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一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统及测试方法

阅读：439发布：2021-02-17

IPRDB可以提供一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统及测试方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统及测试方法，包括计算控制单元、整流滤波电路、逆变单元及采样电路，整流滤波单元经斩波单元连逆变单元，计算控制单元经IGBT驱动单元连斩波单元，经3路MOSFET驱动电路连逆变单元；所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，两者均连接计算控制单元。该方法是采样电路采集到电流信号后由计算控制单元计算指令电流，将指令电流与实测电流进行滞环比较，产生PWM信号驱动MOSFET产生想要频率的电流波形施加在试品上。本发明以计算控制单元为核心，通过采样电路采集信号，产生PWM波驱动MOSFET的通断，产生电压频率、幅值可调的正弦波施加在被试电抗器上进行匝间绝缘耐压测试。，下面是一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统及测试方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，其特征在于：包括计算控制单元、整流滤波电路、逆变单元及采样电路，所述整流滤波单元经斩波单元连接逆变单元，所述计算控制单元经IGBT驱动单元连接斩波单元，经3路MOSFET驱动电路连接逆变单元；所述逆变单元经滤波电路连接升压模块，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路和电压采样电路均连接计算控制单元，计算控制单元连接显示屏。

2.如权利要求1所述的一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，其特征在于：所述计算控制单元包括CPLD和DSP，CPLD和DSP通过双口RAM进行连接，所述DSP连接显示器，所述CPLD经MOSFET驱动单元分别连接斩波单元和逆变单元，电流采样电路和电压采样电路与CPLD相连。

3.如权利要求2所述的一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，其特征在于：所述电流采样电路为电流互感器。

4.如权利要求2所述的一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，其特征在于：所述电压采样电路为阻容分压电路。

5.如权利要求2所述的一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，其特征在于：所述整流滤波电路为带电容滤波的三相不控整流电路。

6.如权利要求2所述的一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，其特征在于：所述MOSFET驱动单元由两个MOSFET并联而成。

7.如权利要求1-6的任意一项所述的一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，其特征在于：所述滤波电路为巴特沃斯模拟滤波器。

8.一种双极性多脉冲匝间绝缘测试方法，其特征在于包括以下步骤：

一、通过采样电路中的电流互感器来采集试品的电流信号，由CPLD来接收采样的数据并控制采样的时间，然后将采样的数据写到双口RAM的不同地址中；

二、DSP根据板选信号从双口RAM另一侧读取采样数据并通过通讯线与显示屏相连，通过显示屏输出采样波形，即试品电压波形；

三、DSP通过控制IGBT驱动单元通段时间进而控制占空比来控制试验输出幅值的大小，通过产生方波调制信号控制逆变单元MOSFET；

三、CPLD与DSP中产生的调制信号进行比较，控制MOSFET驱动单元驱动逆变单元产生想要频率的电流波形，控制IGBT驱动单元驱动降压斩波电路产生需要的校验幅值；

四、在对试品施加模拟雷电冲击电压前，CPLD通过控制IGBT驱动单元改变斩波电路的占空比，输出一个50％幅值雷电冲击电压加到试品上，CPLD通过采样电路采集此时试品的电压信号和电流信号，视为对照组，并由显示屏进行显示；

五、重复步骤四，再输出一个全幅值雷电冲击电压加到试品上，获得测试组，并由显示屏进行显示；

六、将对照组和测试组进行显示比较，计算两组波形衰减频率与衰减速度，由此判断试品匝间绝缘是否有问题。

说明书全文

一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统及测试方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种给空心线圈使用的双极性多脉冲电压法进行匝间绝缘测试的装置，具体涉及一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统及测试方法。背景技术：

[0002] 干式空心线圈制成的设备具有电抗线性度好、结构简单、质量轻、不宜磁饱和的特点。随着干式空心线圈大量投入使用，故障也逐步增多，其中绝大部分的故障是由匝间绝缘损坏引起。因此，在提高线圈制备工艺、绝缘水平的同时，有效的试验方法及具有匝间绝缘测试能力的设备研制尤为重要。

