一种工作电压测试装置的测试电路、方法及装置与流程

本发明涉及工作电压测试装置领域，具体涉及一种工作电压测试装置的测试电路及测试方法。

背景技术：

安规测试对于电子电器产品质量保证有着至关重要的作用，其中，在对电子电器产品有关部件、绝缘进行电气强度、爬电距离、电气间隙等绝缘参数测试时，均需根据这些部件、绝缘的工作电压有效值和或峰值的测量结果，来确定这些参数的施加值或要求值。可见，工作电压测试是电子电器产品检测的基础测试项目，涉及产品涵盖信息技术设备、音视频设备、家用电器及其它电子电器产品。

各项主要标准对于工作电压的定义：

信息技术设备标准gb4943.1/iec60950-1(1.2.9.6)：当设备在正常使用的条件下工作时，所考虑的绝缘或元器件上所承受到的或能够承受的最高电压。不考虑设备外部引起的过电压。

音视频设备标准gb8898/iec60065(2.3.2)：设备在其额定电源电压下按正常工作条件工作时，所考虑的绝缘承受到的或能承受到的最高电压，不考虑非重复性瞬态值。

家用电器标准gb4706.1/iec60335-1(3.1.3)：器具以额定电压并在正常工作条件下运行时，考虑的那部分所承受的最高电压。

其它标准也有类似的对工作电压的表述，就是要测量所考虑绝缘或部位所承受的最高电压作为该绝缘或部位的工作电压。

现有技术中多采用ifmqualityservicesptyltd工作电压测试盒进行测试，其原理图如图1。

图1中，f为浮地点，变压器为安全隔离变压器，拨位开关有ⅰ、o、ⅱ三个位置。

测试要求：

a)开关处于位置ⅰ时，a与e间工作电压的峰值和有效值。

b)开关处于位置o时，a与e间工作电压的峰值和有效值。

c)开关处于位置ⅰ时，a与b间工作电压的峰值和有效值。

d)开关处于位置ⅱ时，a与b间工作电压的峰值和有效值。

e)开关处于位置ⅰ时，a与f间工作电压的峰值和有效值。

f)开关处于位置ⅱ时，a与f间工作电压的峰值和有效值。

g)开关处于位置ⅰ时，c与d间工作电压的峰值和有效值。

h)开关处于位置ⅱ时，c与d间工作电压的峰值和有效值。

以上现有技术存在的不足有：

1、对于浮地点f的电压测量

该项目设置了一个不与测试电路有任何连接的点f，我们可以称为“浮地点”。由于该项目包括的测试标准太多，这些标准中除了iec60950-1和iec60065中要求将这种浮地点接地外，其他标准均没有明确要求。

ifm接受的结果是f点接地测得的电压以及填写0或测量无意义。由于大部分实验室没有将f点接地仍然勉强测试，造成大部分试验测试结果不可比对而没列入结果单。

2、变压器的工作电压

该项目需要实验室测量变压器的工作电压(初次级各点之间最大电压)，这个测试应该是本项目要考察的最重要的内容。按照ifm总结报告中描述的标准试验方法：将初级电路的一点和次级电路的一点连接，测量变压器初次级间的电压，并找出电压最大的组合。

但由于该项目包括的测试标准太多，各标准中都没有对工作电压的测量给出具体的实施方案，iec也没有制定与工作电压测量的相关基础标准或ctl决议，造成各实验室对标准的理解不同，初次级电路是否需要连接公共参考点、如何连接公共点、浮地点等问题各实验室并没有达成共识。

由于ifm的作业指导书没有对此问题详细说明，造成测量结果五花八门，过于分散，数据无法进行比对，因此ifm取消了对该测试的比对。作为一个工作电压测试中最重要的内容，最终没有实施比对，没有达到比对的目的，是该项目中最不成功的地方。该计划最终能比对的项目，均是同一电路回路内的电压测试值，而没有达到两个独立电路回路之间的工作电压值的比对目的。

3、ifm项目的工作模式均为线性，其各点电压之间的关系与理论计算的值基本一致，项目设计较为简单。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的提供一种没有浮点的，具有公共参考点的可适用于非线性的工作电压测试装置的测试电路，同时在此电路基础上提供相应的测试方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种工作电压测试装置的测试电路，包括输入电路和输出电路，所述输入电路与输出电路通过变压器进行连接；

