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匝间冲击耐压试验测试仪怎么用

2020-07-29

如何使用匝间冲击耐压试验测试仪?首先我们先了解一下一下他的实验原理,匝间耐压试验主要是看所谓的“波形”是否重合,这个“波形”是什么波形?它是怎么来的?它的形状又体现了什么信息?这些问题很少有人清楚,因此,我们就首先从这些问题讲起。

匝间耐压测试仪就是一个脉冲源,它可以产生一定频率的高压脉冲。而被试线圈相当于一个电感加电阻,同时线圈各匝之间以及线圈对铁心(地)之间还存在着分布电容。

微信截图_20200729103151.jpg



简化后的匝间耐压试验的等效电路如右图所示。

匝间耐压试验电路原理图图中:Ue为高压变压器TP1次级电压,其中TP1、Co组成脉冲电压发生器。可控硅SRG起着高压开关的作用,R为波头电阻。图中L、CL、r分别为被测线圈的电感、分布电容和直流电阻。其工作原理如下:

高压脉冲的产生

当Ue为正半周时,经二极管D整流向Co充电,直到电容Co上电压U0接近Ue的峰值时,触发可控硅SRG导通,电容Co便通过波头电阻R向被测绕组放电,将Co上的高压脉冲直接施加于被试线圈上,在此高压脉冲的激励下,被试线圈上的端电压产生如下图所示的振荡衰减波形。

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振荡衰减波形的产生机理
      设可控硅SRG的触发时刻为t0,则可控硅SRG被触发后,电路的响应可分为三个阶段:
① 冲击脉冲上升阶段(t0~t1阶段)。可控硅SRG在t0时刻被触发由截止进入导通,由于电感上的电流不能突变,因此导通瞬间电感上的电流为0,电容Co上的高压U0便通过波头电阻R向被试线圈的分布电容CL充电,由于Co>>CL,在短时间内Co上的电压基本不变,可看成恒电压源U0向CL充电,此时电路可简化为由电压源U0、波头电阻R和分布电容CL相
串联的形式,这是一个典型的一阶阻容电路的零状态响应,其微分方程为:
Ri(t)+(1/CL)∫ i(t)•dt
u(t)=U0-R•i(t)   
             ⑴
      解此方程得:
u(t)=U0•[1-exp(-t/R•CL)]  ⑵
       可见线圈的端电压是一个呈指数上升的函数,其上升的速率取决于时间常数τ=R•CL,定义从0.3U0上升到0.9U0的时间的10/6倍为视在波前时间T,经推导,求得T与各参数的关系为:
    T≈3.24CL・R     ⑶
       由⑶式可知,冲击脉冲的波前时间取决于波头电阻R,调节R的大小可以调节脉冲上升沿的斜率和波前时间。通常由于被试线圈分布电容极小,时间常数极小,波前时间极其短暂,被试线圈两端的电压上升速率极快,可近似为:
       u(t)=K・t            ⑷
 其中:K≈U0/(3.24CL・R)。
      这个阶段被试线圈上的电压为极速上升阶段,波形如图3中t0~t1阶段。由于K值很大,电压上升速率极快,被试线圈呈现很大的阻抗,电流很小,因而能对匝间施加很高的冲击电压,又因为每次冲击能量很小,可避免损伤线圈,因此匝间冲击耐压试验属于一种无损伤试验。
② 可控硅导通阶段(t1~t2阶段)。随着时间的推移,可控硅继续导通,电容器Co通过波头电阻向L放电,形成一个初始条件为U(0)=U0和i(0)=0的RLC串联电路的零输入响应,其微分方程为:
L•di/dt+R•i=u(t)
u(t)=U0-(1/Co)•∫ i(t)•dt 
                   ⑸
      解此方程得:
  u(t)=U0•cos(ω1•t)       ⑹
      其中:ω1≈1/(L•Co)½
      由于被试线圈是感性负载,电流相位滞后于电压约90º,电压降为0时,通过可控硅的电流并不为0,而是处于最大值,因此可控硅继续导通,直至被试线圈两端电压为负的最大值时,通过可控硅的电流为零,可控硅才被关断,如图3中t1~t2阶段。此时电容Co和CL上均被反向充电,正因为CL上被反向充有电能,为下一阶段的振荡提供了能量。在此阶段振荡的频率ω1主要取决于被试线圈的电感L和电容Co,由于Co很大,因此振荡频率较低,虽然此阶段只经过了半个振荡周期,但经历的时间较长。
③ 可控硅截止阶段(t2~t3阶段)。可控硅截止后,被试线圈的电感、电阻与其分布电容又构成了ー个RCL串联电路,由于分布电容上己充有电能,其初始条件为u(0)=ーU和i(t2)=0,U为可控硅截止时线圈上的电压值(即上一阶段的末值),其微分方程为:
L•di/dt+r•i=u(t)
u(t)=-U+(1/CL)•∫ i(t)•dt 
                        ⑺
        解此方程得:
u(t)=-U•exp(-α•t)cos(ω2•t)

                ⑧
      式中:α=r/2L;ω2≈1/(L•CL)½。由于分布电容CL的容量远小于Co,因而控硅截止后的振荡频率要高于导通阶段,如图3中t2~t3阶段。
      以上分析可知,冲击电压前沿与波头电阻R和CL有关,通过调节波头电阻R可调节波前时间。而后面的振荡衰减波形则主要与被试线圈的参数r、L、CL相关,任何参数的变化都会引起衰减速速度、振荡的振幅和频率的变化,而这些参数又与线圈的匝数、接线、分布状态、绝缘状态和隐患等绕组状态密切相关,如果绕组存在匝间短路、开路、接线错误、电晕放电等问题,绕组参数就会发生变化,进而影响脉冲响应波形,因此通过观察振荡衰减波形便可检测匝间异常。


匝间冲击耐压试验就是根据以上介绍的原理,通过观察振荡衰减波形来判断匝间绝缘故障和隐患的。然而针对一个被试线圈,却无法只根据它的波形来判断是否异常,必须要有一个标准的参考线圈波形做比较才能对比出被试线圈是否异常。因此在实际进行匝间耐压试验时,至少要有两个线圈,一个是标准参考线圈作为对比的对象,另一个作为被试线圈,匝间耐压试验仪会自动给两个线圈快速交替地施加同样的脉冲电压,分别采集两个线圈的响应波形,如果两个波形完全重合,就说明两个线圈的参数完全相同,如果参考线圈不存在匝间绝缘故障和隐患,那么就可以判断被试线圈同样不存在匝间故障和隐患。

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