一种反激式线圈匝间绝缘检测装置及控制方法

本发明涉及一种线圈匝间绝缘检测装置，特别涉及一种反激式线圈匝间绝缘检测装置及控制方法。

背景技术：

1、电感、变压器、电机中都有线圈部件，制作线圈的导体外部都有一层绝缘层。线圈匝间绝缘状态，对设备的正常运行是至关重要的。由于制造中出现缺陷或者使用不当，会导致线圈的匝间绝缘水平下降，甚至产生匝间短路现象，而匝间短路现象通常都出现在线圈绕组内部，所以很难测量，因此需要一种能够检测线圈匝间绝缘的装置。

2、目前检测线圈匝间绝缘的装置主要采用脉冲振荡式检测方法，脉冲振荡匝间绝缘检测装置都需要单独的高压电源，输出电压高达数千伏，对元器件的耐压性能要求高，成本较高，且体积比较庞大；高压电源产生高电压后，需要控制向主电容充电，并把电能储存在电容中；其次需要有一个高压开关用于控制主电容接入待测线圈回路中，产生高频振荡。因此现有检测系统具有控制环节多、结构复杂、成本较高、体积重量庞大，不适合便携的问题。不仅如此，由于电压较高，控制电容接入的高压开关通常采用“放电球隙”实现，见中国专利cn105675933a、cn104515941a、cn103472372a。放电球隙通过放电控制高压电路的导通，其控制装置复杂，而且放电产生的电弧极其不稳定，不仅影响振荡电流的波形，而且还会对测试仪器设备产生比较大的电磁干扰，从而影响测量精度。

3、综上所述，现有技术系统复杂、测量控制环节多、成本高、体积重量大、测量精度低、自身产生的电磁干扰严重。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术的线圈匝间绝缘检测装置中存在的：系统复杂、测量控制环节多、成本高、体积重量大、测量精度低、自身产生的电磁干扰严重的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种反激式线圈匝间绝缘检测装置，包括：电源、反激变压器、功率开关、吸收单元、隔离开关、高压气体放电管、谐振电容、待测线圈、电流传感器、控制器、第一分压电阻、第二分压电阻；所述电源的正极与反激变压器原边同名端相连，功率开关的漏极连接相连反激变压器原边非同名端，功率开关的源极连接电源的负极；所述吸收单元与反激变压器原边并联；所述反激变压器副边的非同名端与隔离开关的阳极相连，隔离开关的阴极分别连接高压气体放电管、谐振电容、待测线圈，高压气体放电管、谐振电容、待测线圈的另外一端分别连接反激变压器副边的同名端；所述电流传感器串连在振电容和待测线圈之间；所述第一分压电阻与第二分压电阻串联后并在待测线圈两端，用于检测待测线圈两端的电压；所述控制器检测待测线圈上的电压和电流，并控制功率开关和隔离开关的导通和关断。

4、所述吸收单元包括：二极管、电容、电阻；所述二极管、电容、电阻组成rdc吸收电路，用于吸收功率开关关断时反激变压器原边漏感产生的电压尖峰，电容与电阻并联后一端与电源的正极相连，另一端连接二极管的阴极；所述二极管的阳极与功率开关漏极相连；所述二极管为快恢复二极管。

5、所述功率开关为功率半导体全控器件。

6、所述隔离开关为晶闸管，当功率开关关断时隔离开关利用其半可控特性，控制反激变压器上能量全部充入谐振电容后才正向关断，并反向截止，把反激变压器与谐振电容、待测线圈隔离开。

7、所述高压气体放电管设置的放电电压小于等于待测线圈的最高耐受电压，同时大于所需的输出电压脉冲幅值，当谐振电容电压大于高压气体放电管的放电电压时，高压气体放电管放电，防止谐振电容电压超过待测线圈的最高耐受电压，起到保护作用。

8、所述谐振电容为无极性薄膜电容。

9、一种反激式线圈匝间绝缘检测装置的控制步骤如下：

10、步骤1：定义谐振峰值电压vf为所述谐振电容在功率开关关断后充电达到的最高电压；控制器根据给定的vf计算功率开关的导通时间t1＝k×vf；所述k为升压比例系数，由测试得到；

