【正文】 求。電網(wǎng)中摻雜的大量隨機干擾經(jīng)測試線串入儀表，引起測量誤差，甚至引起儀器死機等故障。蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 絕緣電阻測試主要測量參數(shù) 絕緣電阻絕緣電阻是指電氣設備中絕緣材料在隔離導電體（或與大地，或與人）之間施加一種參數(shù)。絕緣電阻的大小為電介質承受的電壓與泄漏電流之比值，單位為 Ω 或 MΩ。體積絕緣電阻為電介質自身對電導電流呈現(xiàn)的阻力。氣體和液體電介質只有體積絕緣電阻；固體電介質由于表面經(jīng)常吸附電雜質，如水分和污穢物，其表面電導能力遠遠大于體積電導能力。因此，測量絕緣電阻時，應盡量選擇在晴朗天氣且被試物溫度幾儀表周圍溫度不宜低于 50C，濕度不宜高于 80﹪的條件下進行。干燥，完整無損的良好絕緣，其泄漏電流很小，絕緣電阻值很高。絕緣電阻值也會降低。電力管理部門的規(guī)定常以絕緣電阻值的變化作為判別電機，變壓器等電氣設備的受潮程度和絕緣性能劣化程度，決定電氣設備能否投入運行。即使對同一設備，當絕緣受潮或有缺陷時，其總電流曲線也要發(fā)生變化。在相同時間內電流的比值就蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 不一樣。通常以絕緣電阻的比值表示，即 K1=R60/R15=U/i15/U/ i60= i15/ i60式中 i 15 ,R15為加壓 15S 時的電流和相應的絕緣電阻； i60 ,R60為加壓 60S 時的電流和相應的絕緣電阻；K1 為吸收比。測量這一比值的試驗叫做吸收比試驗。變壓器絕緣要求 K1 值大于。對于吸收過程較長的大容量設備，如變壓器，發(fā)電機，電纜等，有時用 R60/R15 吸收比值尚不足以反映絕緣介質的電流吸收全過程。極化指數(shù)測量加壓時間較長，測量的電介質吸收比率與溫度無關，變壓器極化指數(shù) K2 一般大于 ，絕緣較好時其值可達到 3－4。核心控制器 CPU 通過控制電路，將高壓模塊產(chǎn)生高壓施加于被試品上，被試品 Rx 與取樣電阻 Ro 串接于 L 與 G 之間，經(jīng)測量電路采集后，取樣的電壓、電流信號經(jīng)多級濾波、放大后再經(jīng) A/D 轉換后，送入 CPU進行數(shù)據(jù)運算和處理，計算出試品的絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)， ，把結果通過顯示器顯示出來。蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 高壓模塊方案選擇 自激型單端反激電路 自激型單端反激電路又稱為 RCC 電路，它主要工作在臨界工作狀態(tài)。T 飽和，i 1 則隨時間線性上升，由于 Czcd 的存在，i b 隨時間下降，在時刻 t1 ，有 i1 (t1) ＝ ?ib (t1)，T 則從飽和區(qū)進入放大區(qū)，i 1 受 ib的控制， i1 減小，則 N1產(chǎn)生的電勢 U f導致 ib , i1 (ic)進一步減小，使 T 很快截止。從上面分析可知，RCC 電路始終工作在臨界模式狀態(tài)，因此在設計該電路變壓器的初級電感時是臨界電感。 它的調制原理為:T 飽和導通時，N f＝U iNf/N1,Uf經(jīng) Rzcd ,C zcd為 T 提供基極電流ib。 Czcd.T 飽和時，N 的電流是I1=Ui/L1t忽略 Ui 經(jīng)啟動電阻 Rst給開關管 T 提供的起始基極電流，令 t1時 N1的電流增量是為 i1(t1)＝β ib(t1)，則 t1是開關管 T 開始截止時間，即 T 導通的時間 Ton= 是一個等效阻抗，通過改變 Rzcd,Czcd或者等效電阻 Rw 都可以改變 t1時刻，即可控制 T 的導通脈寬。