新型電機(jī)絕緣檢測裝置

摘 要：電機(jī)經(jīng)過長時(shí)間的使用之后，各方面的功能都會(huì)隨著絕緣性能的劣化逐漸變差。通過對電機(jī)定子繞組進(jìn)行直流泄漏電流試驗(yàn)和介質(zhì)損耗角的正切值試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種新型電機(jī)絕緣檢測裝置，在電機(jī)絕緣性能不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行檢修和維護(hù)，保障員工和器械的安全。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；絕緣性能；泄漏電流；介質(zhì)損耗角

1 概述

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電機(jī)[1]在各行各業(yè)中的應(yīng)用更加廣泛，它的安全問題也越來越受到人們的關(guān)注。其中，電機(jī)良好的絕緣狀況是電機(jī)安全運(yùn)行的保障，但隨著時(shí)間的推移，電機(jī)的絕緣狀況會(huì)逐漸降低。電機(jī)絕緣性能的劣化[2]是多種多樣的原因造成的，如工作電壓過大、工作環(huán)境中溫度和濕度過高、絕緣部分存在污穢等。根據(jù)美國、日本、俄羅斯的一份科學(xué)研究表明，一臺電機(jī)工作10年以上時(shí)，它的絕緣故障會(huì)明顯上升。因此，有必要研究一種新型的電機(jī)絕緣檢測裝置來對電機(jī)的絕緣狀況進(jìn)行檢測。

本裝置主要由直流通道模塊、交流通道模塊、單片機(jī)系統(tǒng)模塊和LED顯示輸出模塊構(gòu)成。其中，直流通道模塊負(fù)責(zé)對電機(jī)定子繞組的泄漏電流[3]進(jìn)行測量，介質(zhì)損耗角測量模塊負(fù)責(zé)對定子繞組的介質(zhì)損耗角正切值[4]進(jìn)行測量，單片機(jī)系統(tǒng)模塊和LED顯示輸出模塊負(fù)責(zé)采集和顯示輸出電機(jī)絕緣狀況。

2 絕緣檢測裝置原理

本裝置的系統(tǒng)原理如圖1所示。在直流通道模塊中，將產(chǎn)生的直流高壓施加到被測設(shè)備上，通過泄漏電流信號采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置將采集到的泄漏電流信號送入單片機(jī)系統(tǒng)模塊中進(jìn)行檢測；在交流通道模塊中，首先對被測設(shè)備施加交流電壓，將采集到的電壓信號U和電流信號I轉(zhuǎn)化成具有一定脈沖寬度的方波信號，再通過過零比較法對介質(zhì)損耗角？啄進(jìn)行測量，然后將測量到的介質(zhì)損耗角？啄數(shù)據(jù)送入單片機(jī)系統(tǒng)模塊進(jìn)行檢測分析，再由LED顯示輸出模塊負(fù)責(zé)顯示輸出被測設(shè)備的絕緣狀況。

2.1 直流高壓產(chǎn)生電路

圖2所示為直流高壓產(chǎn)生電路原理圖，220V交流電壓先通過單相不可控橋式整流電路整流濾波，得到198V的直流電壓，經(jīng)過斬波電路將所得的直流電壓斬成高頻直流電壓脈沖波，再由高頻變壓器升壓成1386V的直流高壓電壓，然后再通過濾波電路，得到較為穩(wěn)定的直流高壓。

此外，在直流高壓輸出的地方，為了使直流高壓相對穩(wěn)定，本模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)PWM調(diào)制電路來對斬波電路中的MOS管進(jìn)行控制。當(dāng)直流輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，PWM調(diào)制電路就會(huì)調(diào)整MOS管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，使MOS管的占空比發(fā)生變化，從而使直流輸出電壓保持穩(wěn)定。

2.2 泄漏電流信號采集電路

由于泄漏電流一般都是微安級別，直接采集比較困難，為了精確采集泄漏電流大小，在本裝置中設(shè)計(jì)了一個(gè)泄漏電流信號采集電路，原理如圖3所示。

泄漏電流Ix經(jīng)采樣電阻Rs后，產(chǎn)生一定的電壓，再經(jīng)過跟隨驅(qū)動(dòng)隔離電路后輸出到A/D轉(zhuǎn)換電路，由輸出電壓與泄漏電流關(guān)系Ui=RsIx可知，測出了電壓Ui，就能通過計(jì)算得出泄漏電流Ix的值。

2.3 過零比較法

過零比較法[5]是介質(zhì)損耗在線監(jiān)測中比較常用的一種方法，它的原理是分別測量加在被試品上的電壓信號U和電流信號I，經(jīng)過濾波、限幅放大，再分別通過電壓比較器和電流比較器把電壓信號U和電流信號I轉(zhuǎn)化為具有一定脈沖寬度的方波信號，最后通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和處理，用數(shù)字時(shí)間測量技術(shù)比較電壓信號U和電流信號I經(jīng)過零點(diǎn)的時(shí)刻t1，t2，從而得到電壓信號U與電流信號I之間的相位差：

（1）

式中：T為工頻周期，？駐t為電壓信號與電流信號過零時(shí)刻的時(shí)間差，由高頻脈沖計(jì)數(shù)計(jì)算得出。

介質(zhì)損耗角：

（2）

3 軟件設(shè)計(jì)

本裝置的軟件設(shè)計(jì)部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)模塊來完成，界面中有泄漏電流試驗(yàn)和介質(zhì)損耗角試驗(yàn)兩個(gè)選擇，用戶可根據(jù)自身需求選擇所需進(jìn)行選擇的試驗(yàn)。作出選擇后，可在LED顯示輸出模塊中得到被測設(shè)備的絕緣狀況，若設(shè)備絕緣狀況良好，則設(shè)備繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；若絕緣狀況不符合標(biāo)準(zhǔn)，則發(fā)出警報(bào)。

4 結(jié)束語

文章介紹了一種新型電機(jī)絕緣檢測裝置，用戶可根據(jù)自己需求對電機(jī)的泄漏電流和介質(zhì)損耗角進(jìn)行測量，裝置經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，運(yùn)行狀況良好，簡便的操作有效地縮短了檢測時(shí)間。但是，電機(jī)絕緣的在線檢測目前依舊面臨一些問題，仍需要廣大技術(shù)人員的不斷努力。

參考文獻(xiàn)

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