一种导电滑环绝缘电阻缺陷加速测试装置与方法与流程

1.本发明属于测试仪器领域，特别涉及一种导电滑环绝缘电阻缺陷加速测试装置与方法。


背景技术：

2.导电滑环是一种电器产品，用于相对转动结构的电气连接，以解决需要无限制旋转时的导线缠绕问题。导电滑环的种类很多，包括过孔导电滑环、帽式导电滑环、微型导电滑环、以太网导电滑环、直插式导电滑环等，在安防、电力、仪器等多个领域行业有广泛应用。
3.导电滑环器件上一般会在圆柱形绝缘材料上安装几个到几十个滑环，滑环之间的绝缘强度对其耐压性能有重要影响。滑环短路和滑环材料缺陷，如灌胶时出现裂纹、孔洞等，都有可能导致导电滑环器件的绝缘性能下降。为了检测导电滑环产品的绝缘电阻或耐压能力，传统上使用绝缘电阻测试仪或绝缘耐压测试仪对各环之间的绝缘阻抗进行测试。测试时，测试仪连接被测试的两个滑环抽头，根据该产品的耐压指标要求，在两环之间施加电压。在此情况下测量两环之间的绝缘电阻，该绝缘电阻值应大于规定值(如10mω)。对于有多个滑环的器件，每两个滑环之间的绝缘电阻均应符合要求。
4.随着技术的发展，目前导电滑环器件的环数可以几十达到上百个。然而，环数的增长导致需要检测的抽头组合数呈指数级增长。例如，10环的导电滑环仅需测试组绝缘电阻值，而100环的导电滑环则需要测试组绝缘电阻值，测试量的急剧增长导致导电滑环的测试效率降低，最终影响生产效率。