所述输入电路上连接了有中间断开位置的双向开关，输入电路上设置有第一和第二测试端子；

所述输出电路上设置有第三和第四测试端子；

所述第一或第二测试端子中的任意一个测试端子与第三或第四测试端子的任意一个测试端子为测试接入点。

优选地，所述有中间断开位置的双向开关设置有i,o,ii三个档位。

优选地，所述输入电路在有中间断开位置的双向开关处于ii档位时，设置有一个电阻和一个电容，所述电阻值的范围为100-150千欧，所述电容容量的范围为0.1-0.22μf。

优选地，所述输出电路内加载有工作阻抗，所述工作阻抗的电阻值为1.2-5.5千欧。

优选地，所述工作阻抗为多个。

优选地，所述工作阻抗为2个。

一种工作电压测试装置的测试方法，该方法应用上述提到的测试电路，该方法包括以下步骤：

s1、找出被测物绝缘两边的可能测试点；

s2、建立公共参考点：在被测物的绝缘两边的各找任意一点，使两点的电势相同；

并将这两点连接起来，作为两电路的公共参考点；

s3、选择被测物的绝缘两边任意一个测试点，测出工作电压值，再重新在被测物的绝缘两边选择任意组合测试点，测出多组工作电压值；

s4、重复第s2步骤步，建立新的公共参考点，然后重复第s3步骤，测出大量工作电压值；

s5、完成s1-s4后，将测量得到的工作电压值中数值最大的电压值确定为被测物绝缘的工作电压值。

优选地，所述s2步骤中建立公共参考点操作如下：在被测物的绝缘两边的各找任意一点，将这两点均接地。

优选地，所述s2步骤中建立公共参考点操作如下：在被测物的绝缘两边的各找任意一点，将这两点进行连接。

一种工作电压测试装置，包括箱体，所述箱体内部设置有上述所述的测试电路，所述箱体上设置有第一、第二、第三和第四测试端子。

本发明有益的技术效果：

本发明测试电路与测试方法中，不存在浮点，避免了测试结果不可比对；可以建立公共点，使测试结果更准确；可以对工作模式为非线性的被测物进行测试，扩展了测试范围。

附图说明

图1为本发明的现有技术的测试电路原理图。

图2为本发明的测试电路的电路原理图。

图3为本发明的浮点与带电电路的电路原理图。

图4为本发明的浮点与带电电路的电位差的电路原理图。

图5为本发明的工作电压测试电路等效电路一。

图6为本发明的工作电压测试电路等效电路二。

图7为本发明的工作电压测试电路等效电路三。

图8为本发明的工作电压测试电路等效电路四。

图9为本发明测试方法的步骤流程图。

图10为本发明工作电压测试装置的结构示意图。

图11为本发明测试结果的输入电压的正弦波形图。

图12为本发明测试结果正弦电压输入时非线性电路某两点的电压波形。

图13为本发明测试装置aⅰ档的工作电压波形(正弦波形)。

图14为本发明测试装置aⅱ档的工作电压波形(非正弦波形)。

图15为本发明测试装置bⅰ档的工作电压波形(正弦波形)。

图16为本发明测试装置bⅱ档的工作电压波形(非正弦波形)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

本发明的测试电路按照是按照相关标准的要求进行设计的，其中gb4943.1-2011在确定工作电压时，下列所有要求都适用：

a)未接地的可触及导电零部件应当假定其是接地的。

b)如果变压器绕组或其它零部件是浮地的(即不与相对于地有确定电位的电路连接)，则应当假定该变压器绕组或该零部件有一点接地，由于这一点接地而产生最高工作电压。

c)对变压器两个绕组之间的绝缘，除特殊规定以外，在考虑到绕组可能连接的外部电压后，应当取两个绕组上任意两点之间的最高电压。

d)对于变压器绕组与另一个零部件之间的绝缘，除特殊规定以外，应当取绕组上任意一点与该零部件之间的最高电压。

e)如果使用双重绝缘，则基本绝缘上的工作电压应当按假定附加绝缘为短路的状态来确定，反之亦然。对于变压器绕组之间的双重绝缘，应当假定有这样一点发生短路，由于这一点短路而在另一绝缘上产生最高工作电压。