通過 N2釋放，一部分能量供給負載，另一部分給電容 C0充電，輸出繞組 N2的電流 i2為：i2=i1N1/N2 當 i2＝0 時，此過程結束，T 又開始下一周期工作。從式 U0/Ui=N2/N1D/1D從以上式子可得D＝nU 0/Ui+NU0f＝1/T=U i2D2/2P0L1=(UinUo/Ui+nUo)2很明顯，輸入電壓越高，負載越輕，工作頻率越高；輸入電壓越低，負載越重，頻率越低，這可以從變壓器初級電感儲能的原理來解釋。通過上面的分析可以知道，RCC 電路不同于一般的 PWM 或 PWF 模式，它是二者兼?zhèn)涞模虼耍@種電路不宜用在負載變化很大的場合，因為負載很輕或者空載時其頻率會很高，給電路設計帶來一定的復雜性。蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 由 555 電 路 產(chǎn) 生 高 壓其 中 555 產(chǎn) 生 高 壓 電 路 的 原 理 圖 如 下 圖 所 示 ：由 555 構成的多諧振蕩器是一種脈沖信號發(fā)生器，它具有兩個暫穩(wěn)態(tài)，工作時無需外加觸發(fā)信號，就能在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間連續(xù)，自動的切換，產(chǎn)生一定頻率和一定脈寬的矩形脈沖信號。工程中有多種構成多諧振蕩器的方法。設接通電源前，電容電壓 UC=0V,電源接通后，由于 UC 不能突變，TR 端的電壓小于 VDD/3,S=1,R=0,Q=0,所以輸出電壓 U0 為高電平，開關管 V 截止，電源＋VDD 通過電阻 R1 和 R2 向電容 C 充電，使 UC 按指數(shù)規(guī)律上升，即 TH 和 TR 端電壓按相同的規(guī)律上升，直到 UC 達到 2VDD/3 時為止，當 UC 上升到等于（略大于）2VDD/3 時，由于 TH 端電壓略大于 2VDD/3，TR 端電壓大于 VDD/3，根據(jù) 555 定時器的功能表可知，S==1,Q=1,U0 變?yōu)榈碗娖剑_關管V 導通，電容 C 經(jīng)電阻 R2 和開關管放電，UC 按指數(shù)規(guī)律下降，即 TH 和 TR 的電壓按相同規(guī)律下降，直到 UC 降到 VDD/3 為止，這是一個暫穩(wěn)態(tài)，當 UC 等于（略小于）VDD/3時，由于 TR 端的電壓略小于 VDD/3，S=1,R=0,U0 又翻轉為高電平，開關管 V 截止，電容 C 又被充電，UC 再次按指數(shù)規(guī)律上升，這是另一個暫穩(wěn)態(tài)。其工作原理是將 6V 直流電源經(jīng)集成元件 555 和電阻 R1,R2 及電容 C1 結成基本無穩(wěn)態(tài)振蕩模式，構成高頻多諧振蕩器，振蕩頻率 F=(R1+R2)C1,約為 15KHZ 左右，產(chǎn)生的交變電壓經(jīng)脈沖變壓器升壓，次極的感應電壓經(jīng)倍頻整流，濾波后，可得到約1000V 的直流電壓作為測量用電壓。主要應用在各種開關電源中。比較上面三種高壓產(chǎn)生電路設計方案，由 RCC 電路的設計調試比較麻煩，555 電路的輸出功率及自調節(jié)能力較差。所以本設計采用第三種方案，即由 TL494 構成高蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 壓發(fā)生電路。這種測量法曲線原理圖如下所示：一般絕緣電阻的測試，是在被測電阻下邊串聯(lián)一只取樣電阻，以取樣電阻上的電壓來表示絕緣電阻的大小。原理圖如下：蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 由運算放大器的定義可以得出：（1）V a=0 這樣就保證了被測電阻兩端電壓為500V。 