技术实现要素：

5.本发明针对目前导电滑环测试效率低的问题，提供了一种导电滑环绝缘电阻缺陷加速测试装置与方法。
6.本发明所涉及的装置包括采样电阻、限流电阻、各包含n个单刀单掷开关的第一开关矩阵和第二开关矩阵、高压激励源、电压采样单元、控制单元。
7.第一开关矩阵开关与第二开关矩阵中的开关先两两串联，n个串联连接点分别与滑环的n个抽头相连；第一开关矩阵所有开关的非串联端连接至一点，该点与高压激励源的第一输出端相连；第二开关矩阵所有开关的非串联点连接至一点，该点经所述串联的限流电阻与采样电阻后，连接至高压激励源第二输出端；
8.所述电压采样单元的输入端并联在采样电阻两端；
9.所述控制单元通过数字控制总线分别与第一开关矩阵的控制端、第二开关矩阵的控制端以及电压采样单元的控制端相连。
10.优选的，所述的第一开关矩阵和第二开关矩阵中的单刀单掷开关为继电器或模拟开关。
11.优选的，所述的高压激励源为高压包，高压激励源的参考电位与采样单元的参考
电位相连。
12.优选的，所述的数字控制总线中包含隔离器。
13.本发明所涉及的方法包含如下步骤：
14.在导电滑环所有抽头中，取其中一个支路作为独立抽头，并将剩余抽头短接至一点；测量独立抽头与剩余抽头短接点之间的绝缘电阻；
15.轮流将每一抽头作为独立抽头，测量其与剩余抽头短接点之间的绝缘电阻值，得到与抽头数相等的测量结果；
16.检查测得绝缘电阻值是否全部大于r
th
/(n-1)，是则测试结束，表示导电滑环绝缘电阻不存在缺陷；否则，选出其中低于r
th
/(n-1)的测量结果所对应的抽头，记所选出抽头数为m，作为下一步骤待测抽头，其中r
th
为滑环任意两抽头间绝缘电阻阈值；
17.在待测抽头中取任意一个抽头作为独立抽头，将待测抽头中剩余抽头分为两组，其中一组抽头数p，另一组抽头数为q，且同组内的抽头分别短接。
18.依次测量独立抽头与两组短接点之间的绝缘电阻，分别与参考值r
th
/p和r
th
/q对比。取其中低于参考值的测量结果所对应短接点所含抽头，再分成两组分别短接，并测量独立抽头与两组短接点之间的绝缘电阻。
19.根据测量结果继续分组、测量、对比，直至分组后短接点只剩一个抽头且其绝缘电阻值小于r
th
，则该绝缘电阻值所对应的两侧抽头间绝缘电阻判定为故障电阻。
20.按照上述步骤，在m个待测抽头中依次选择所有抽头作为独立抽头，判定并定位所有故障电阻。
21.优选的，取一个抽头作为独立抽头的具体实现方式为：通过控制单元发送控制信号，驱动第一开关矩阵中与该抽头相连的开关导通，同时将剩余开关断开。
22.优选的，将一组抽头短接的具体实现方式为：通过控制单元发送控制信号，驱动第二开关矩阵中与该组抽头相连接的开关导通，同时将剩余开关断开。
23.优选的，测量抽头与短接点之间绝缘电阻的具体实现方式为：通过电压采样单元对采样电阻两端电压进行采样，控制器读取采样数据并按照下式计算绝缘电阻数值：
[0024][0025]
式中，uo是高压激励源的输出电压值，us是采样电阻两端电压，rs是采样电阻值。
[0026]
本发明的有益效果：本发明通过减少加压次数，能够有效减少导电滑环的绝缘电阻测量总体时间，提升产品检测效率。
附图说明
[0027]
图1为导电滑环绝缘电阻缺陷加速测试装置原理图。
[0028]
图2为导电滑环绝缘电阻缺陷加速测试方法流程图。
具体实施方式
[0029]
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
[0030]
如图1所示，在该实施例中，导电滑环绝缘电阻缺陷加速测试装置所应用产品线为6抽头导电滑环，测试电压为250v，导电滑环任意两抽头间的绝缘电阻不得低于10mω。
[0031]
本实施例的装置中，采样电阻和限流电阻的阻值比例由测试电压和电压采样单元的输入范围决定，当高压激励源为250v、电压采样单元输入范围为
±
5v时，采样电阻与限流电阻的比例不应超过1:49，以此保证电压采样单元的输入信号不超过量限。同时考虑输入信号的有效分辨率要尽可能高，因此确定采样电阻和限流电阻值分别为560ω和30kω。
[0032]
第一开关矩阵和第二开关矩阵中各包含6个单刀单掷开关，开关选型均为耐压300v以上的单刀单掷干簧高压继电器。第一开关矩阵开关与第二开关矩阵中的开关先两两串联，串联连接点处引出6个端子，用于连接被测试导电滑环的6个抽头。第一开关矩阵所有继电器的非串联端连接至一点，再与250v高压包的第一输出端相连；第二开关矩阵所有继电器的非串联点连接至一点，依次串联限流电阻和采样电阻后，最后连接至高压包的第二输出端。
[0033]
电压采样单元由输入保护电路、滤波器、10位双极性adc构成，电压采样单元的参考地与高压包的第二输出端(即电源地)相连，其输出信号经由spi数字总线经由4n25光耦隔离后连接至控制单元。第一开关矩阵和第二开关矩阵各6路继电器的控制端分别由一个uln2803达林顿管阵列芯片驱动，芯片的输入信号由4n25光耦隔离后连接至控制单元。4n25光耦两端隔离电压最高为5000v，从而有效保护控制单元免受高压冲击风险。
[0034]
应用该实施例装置对某一导电滑环进行测试的过程，如图2所示：
[0035]
设定滑环任意两抽头间绝缘阻抗合格阈值r
th
为10mω。
[0036]
将滑环所有抽头与装置向连接，按照接线顺序将抽头编号为1～6。在控制单元的控制下，驱动第一开关矩阵中与第1抽头相连的继电器闭合，而其它5个继电器断开，从而使得第1抽头所在支路作为独立抽头；在控制单元的控制下，驱动第二开关矩阵中与第1抽头相连的继电器断开而其它6个继电器闭合，从而使得第2～6抽头短接至一点。
[0037]
然后测量独立抽头与剩余抽头短接点之间的绝缘电阻。
[0038]
按照上述方法，轮流将每一抽头作为独立抽头，测量其与剩余抽头短接点之间的绝缘电阻值，得到与抽头数相等的测量结果，如表1所示。
[0039]
表1第一轮测量数据表
[0040][0041]
计算：
[0042][0043]
根据表1选出低于2
×
106ω所对应的第1、2、5、6抽头，选出的抽头总数m＝4。
[0044]
在所选出待测抽头中取第1抽头独立抽头，将待测抽头中剩余抽头分为两组，一组为第2抽头，另一组为第5、6抽头。控制单元在保持第一开关矩阵状态不变的条件下，首先驱动第二开关矩阵中与第2抽头相连的继电器闭合而断开其它5个继电器，测量此时绝缘电阻；然后驱动第二开关矩阵中与第5、6抽头相连的继电器闭合而断开其它4个继电器，即将
第5、6抽头短接，测量此时绝缘电阻，得到两组测量结果，如表2所示。
[0045]
表2第1抽头作为独立抽头的第一轮测量数据表
[0046]
与第1抽头组合第2抽头第5和6抽头短接绝缘电阻测量值(ω)3.00
×
10
11
1.24
×
106[0047]
分别计算：
[0048][0049][0050]
将表2中数据分别与以上数据对比，其中第5、6抽头测量结果低于参考值，所以应再分成两组。
[0051]
将其分为两组，再次测量第1抽头到两组短接点之间的绝缘电阻。得到两组测量结果如表3所示
[0052]
表3第1抽头作为独立抽头的第二轮测量数据表
[0053]
与第1抽头组合第5抽头第6抽头绝缘电阻测量值(ω)1.24
×
1063.10
×
10
11
[0054]
按照前述方法计算可知两组的参考值均为1
×
107ω，将表3数据与之对比，其中第5抽头测量结果低于参考值。
[0055]
所以，在第1抽头作为独立抽头的测试中，可确定第1抽头和第5抽头之间存在缺陷，绝缘电阻值约为1.24mω。
[0056]
然后，以第2抽头作为独立抽头进行测试。奖剩余的第5抽头和第6抽头分为两组，得到两组测量结果如表4所示
[0057]
表4第2抽头作为独立抽头的第一轮测量数据表
[0058]
与第2抽头组合第5抽头第6抽头绝缘电阻测量值(ω)3.20
×
10
11
2.00
×
103[0059]
按照前述方法计算可知两组的参考值均为1
×
107ω，将表4数据与之对比，其中第6抽头测量结果低于参考值。
[0060]
所以，在第2抽头作为独立抽头的测试中，可确定第1抽头和第5抽头之间存在缺陷，绝缘电阻值约为0.002mω。
[0061]
然后，以第5抽头作为独立抽头进行测试。此时只剩第6抽头，得到以组测量结果如表5所示
[0062]
表5第5抽头作为独立抽头的第一轮测量数据表
[0063]
与第5抽头组合第6抽头绝缘电阻测量值(ω)6.50
×
10
11
[0064]
按照前述方法计算可知两组的参考值均为1
×
107ω，将表5数据与之对比，第6抽头测量结果高于参考值。
[0065]
综上，可确定第1抽头和第5抽头之间存在缺陷，绝缘电阻值约为1.24mω；第2抽头和第6抽头之间存在缺陷，绝缘电阻值约为0.002mω。