可编程放大器、模数转换电路依次相连构成。

4.如权利要求1所述的一种绝缘介质寿命测试仪，其特征在于：所述的信号运算及控制器还与显示器、键盘和存贮单元相连。

5.如权利要求1所述的一种绝缘介质寿命测试仪，其特征在于：所述的热敏检测电阻(R11)为PTC热敏电阻。

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