f)当通过测量来确定工作电压时，eut的供电电压应当是额定电压或额定电压范围内能产生最高测量值的电压。

g)一次电路中任一点与地之间以及一次电路中任一点与二次电路之间的工作电压应当假定是下述的较大者：

——额定电压或额定电压范围的上限电压；和

——测得的电压。

所以，工作电压的测量最为关键的是测量位置，如一次电路与二次电路间、变压器初级与次级间，或相关绝缘处，以及公共参考点的设置等。

本工作电压测试装置借鉴了ifm工作电压能力验证项目，我们考虑到ifm项目的优点和不足，专门设计了测试电路，力求将主要关注点放在隔离电路的工作电压有效值测量、工作电压峰值测量和工作电压公共参考点的设置等工作电压测量中容易出错和测量值容易分散的地方，测试结果能充分体现测试者的专业能力。

现对本发明的实施例详细说明如下：

如图2所示，一种工作电压测试装置的测试电路，包括输入电路和输出电路，所述输入电路与输出电路通过变压器进行连接；

所述输入电路上连接了有中间断开位置的双向开关，输入电路上设置有第一测试端子1和第二测试端子2；

所述输出电路上设置有第三测试端子3和第四测试端子4；

所述第一或第二测试端子中的任意一个测试端子与第三或第四测试端子的任意一个测试端子进行短接，剩下的两个测试端子用于接入被测物的测试点。

具体地，所述有中间断开位置的双向开关设置有i,o,ii三个档位。所述输入电路在有中间断开位置的双向开关处于ii档位时，设置有一个电阻和一个电容，所述电阻值的范围为100-150千欧，所述电容容量的范围为0.1-0.22μf。。所述输出电路内加载有工作阻抗，所述工作阻抗的电阻值为1.2-5.5千欧。所述工作阻抗为多个。本实施例中所述工作阻抗为2个。所述第一或第二端子中的任意一个端子与第三或第四端子的任意一个端子一起接地，接地后，电路中的相线l，零线n和地线gnd(简称g)通过器具耦合器连接。

在图2中，器具耦合器的n点与输入电路的第二测试端子连通，有中间断开位置的双向开关处于ⅰ档时l点与输入电路的第一测试端子1连通，接地点g不与第一测试端子1和第二测试端子2连通，也不与输出电路的第三测试端子3、第四测试端子4连通，其与之对应的测试盒底部的安装螺丝连通，为ⅰ类设备。

输入电路的l、n、g以及第一测试端子1、第二测试端子2不与输出电路的第三测试端子3、第四测试端子4连通，输入电路与输出电路是隔离绝缘的，输出电路是浮地的；第一测试端子1、第二测试端子2之间有阻抗，用z1等效。对于输出电路，第三测试端子3、第四测试端子4之间有阻抗，用z2等效，输出电路要构成电流回路，需有一电动势源，设为e2，则e2、z2两头连通，即可构成开关ⅰ档时最简单的等效电路。

开关处于ⅱ档时，l与第一测试端子1之间有阻抗，可用z3等效，除此之外，其它均没变，这样，开关ⅱ档时的等效电路也可以勾画出来。

本测试电路的测试要求是：通过测试装置的第一、第二、第三和第四测试端子，测量测试装置a、b分别处于ⅰ档、ⅱ档时输入电路(z1)与输出电路(z2)之间绝缘处的工作电压峰值和有效值。

理论上，z1与z2之间绝缘处工作电压的有效值，不会小于z1两端第一和第二测试端子之间的电压有效值，本测试电路中，第一和第二测试端子之间的电压有效值不会小于额定输入电压的有效值，因此，z1与z2之间绝缘处工作电压的有效值不会小于额定输入电压的有效值。

先利用本测试电路进行具体测试如下：

(一)、对浮点和带“电”电之间的电压测量原理如下：

在图3所示电路中，①点是电路中的一点，通过电源系统与保护地g有电气连接，相对于保护地g的电位值是u①g；③是一个与左边电路没有电气连接的浮点，不带“电”，对于这样的浮点，将其接到不同的电位点上，就有不同的电位值。我们触摸它时，就相当于该点通过人体接地，地的电位值为0，也就是说，此时这个浮点对①点之间，就有了确定的电位差。因此，要测量浮地点与相对于“地”具有确定电位值的点之间的电压(电位差)时，应先把此浮地点接地。“地”是大家都接受的公共参考点。