[0003] 传统匝间绝缘测试方式主要有感应电压法、雷电冲击电压试验替代进行匝间绝缘试验法、脉冲振荡法等。

[0004] 但是这些方法都存在各种问题：一些由空心线圈制成的设备，如干式空心电抗器等没有二次侧且磁路开放，无法施加感应电压以测试匝间绝缘。

[0005] 传统的雷电冲击电压试验和脉冲振荡法匝间过电压试验都是通过控制电路先向主电容充电，而后电容放电击穿球隙把高压脉冲加在电抗器试品上。其中，雷电冲击电压试验由波头电阻和波尾电阻调节实验波形，但是，由于高压脉冲的作用，受到线圈分布参数的影响，电位梯度小的地区匝间达不到实验要求的电压。再者，由于如空心电抗器线圈匝数多,并联层数多,其中一匝击穿,电抗器总的电阻和电感变化很小,使用雷电冲击电压法很容易对是否发生匝间绝缘损坏造成误判。

[0006] 脉冲振荡法匝间过电压试验击穿球隙的电压直接施加到被试品线圈使其与电容形成高频振荡，国标GB1094.6－2011规定，脉冲振荡法匝间过电压试验的振荡频率小于100kHz，试验持续时间1min，放电次数不少于3000次。此方法同样会产生一系列问题：首先，由于球隙第一次被击穿后再次击穿变得容易，所以装置第一次放电脉冲电压高，随后放电脉冲电压变低。其次，这种发生装置使得脉冲电压幅值频率固定，不能精确可调。
发明内容：

[0007] 本发明为克服上述不足，提供了一种双极性多脉冲匝间绝缘测试系统及测试方法，其以计算控制单元为核心，通过采样电路采集信号，产生PWM波，由MOSFET驱动单元驱动MOSFET的通断，产生电压频率、幅值可调的正弦波施加在被试电抗器上进行匝间绝缘耐压测试。

[0008] 本发明的双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括计算控制单元、整流滤波电路、逆变单元及采样电路，所述整流滤波单元经斩波单元连接逆变单元，所述计算控制单元经IGBT驱动单元连接斩波单元，经3路MOSFET驱动电路连接逆变单元；所述逆变单元经滤波电路连接升压模块，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路和电压采样电路均连接计算控制单元，计算控制单元连接显示屏。

[0009] 作为本发明的进一步改进，所述计算控制单元包括CPLD和DSP，CPLD和DSP通过双口RAM进行连接，所述DSP连接显示器，所述CPLD经MOSFET驱动单元分别连接斩波单元和逆变单元，电流采样电路和电压采样电路与CPLD相连。

[0010] 作为本发明的进一步改进，所述滤波电路为巴特沃斯模拟滤波器。如此设置，通过巴特沃斯滤波电路使逆变电路输出的高压脉冲形状可控，具体是可以在正半波峰值截止进行匝间绝缘的正校验，同样也可以在负半波峰值截止进行匝间绝缘负校验。

[0011] 作为本发明的进一步改进，所述电流采样电路为电流互感器。通过电流互感器与试品串联来采集试品的电流信号。

[0012] 作为本发明的进一步改进，所述电压采样电路为阻容分压电路。通过阻容分压电路与试品并联来采集试品的电压信号。

[0013] 作为本发明的进一步改进，所述MOSFET驱动单元由两个MOSFET并联而成，可满足系统一次侧容量要求。

[0014] 作为本发明的进一步改进，所述整流滤波电路为带电容滤波的三相不控整流电路，根据系统电压、负载轻重来调节输出电压的大小，输出电压最高可达到539V。

[0015] 本发明的双极性多脉冲匝间绝缘测试方法，采用的技术方案在于包括以下步骤：

[0016] 控制采样的时间，然后将采样的数据写到双口RAM的不同地址中；

[0017] 二、DSP根据板选信号从双口RAM另一侧读取采样数据并通过通讯线与显示屏相连，通过显示屏输出采样波形，即试品电压波形；

[0018] 三、DSP通过控制IGBT驱动单元通段时间进而控制占空比来控制试验输出幅值的大小，通过产生方波调制信号控制逆变单元MOSFET；

[0019] 三、CPLD与DSP中产生的调制信号进行比较，控制MOSFET驱动单元驱动逆变单元产生想要频率的电流波形，控制IGBT驱动单元驱动降压斩波电路产生需要的校验幅值；