11、步骤2：所述控制器控制功率开关和隔离开关同时导通；功率开关上电流上升，隔离开关无电流；

12、步骤3：所述控制器控制功率开关在导通t1时间后关断；功率开关上电流降为零，隔离开关上电流开始上升，为谐振电容充电；

13、步骤4：所述控制器在隔离开关导通t＝t1+t2时间后控制隔离开关门极信号为低电平，优选地t2>0.1ms；由于隔离开关仍然有电流，因此隔离开关不能关断，直到流过隔离开关的电流降为零之后，隔离开关彻底关断；

14、步骤5：所述谐振电容与待测线圈进入谐振状态，谐振电容上的电压和待测线圈上的电流振幅逐渐衰减到零；

15、步骤6：所述控制器通过电流传感器、第一分压电阻、第二分压电阻检测振荡过程中谐振电容上的电压和待测线圈上的电流；

16、步骤7：所述控制器根据所检测得到的谐振电容上的电压和待测线圈上的电流波形计算衰减系数，并通过衰减系数判断待测线圈是否存在绝缘问题；如果波形衰减过快，则可判断待测线圈存在匝间短路等绝缘问题。

17、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

18、与现有技术相比，本发明采用一级变换，产生高电压的同时完成高压脉冲的注入，具有结构简单、成本低的优点。采用低压开关代替现有技术中的高压开关，因此可以采用半导体功率器件实现高压脉冲注入功能，高压电源部分在为检测电路注入高压脉冲后自动与检测电路完全隔离，控制简单的同时，成本也进一步降低。该装置采用全固态功率控制，因此没有电弧产生，不会产生电磁干扰，检测精度高。

19、本发明加入高压气体放电管，可以保护待测线圈不被过高电压损坏；采用全固态功率控制，没有电弧产生，不会产生电磁干扰，检测精度高，同时不会引发火灾危险；采用电感储能代替传统的电容储能，不需要限流电阻，降低了系统成本。

技术特征：

1.一种反激式线圈匝间绝缘检测装置，其特征在于，包括：电源(1)、反激变压器(2)、功率开关(3)、吸收单元(4)、隔离开关(5)、高压气体放电管(6)、谐振电容(7)、待测线圈(8)、电流传感器(9)、控制器(10)、第一分压电阻(11)、第二分压电阻(12)；

2.如权利要求1所述的一种反激式线圈匝间绝缘检测装置，其特征在于，所述吸收单元(4)包括：二极管(401)、电容(402)、电阻(403)；

3.如权利要求1所述的一种反激式线圈匝间绝缘检测装置，其特征在于，所述功率开关(3)为功率半导体全控器件。

4.如权利要求1所述的一种反激式线圈匝间绝缘检测装置，其特征在于，所述隔离开关(5)为晶闸管，当功率开关(3)关断时隔离开关(5)利用其半可控特性，控制反激变压器(2)上能量全部充入谐振电容(7)后才正向关断，并反向截止，把反激变压器(2)与谐振电容(7)、待测线圈(8)隔离开。

5.如权利要求1所述的一种反激式线圈匝间绝缘检测装置，其特征在于，所述高压气体放电管(6)设置的放电电压小于等于待测线圈(8)的最高耐受电压，同时大于所需的输出电压脉冲幅值，当谐振电容(7)电压大于高压气体放电管(6)的放电电压时，高压气体放电管(6)放电，防止谐振电容(7)电压超过待测线圈(8)的最高耐受电压，起到保护作用。

6.如权利要求1所述的一种反激式线圈匝间绝缘检测装置，其特征在于，所述谐振电容(7)为无极性薄膜电容。

7.基于权利要求1-6中任意一项所述的一种反激式线圈匝间绝缘检测装置的控制方法，其特征在于，控制步骤如下：

技术总结
本发明提出了一种反激式线圈匝间绝缘检测装置及控制方法，反激式线圈匝间绝缘检测装置包括：电源、反激变压器、功率开关、吸收单元、隔离开关、高压气体放电管、谐振电容、待测线圈、电流传感器、控制器、第一分压电阻、第二分压电阻。采用一级变换，产生高电压的同时完成高压脉冲的注入，具有结构简单、成本低的优点。采用低压开关代替现有技术中的高压开关，因此可以采用半导体功率器件实现高压脉冲注入功能，控制简单的同时，成本也进一步降低。该装置采用全固态功率控制，因此没有电弧产生，不会产生电磁干扰，检测精度高。

技术研发人员：冬雷,赵依琳,朱灏,王启萱,李雅清,郝颖
受保护的技术使用者：北京理工大学唐山研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15