電橋測量法還有一種方法是電橋測量法，其原理圖如下：圖中，US 為測試電壓源，R0 為限流電阻，R1,R2 為線路電壓取樣電阻，R3 為測量電流取樣電阻。 “G”成為屏蔽端。 “G”和被測物的屏蔽層相連，一般情況下不用。 “COM”稱為模擬信號公共端，使用時“COM”與“V REF” 及“1N +”相聯(lián)。對比以上兩種方法，電橋測量的方法比歐姆定律測量方法測量結果準確，測量精度高，所以本設計使用電橋測量的方法。同時兼有時間顯示蜂鳴提醒、高壓選擇、高壓啟動、數(shù)據(jù)記憶、高壓結束、工作模式、數(shù)字校準等功能。本章按照所確定的方案進行系統(tǒng)的硬件電路設計。在單支路模式下， , 得到：蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 由上式可知，Rx 的推算和測得的 U0 以及測試電源 Un 都有關。單支路測量結構的主要優(yōu)點在于結構簡單，但為了保證測量精度，對電源的穩(wěn)定性和紋波系數(shù)的要求較高。這種結構雖然較單支路法要復雜，所用標準電阻也增加為 3 個，但是基本上消除了電源電壓波動的影響，降低了電源的制作難度與成本，更易得到較精確的結果。為了使得測量時輸入 A/D 芯片的電壓值在 A/D 線性度最好的范圍內，可以在測得初步的 Rx 值后根據(jù)其的大小在 CPU 控制選擇阻值合適的 R0 接入采樣網(wǎng)絡再次進行測量，實現(xiàn)量程的自動切換。 雙 積 分 型 A/D 轉 換 器 一 般 具 有 精 度 高 ， 抗 干 擾 性 好 ， 價 格 便 宜 等優(yōu) 點 ， 但 轉 換 速 度 慢 ， 廣 泛 應 用 在 數(shù) 字 儀 表 中 。 并 行 A/D 轉 換 器 是 一 種 用 編 碼 技 術 實 現(xiàn) 的 高 速 A/D 轉 換器 。 若 分辨 率 為 8 位 ， 表 示 它 可 以 對 全 量 程 的 1/28=1/256 的 增 量 作 出 反 應 。量 程 ： 即 所 能 轉 換 的 電 壓 范 圍 ， 如 5V， 10V 等 。 常 用 數(shù) 字 量 的 位 數(shù) 作 為 度 量 絕 對精 度 的 單 位 ， 如 精 度 為 177。%。轉 換 時 間 ： 對 于 計 數(shù) —比 較 型 或 雙 積 分 型 的 轉 換 器 而 言 ， 不 同 的 輸 入 幅 度 可能 會 引 起 轉 換 時 間 的 差 異 。 在 選 擇 器 件 時 ， 要 根 據(jù) 應 用 的 需 要 和 成 本 來 具 體 地 對 這 一 項 加 以 考 慮 ， 有時 還 要 同 時 考 慮 數(shù) 據(jù) 傳 輸 過 程 中 ， 轉 換 器 件 的 一 些 結 構 和 特 點 。輸 出 邏 輯 電 平 ： 基 本 要 求 是 能 夠 與 TTL 電 平 相 配 合 。蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 工 作 溫 度 范 圍 ： 由 于 溫 度 對 運 算 放 大 器 和 加 權 電 阻 網(wǎng) 絡 會 產(chǎn) 生 影 響 ， 所 以 只 有在 一 定 的 溫 度 范 圍 內 才 能 保 證 額 定 精 度 指 標 。C~85186。采 用 CMOS 工 藝 制 做 的 A/D 轉 換 器 屬 于 逐 次 逼 近 型 。 其 工 作 電 源 用 單 電 源 供 電 為 5V， 輸 出 方 式 采 用 總 線 結構 ， 精 度 為 177。 工 作溫 度 40186。C。 2） 具 有 轉 換 起 停 控 制 端 。 6） 工 作 溫 度 范 圍 為 40～ ＋ 85 攝 氏 度 7） 低 功 耗 ， 約 15mW。