[0020] 四、在对试品施加模拟雷电冲击电压前，CPLD通过控制IGBT驱动单元改变斩波电路的占空比，输出一个50％幅值雷电冲击电压加到试品上，CPLD通过采样电路采集此时试品的电压信号和电流信号，视为对照组，并由显示屏进行显示；

[0021] 五、重复步骤四，再输出一个全幅值雷电冲击电压加到试品上，获得测试组，并由显示屏进行显示；

[0022] 六、将对照组和测试组进行显示比较，计算两组波形衰减频率与衰减速度，由此判断试品匝间绝缘是否有问题。

[0023] 本发明的有益效果是：本发明是以DSP和CPLD作为主控制器，通过斩波电路调节电压的幅值使幅值可控，逆变单元以MOSFET作为开关的变频系统，CPLD通过控制算法计算产生PWM波，然后由MOSFET驱动单元驱动MOSFET的通断，产生电压频率、幅值可调的正弦波加在被试电抗器上进行匝间绝缘耐压测试，通过采样电路收集试品的实际电压信号和电流信号，对信号进行放大处理后反馈给CPLD，利用CPLD、DSP与双口RAM进行通讯，实现快速的数据交换。其中，通过对逆变单元的控制，使逆变单元所发出的脉冲电压频率在20kHz～100kHz可调，通过对斩波单元开关器件的控制，使得装置可以输出最大200KV的脉冲电压，并能输出多种脉冲波形，基于脉冲振荡法测试空心电抗器匝间绝缘原理，将输出高压脉冲加到被施电抗器上进行匝间绝缘实验。整个装置安全，可靠，与现有绝缘测试方式相比具有以下优势：

[0024] 1)、输出的高压脉冲幅值、频率以及每次脉冲间隔频率均可调；

[0025] 2)、输出的高压脉冲形状可控，即可以在正半波峰值截止进行匝间绝缘的正校验，同样也可以在负半波峰值截止进行匝间绝缘负校验；

[0026] 3)、采用电力电子控制技术而非球隙击穿的传统方式，设备更加安全可靠；

[0027] 4)、改进传统的示波器进行测试实验，改在计算机上加以显示。附图说明：

[0028] 图1为本发明的结构原理示意图；

[0029] 图2为本发明中匝间绝缘主电路系统图；

[0030] 图3为逆变单元和变压器的连接电路图；

[0031] 图4为本发明的控制原理框图。具体实施方式：

[0032] 参照图1和图4，该双极性多脉冲匝间绝缘测试系统，包括计算控制单元、整流滤波电路、逆变单元及采样电路，所述整流滤波单元经斩波单元连接逆变单元，所述计算控制单元经IGBT驱动单元连接斩波单元，经3路MOSFET驱动电路连接逆变单元；所述逆变单元经滤波电路连接升压模块，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路和电压采样电路均连接计算控制单元，计算控制单元连接显示屏。

[0033] 所述计算控制单元包括CPLD和DSP，CPLD和DSP通过双口RAM进行连接，所述DSP连接显示器，所述CPLD经MOSFET驱动单元分别连接斩波单元和逆变单元，电流采样电路和电压采样电路与CPLD相连。

[0034] 进一步地，所述整流滤波电路为带电容滤波的三相不控整流电路。

[0035] 进一步地，所述电流采样电路为电流互感器。

[0036] 进一步地，所述电压采样电路为阻容分压电路。

[0037] 进一步地，所述滤波电路为巴特沃斯模拟滤波器。

[0038] 进一步地，如图3所示的H桥部分电路，所述MOSFET驱动单元由两个MOSFET并联而成，由于系统要求逆变单元输出频率为最大100kHz，故选用MOSFET作为逆变电路的开关器件满足频率要求，而市面上的MOSFET不能直接同时满足输出电流和电压要求，故考虑使用MOSFET并联技术，使用两个MOSFET并联，同时对两个MOSFET驱动，其中每个MOSFET过电流167A，承受电压400V，以此满足系统一次侧容量要求。

