专利名称：耐压测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐压测试技术，尤其涉及一种电气安全性能测试的耐压测试 系统。
背景技术：
电气安全性能参数是国家强制性认证的指标之一，也是反映电子产品和
设备安全性能重要的参数。2001年，IEC1010标准——《测量、控制及试验 室用电气设备的安全》重新》务订为正C61010。
电气安全主要测试指标包括交/直流耐压、绝缘电阻、泄漏电流、接地电 阻等。交/直流耐压试验用于检验产品在实际工作状态下的电气安全性能，是 检验设备电气安全性能的重要指标之一。目前所采用的耐压测试仪多采用 GB4706 (等同IEC1010)标准，使用较多的是台式结构的单项测试指标测试 仪器，不能满足用户需要多指标综合测试的需求。而且，目前的耐压测试仪 多采用的是传统的测试方法，测试精度不高，直接影响电器产品的品质，从 而不能完全满足目前发展的电气安全性能测试工作的需要。因此研究符合最 新国际标准的采用先进技术和具有更好性能指标的耐压测试系统具有重要意 义。
发明内容
因此，本发明的目的是提供性能稳定、改善测试精度、可以自主设定测 试参数的一种耐压测试系统。
根据本发明为了实现上述目的，提供了一种耐压测试系统，包括程控 电源模块，用于提供所需测试电压；信号采集调理模块，测试由所述程控电 源模块提供的低压，当所述低压和设定的电压值符合时，测量流经测试品的 漏电流，输出与所述漏电流相应的电压信号，并且当所述漏电流大于设定值 时切断回路；和控制模块，用于控制所述程控电源模块的输出，接收经所述信号采集调理模块接收并处理过的低压，并且比较所述处理过的低压和所述 设定值，当所述处理过的低压和所述设定值符合时，接收经所述信号釆集调 理模块输出的与所述漏电流相应的电压信号。
本发明的采集调理模块包括隔离变压器，用于接收来自所述程控电源 模块的低压，第二信号调理电路，用于将所述低压调整到所述控制模块接收 电压范围内的电压信号；传感器，用于接收流经测试品的漏电流；第一信号 调理电路，用于接收来自传感器的漏电流，并输出与所述漏电流相应的电压 信号；和过电流保护电^各，用于在测试品或所述耐压测试系统故障时启动， 切断电源。
本发明的控制模块包括单片机，用于接收来自所述第一和第二信号调理 电路的电压信号，比较所述第二信号调理电路输出的电压信号和设定值，当 两者符合时，接收所述第 一信号调理电路输出的与漏电流相应的电压信号， 并且处理所述与漏电流相应的电压信号。
本发明的程控电源模块包括程控电源；和高压变压器，用于根据所述 控制模块的控制将来自所述程控电源的电压处理为提供给所述隔离变压器的 低压和提供给所述测试品的高压。
通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述目的 和特性将会变得更加清楚，其中 图l显示了耐压测试示意图2显示了才艮据本发明优选实施例电气安全性能耐压测试系统的系统框 图；和
图3显示了才艮据本发明实施例的耐压测试程控电源部分的系统框图。
具体实施例方式
在下文中，通过借助附图将详细描述本发明的优选实施例。 耐压测试是指对各种电器装置、绝缘材料和绝缘结构的耐受电压能力进 行的测试。在不破坏绝缘材料性能的情况下，对绝缘材料或绝缘结构施加高 电压的过程称为耐压试验。 一般来讲，耐压测试主要目的是检查绝缘耐受工
4作电压或过电压的能力，进而检验产品设备的绝缘性能是否符合安全标准。
如图1所示，图1所示为耐压测试示意图。耐压测试的基本原理如下 把一个高于正常工作的电压加在被测设备的绝缘体上，并持续一段规定的时 间，如果其间的绝缘性足够好，测试回路只会产生4艮小的漏电流。如果一个 被测设备绝缘体在规定的时间内，其漏电电流保持在规定的范围内，就可以 确定这个被测设备的耐压性能合格，也完全可以在正常的运行条件下安全运 行。
进行耐压测试时，技术规格不同被测试品，测量标准也就不同。对一般 被测设备，耐压测试是对设备施加高压后测量火线与才几壳之间的漏电流值， 通常情况下以两倍于^皮测物的工作电压再加1000V作为测试的标准电压。 部分产品的测试电压可能高于这一规定值。按照IEC61010的规定，测试电压 必须在5秒钟内逐渐地上升到所要求的试验电压值(例如5kV等)，保证试 验电压值稳定加在被测绝缘体上不少于5秒钟，此时所测回路的漏电流值与 标准规定的泄漏电流值相比较，就可以判断被测产品的绝缘性能是否符合标 准。测试结束后，试^r电压必须在规定的时间内逐渐地降至零。
图2所示为根据本发明优选实施例电气安全性能测试系统的系统框图。 如图2所示，该电气安全性能测试系统包括用于提供测试电压的程控电源 模块、信号采集调理模块和控制模块。
程控电源模块包括程控电源210和高压变压器220。在本实施例中，程 控电源210输出0-140VAC。