在這種結構下，需要準確測量兩個模擬電壓值 U1 和 U0。同時，考慮到在絕緣電阻的測量中，流過試品的電流變化在有效時間區(qū)域內（即加電壓 15 秒以后）是比較緩慢的，對 A/D 采樣的速率沒有太高的要求，因此可以采用雙積分 A/D。具體見圖 （1） 所示。可見，雙積分 A/D 的時隙精度對轉換的精度有很大的影響，而轉換的速度主要取決于 T0+T1+T2 的長度。ICL7109 使用177。它的轉換輸出的數(shù)據(jù) N 與 Uin 和 Uref 的關系可以用下式表達：蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 本設計對擴展位的要求不高，所以將 A/D 轉換部分沒有單獨設計。 高壓產(chǎn)生電路設計 高壓產(chǎn)生電路原理對于自帶測試電源的數(shù)字兆歐表來說，測試電源是非常重要的組成部分之一，對儀器的性能參數(shù)有很大的影響。ACDC 的方式主要是用在具有 220V 交流電源的情況下，先由變壓器進行一次交流升壓，再通過直流整流、倍壓電路輸出，變壓器同時也起到了一個隔離的作用，如圖 (1) 所示：當交流電源 Ui 為正半周期時，D2 承受反向電壓，D1 導通，電流通過 D1 對 C1 充電，C1 上電壓達到 UC1；當 Ui 為負半周期時， D1 承受反向電壓，D2 導通，電流通過 D2 對 C2 充電，充電電壓是 UC1 和 Un2 的串聯(lián)，于是 UC2 將近似等于 2 倍 UC1。ACDC 加倍壓電路形式結構簡單，容易得到穩(wěn)定的高壓直流輸出，但是在很多場合，停電檢測時并不能找到可供使用的交流電源，與之相比 DCDC 開關電源的方式在使用上有更多的方便性?？梢圆捎玫奶m州理工大學畢業(yè)設計論文 一種電路形式如圖 (2)所示。為了產(chǎn)生變壓器可以傳輸?shù)慕蛔冸妷?，運用一只開關管 Q 控制原邊電路的開斷，副邊得到的電壓與 PWM 信號的占空比 D 成正比。為了得到所需大小的穩(wěn)定輸出電壓，可以從輸出 Uo 采樣一個反饋電壓傳給 PWM 芯片的誤差放大器。C3 和 R1 組成一個簡單的低通濾波器，主要濾除和 PWM 同頻的交流成分，減小輸出的紋波系數(shù)。PWM 的頻率越小，為達到要求的紋波系數(shù)，濾波電容的電容量就要越大，體積和價格也相應提高；同時，隨著高電平維持時間的增加，變壓器的原副邊電感大小和磁芯體積也要增加，才有足夠的能力存儲磁能。普通的鐵氧體磁芯可以工作在幾十 KHz 頻率下，而且具有足夠的飽和磁感應強度 Bs，價格便宜，是合適的磁芯材料。蘭州理工大學畢業(yè)設計論文 電壓等級的選擇通過接入不同阻值的反饋電阻實現(xiàn)，該數(shù)字兆歐表可以輸出 500V 和 1000V 兩種等級的電壓，以滿足一般低壓設備的絕緣檢測要求。它能把脈沖寬度變化的信號轉換成與脈沖寬度成正比變化的直流信號，進而實現(xiàn)閉環(huán)單回路控制。在推挽輸出方式時，他的兩路驅動脈沖相差 180176。TL494 的 3 腳為脈寬調制補償端，4 腳為死區(qū)電平控制端，5 腳和 6 腳為內部鋸齒波振蕩器的外界振蕩電阻和振蕩電容連接端?！L494 的特點 (1)內置有 5 V177。 (2)末級輸出級的最大電流可達 250 mA?！　?4)可對他的鋸齒波振蕩器的工作狀態(tài)執(zhí)行外同步控制?！L494 的性能測試(1) 工作電壓對各參數(shù)的影響，如表 1 所示?！　? 從表 1 可以看出，工作電壓 V 的改變對輸出脈沖的周期 T 及脈寬 T1 無影響，而脈沖的幅值 F 隨著工作電壓 V 的增加也逐步增大，工作電流 I 隨電壓的變化不是很大，其 供電范圍在 7～40 V 之間，而其工作頻率可達 300 kHz，可見 TL