如图3所示连接，有：

u①③＝u①②+u②g＝u①g(1)

即①点和③点之间的电压(电位差值)等于①点的对地电压。

(二)隔离电路之间的工作电压测量

图4电路中，输入电路中的z1与输出电路的z2相互绝缘隔离，输入电路中相线l1和l2与保护地g之间通过供电电源有电气连接，输出电路浮地，要求测量两电路绝缘处z1与z2之间的工作电压(峰值和有效值)。

浮地的输出电路内部各点之间，是有其相互之间的电位差的，但由于整个输出电路浮地，其内部的任何一点，相对于输入电路来说，均可视为浮地点，要测量该电路某点与输入电路某点的电位差，需要确定一个公共的参考点，否则，测试结果会“飘”而不确定。即输出电路需要有其中一点接地，假设③接地，则两电路有共同的参考点。此时，测量z1与z2之间的工作电压，就是寻找z1的可能测试点与z2的可能测试点之间的各种可能组合的最大测量值。

假设，z1有一个相对高电位点①和一个相对低电位点②，同理，z2也有一个相对高电位点③和一个相对低电位点④，z1和z2之间的可能测试组合，有①与③、①与④、②与③和②与④。在③接地的情况下，有：

u①④＝u①g-u④g＝u①g+u③④(2)

u①③＝u①g-u③g＝u①g(3)

u②④＝u②g-u④g＝u②g+u③④(4)

u②③＝u②g-u③g＝u②g(5)

另外，假设④接地，相应也有四种测试组合，分别为：

u①③＝u①g-u③g＝u①g-u③④(6)

u①④＝u①g-u④g＝u①g(7)

u②③＝u②g-u③g＝u①g-u③④(8)

u②④＝u②g-u④g＝u②g(9)

(2)式至(5)式与(6)式至(9)式对应作个比较，可以发现各式的最右边除(2)式和(6)式、(4)式和(8)式的u③④符号不同外，其它均相同。这说明③接地的结果和④接地的结果可能是不一样的，我们应测量后比较，找出最大值。

假设i为所考虑绝缘其中一边的①或②，j为绝缘另一边的③或④，在以地为公共参考点的情况下，电路中i点到j点之间的电压(电位差)，等于i点对地电压与j点对地电压之差。表述为：

uij(t)＝uig(t)-ujg(t)(10)

由于uig(t)和ujg(t)均为时间的函数，因此，应使用波形合成法来进行相应的测量。

图5中，假设l2为中性线n，n与g通过电源系统连接，则图5变为图6所示电路，即②与③连接在一起。此时有：

u①④＝u①②+u③④(11)

u①③＝u①②(12)

u②④＝u③④(13)

在①、②点之间的电压u①②和③、④点之间的电压u③④确定的情况下(本次计划中，问卷调查表有u①②和u③④峰值和有效值的测量调查)，②、③连接，测量另外两个测试点①、④之间的电压；同理，②、④连接，

如图7所示，测量另外两个测试点①、③之间的电压，有：

u①③＝u①②-u③④(14)

则可比较出对应的工作电压值。

此种方法，是通过将绝缘一边的任意一点与另一边的任意一点连接在一起，定为两电路的公共参考点，再测量绝缘两边另外两个测试点之间的电压。

用此种方法，l1相线的①点也可以与③点或④点短接，分别测量②、④及②、③之间的电压，比较后确定工作电压值。理论值为：

①与④连接，另两个端子之间的电压有：

-u②③＝u①②+u③④(15)

其对应的峰值和有效值在波形对称的情况下与(11)式的相同。

①与③连接，另两个端子之间的电压有：

-u②④＝u①②-u③④(16)