信号采集调理模块包括传感器(电流互感器230)、第一信号调理电路 240、隔离变压器250、第二信号调理电路260和过电流保护电路270，本实 施例中。测试回路漏电流通过电流互感器230进入信号采集和调理电路240, 在信号采集和调理电路240中对漏电流信号进行I/V转换变成满足A/D输入 范围的电压信号。过流保护电路在试品或电路故障时启动，即，当漏电流大 于预定值时切断回路。
控制模块包括诸如单片机ADCp842的微处理器280和计算机2卯，控制 测试过程电压升降、A/D转换、数据的处理和分析。在微处理器280控制下 程控电源210的输出电压经变压器升压可以得到设定的输出电压值。
耐压测试需要监测的参数是变压器220输出高电压的值和测试回路的漏 电流值。测试系统中所使用的升压变压器二次绕组有0-5000V和0-5V两路电压输出，当变压器二次绕组高压输出从OV到5000V变化时，变压器二次绕 组低压输出从OV到5V之间变化，两路输出之间具有良好的线性关系。测试 开始在设定的升压时间间隔内，变压器二次绕组低压侧输出的电压经隔离变 压器250和信号调理电路260后进入微处理器280,微处理器280中的A/D 转换器进行高速A/D转换，A/D转换后的数字量传送给计算机并与计算机设 定值相比较。当输出电压符合设定电压值时，就认为实际输出测试电压满足 了设定值的要求。
首先，设置耐压测试系统漏电流的测试范围，例如0~20mA。测试开始 时，被测设备漏电流通过电流互感器230,然后经第一信号调理电路240中 的I/V转换电路(未示出)将采样电流转换成电压在微处理器280内进行相 应的A/D转换和计算，最终得到被测设备在设定电压条件下的泄漏电流值， 通过和安全标准规定的泄漏电流值相比较，就可以4企验设备耐压测试是否合 格。实际测试时，在电流互感器240 二次侧设计了过流保护电路270，当有 过流情况出现时，例如被测设备被击穿或者被测设备绝缘缺陷，电源迅速被 切断，测试被终止以保护整个测试系统不被损坏。
常规的信号调理部分采用真有效值的模拟运算，泄漏电流信号的有效值 和峰值运算都是由硬件电路完成后输入单片机或计算机的。这种信号调理方 式最终只能获得泄漏电流信号的峰值或有效值。这种方法不仅精度不高而且 损失了频率信息，不能真实的复现泄漏电流的实际波形。本发明采用了高速 的A/D转换将交流电压值直接采集进计算机，按照用户要求计算出峰值和有 效值，并且画出实时的漏电流波形使用户能直观的监测漏电流情况。计算机 还可以进行软件校正，去除漂移、失调造成的误差。按照实际情况还可以采 用数字滤波的方式去除高频干扰，因此，本发明的信号调理方式简化了硬件 电路，成本较低，测试精度高，测试稳定性好。由于耐压测试的试验电压较 高，为了保证试验的安全性，在测试过程中要保证测试系统机箱外壳良好的 接地。
图3所示为根据本发明实施例的耐压测试程控电源部分的系统框图。 程控电压模块包括交流电源(220V)、桥式整流器、逆变器、低通滤波
器、隔离驱动器、诸如单片机ATMEGA16L的处理器。
由于在实际的耐压测试中，对不同产品可能要求施加不同的测试电压，
这就要求耐压测试系统输出测试电压是可调的。PWM(脉宽调制)是控制逆变电源以实现可调电压的输出的主要方法之一。PWM控制的理论基础建立在采 样控制理论的一个重要结论上，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有 惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM波形就是把正弦波用等幅不等宽 的脉冲代替，脉沖中点与正弦等分中点重合，且与相对应的正弦面积相等， 各脉冲的宽度按正弦规律变化。SPWM波的产生有4艮多方法，可以由专用集 成芯片或通用电路组合产生，也可以由单片机产生。本系统采用单片机 ATMEGA16L产生SPWM波，利用单片机ATMEGA16L的内部的累加器和 比较器通过调节占空比在PC4 口输出SPWM波。
程控电压模块采用单向220V工频交流电经过桥式整流获得直流电压， 经过滤波后为逆变电路提供稳定的直流电。同时由单片机产生的单相SPWM 波经过非门产生一路和单片机输出相位互补的SPWM波，这两路互补的 SPWM波分别经过单稳电路和隔离驱动电路后就可以产生两路相位互补的门 级触发脉沖序列可以控制IGBT的通断。最终由IGBT构成的逆变桥输出经低 通滤波可得到标准正弦波，正弦电压幅值0 140V可调。
耐压测试以高性能单片机ADCp842为核心组成计算机控制系统。 ADC(x842内部集成了 12位A/D和D/A转换器，具有优越的8052内核，峰 值效率每秒可执行20兆指令。ADCp842内部有62KB的片内程序闪存；4KB 的片内数据闪存，可擦写10万次的2KB的片内数据RAM。测试系统的单片 机采用C51编程对测试进行控制和数据的处理，PC计算机主要提供人机交互 的界面。这种测试系统应用起来灵活方便。