[0039] 参照图2，1框部分是电容滤波的三相不控整流电路部分，其输出电压最高539V，输出电压值与系统电压、负载轻重有关；2框部分为buck斩波电路，其通过对占空比的调整，使得斩波后电压可调，进而使得在经过高频变压器后加在被试电抗器(简称试品)的两端的电压大小、波形情况均可调；3框为逆变电路，通过逆变电路可调制出频率为20kHz～100kHz可调的方波；4框为巴特沃斯滤波电路，其使得逆变后的方波变成正弦波并滤除高次谐波干扰；5为升压电路，具体是采用高频升压变压器T，其容量为100kVA，将经过逆变、滤波后的电压升压到最高200kV；6框为采样电路，采样电路中两个电容与电感构成阻容分压电路，以采集加在试品上的高频交流电压，采样电路中电流互感器采集流过试品的电流，将采集结果输入DSP中进行分析计算及比较，从而判断试品绝缘性能是否完好。

[0040] 本发明的测试系统以计算控制单元为核心，计算控制单元以DSP和CPLD作为主控制器，利用CPLD、DSP与双口RAM进行通讯，实现快速的数据交换。CPLD通过采样电路采集试品的电流、电压信号，对信号进行放大处理，配合上位机的指令，CPLD通过控制算法计算产生PWM波，CPLD指令信号通过与DSP中产生的调制信号进行比较，向MOSFET驱动单元发出驱动信号，控制开关管的通断，同时，如果发生故障，计算控制单元也会采集到MOSFET的故障信号及时作出反应并关闭系统，然后PWM波通过光电转换模块实现对电信号的隔离作用，由MOSFET驱动单元驱动MOSFET的通断，产生电压频率、幅值可调的正弦波，通过高频升压变压器加在被试电抗器上进行匝间绝缘耐压测试。使用时，220V工频交流电经过整流滤波单元整流滤波后输出最高539V的直流电压，经过可控的斩波单元与逆变单元再经高频升压变压器升压，即可输出脉冲形状可控、频率幅值可调的高压脉波加到空心电抗器试品上。

[0041] 本发明的双极性多脉冲匝间绝缘测试方法，包括以下步骤：

[0042] 一、通过采样电路中的电流互感器来采集试品的电流信号，由CPLD来接收采样的数据并控制采样的时间，然后将采样的数据写到双口RAM的不同地址中；

[0043] 二、DSP根据板选信号从双口RAM另一侧读取采样数据并通过通讯线与显示屏相连，通过显示屏输出采样波形，即试品电压波形；

[0044] 三、DSP通过控制IGBT驱动单元通段时间进而控制占空比来控制试验输出幅值的大小，通过产生方波调制信号控制逆变单元MOSFET；

[0045] 四、CPLD与DSP中产生的调制信号进行比较，控制MOSFET驱动单元驱动逆变单元产生想要频率的电流波形，控制IGBT驱动单元驱动降压斩波电路产生需要的校验幅值；

[0046] 四、在对试品施加模拟雷电冲击电压前，CPLD通过控制IGBT驱动单元改变斩波电路的占空比，输出一个50％幅值雷电冲击电压加到试品上，CPLD通过采样电路采集此时试品的电压信号和电流信号，视为对照组，并由显示屏进行显示；

[0047] 五、重复步骤四，再输出一个全幅值雷电冲击电压加到试品上，获得测试组，并由显示屏进行显示；

[0048] 六、将对照组和测试组进行显示比较，计算两组波形衰减频率与衰减速度，由此判断试品匝间绝缘是否有问题。

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一种匝道灯-专利编号CN108006514A	2020-05-12	207
公交车单向匝机-专利编号CN104827946A	2020-05-13	192
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