其对应的峰值和有效值在波形对称的情况下与(14)式的相同。

从(11)至(16)式可以看出，工作电压不会小于①、②点之间的电压。

如图9所示，一种工作电压测试装置的测试方法，该方法应用如上述的测试电路，该方法包括以下步骤：

s1、找出被测物绝缘两边的可能测试点；

s2、建立公共参考点：在被测物的绝缘两边的各找任意一点，使两点的电势相同；

并将这两点连接起来，作为两电路的公共参考点；

s3、选择被测物的绝缘两边任意一个测试点，测出工作电压值，再重新在被测物的绝缘两边选择任意组合测试点，测出多组工作电压值；

s4、重复第s2步骤步，建立新的公共参考点，然后重复第s3步骤，测出大量工作电压值；

s5、完成s1-s4后，将测量得到的工作电压值中数值最大的电压值确定为被测物绝缘的工作电压值。

如图10所示，利用以上测试电路及测试方法，本发明还设计了工作电压测试的测试装置，包括箱体5，所述箱体内部设置上述测试电路，箱体的外部设置有测试电路对应的第一测试端子1，第二测试端子2，第三测试端子3，第四测试端子4。

本实施例设计了两组模拟电子电器产品工作电压测试的测试装置，一组是额定输入为220v～/50hz的，另一组为110v～/60hz的，分别设为样品a和样品b。

每一个测试装置均通过器具耦合器输入电源电压；输出电路与输入电路隔离浮地；设有测试档位选择开关，0为空档，ⅰ、ⅱ为两个测试档位；要求通过工作电压测试装置的测试端子，测量各测试档位(开关位置i、ii)下输入电路与输出电路之间绝缘处的工作电压峰值和有效值。

测试装置的设计上，我们只保留了与工作电压测试有关的4个测试端子，与工作电压最终测试结果无关的其它点位不设定测试端子；两个测试档位中，ⅰ档为线性的，ⅱ档为非线性的。所谓线性的，是指电路中各点之间的电压波形与输入电压的波形形状相同，即正弦电压输入时，电路中各点之间的电压波形也为正弦波形；非线性的则是由于电路中半导体器件或部分元件的非线性，导致电路中一些点之间的电压波形出现与输入波形不一样的波形形状，如图11-12所示。

测试装置ⅱ档的工作电压有效值是额定输入电压的1.6倍至1.8倍，对应这样的工作电压值，实际产品的电气强度、爬电距离、电气间隙这些绝缘参数的施加值和或要求值与由额定电压确定的对应值将会完全不同，因此，实际检测中，工作电压的测试是极为基础的。

利用本发明验证试验方法：

测试开关分别置于ⅰ、ⅱ测试档位，按以下要求采用数字示波器进行测量：

1)第一与第三测试端子短接，第二与第三测试端子间的电压峰值和有效值，和第二与第三测试端子间的电压峰值和有效值；

2)第一与第四测试端子短接，第二与第三测试端子间的电压峰值和有效值，和第二与第四测试端子间的电压峰值和有效值；

3)第二与第三短接，测量第一与第三测试端子间的电压峰值和有效值，和第一与第四间的电压峰值和有效值；

4)第二与第四测试端子短接，测量第一与第三间的电压峰值和有效值，和第一与第四间的电压峰值和有效值；

其中图13-16为验证结果图。

以上各种情况的电压峰值和有效值测量结果的最大值，就是输入电路与输出电路之间绝缘处的工作电压峰值和有效值。

表1测试结果如下表：

验证结果总结与分析如下：

1)本发明方案力求将主要关注点放在隔离电路的工作电压有效值和峰值测量，以及隔离电路公共参考点的设置等工作电压测量中容易出错和测量值容易分散的地方。

2)本发明方案增加了非线性的工作模式，能更好还原实际电路的真实情况。

3)从上表1的测试结果可以看出，在ⅱ档时，工作电压的峰值和有效值明显高于供电电源电压(a组为220v，b组为110v)，工作电压有效值是额定输入电压的1.6倍至1.8倍，对应这样的工作电压值，实际产品的抗电强度、爬电距离、电气间隙等的施加值、要求值与由额定电压确定的对应值将会完全不同。

通过本发明方案，可以评定有关人员从事工作电压测量的能力，为监视相关人员从事该检测的持续能力提供信息；识别测试人员存在的问题，为启动改进措施提供信息；建立该检测的方法有效性和可比性，增强客户的信心；识别各类人员间的差异，帮助他们提高能力。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。