测试控制系统包括对电压源的控制、数据的采集、A/D转换、数据分析、 数据输出和显示、数据存储等，同时耐压测试系统软件可实现测试前自检， 自动消除可能的误差因素和对故障报警等功能。通过软件实现对测试电压的 准确控制。当测试电压达到测试要求值时，启动测试。软件按照IEC61010 中的测试标准对电压进行控制。计算机采用VC+十编程，测试界面直观操作 方便。用户可以按照实际测试设置不同的测试时间和泄漏电流阈值，可以监 视测试进度并显示测试结果，如果在测试过程中发生被测样品击穿现象或其 它可能的过流现象，测试仪的输出电压能迅速降为零，并发出报警信号。
实际测试选用0.5级的ZX117A型可调高压电阻箱作为标准被测件，通 过单片机控制输出电压升到设定值，用数字高压表监视电压输出，输出电压 的误差不超1±±1.5%。并且测量系统漏电流，以漏电流的计算值为标准评价本系统的测试精度，按照国际标准IEC61010，以不同高电压施加在相同电阻上 分别进行漏电流测试，测试结果表明，测量数据的重复性较好，漏电流的测 试误差为土 ( 1.5%±0.05mA)。 漏电流的测试结果见表1。
表1
电阻箱电阻值 (MQ )漏电流计算值i (mA)电流表读数 r (mA)本系统测量值r (mA)误差(％) (r-r)/r
10.000.100.100.106* *
6,0000.170.180.169* *
4.0000.250.270.2741.36
3.0000.330.380.3851.26
2.0000.500.540.530-1.21
1.0001.000.980.950.17
0.4002.502.552.560.39
0.2005.005.095.05-0.79
0.1029.809.9310.12-0.91
0.05020.019.8519.71-0.71
由实验数据可以得知，本发明的耐压测试系统符合IEC61010标准，性能 稳定，改善了测试精度，并且可以自主设定测试参数。并且，软件界面友好， 操作简单。
尽管本发明的优选实施例已经被描述，但本领域的技术人员应该理解， 本发明并不限定于所描述的优选实施例，在不脱离由所附权利要求限定的本 发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和^"改。
权利要求
1. 一种耐压测试系统包括程控电源模块，用于提供所需测试电压；信号采集调理模块，测试由所述程控电源模块提供的低压，当所述低压和设定的电压值符合时，测量流经测试品的漏电流，输出与所述漏电流相应的电压信号，并且当所述漏电流大于设定值时切断回路；和控制模块，用于控制所述程控电源模块的输出，接收经所述信号采集调理模块接收并处理过的低压，并且比较所述处理过的低压和所述设定值，当所述处理过的低压和所述设定值符合时，接收经所述信号采集调理模块输出的与所述漏电流相应的电压信号。
2. 如权利要求1所述的耐压测试系统，其中所述信号采集调理模块包括 隔离变压器，用于接收来自所述程控电源模块的低压， 第二信号调理电路，用于将所述低压调整到所述控制模块接收电压范围内的电压信号；传感器，用于接收流经测试品的漏电流；第一信号调理电路，用于接收来自传感器的漏电流，并输出与所述漏电 流相应的电压信号；和过电流保护电路，用于在测试品或所述耐压测试系统故障时启动，切断 电源。
3. 如权利要求2所述的耐压测试系统，其中控制模块包括单片机，用于接收来自所述第一和第二信号调理电路的电压信号，比较 所述第二信号调理电路输出的电压信号和设定值，当两者符合时，接收所述第一信号调理电路输出的与漏电流相应的电压信号，并且处理所述与漏电流 相应的电压信号。
4. 如前述权利要求中的任一项所述的耐压测试系统，其中所述程控电源 模块包括程控电源；和高压变压器，用于根据所述控制模块的控制将来自所述程控电源的电压 处理为提供给所述隔离变压器的低压和提供给所述测试品的测试电压。
全文摘要
公开了一种耐压测试系统，包括程控电源模块，用于提供所需测试电压；信号采集调理模块，测试由所述程控电源模块提供的低压，当所述低压和设定的电压值符合时，测量流经测试品的漏电流，输出与所述漏电流相应的电压信号，并且当所述漏电流大于设定值时切断回路；和控制模块，用于控制所述程控电源模块的输出，接收经所述信号采集调理模块接收并处理过的低压，并且比较所述处理过的低压和所述设定值，当所述处理过的低压和所述设定值符合时，接收经所述信号采集调理模块输出的与所述漏电流相应的电压信号。本发明的耐压测试系统性能稳定，改善了测试精度，并且可以自主设定测试参数。并且，软件界面友好，操作简单。
文档编号G01R31/00GK101470154SQ20071030602
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者东 李, 王晓飞, 王艳林 申请人:北京机械工业学院