新型電機絕緣檢測裝置

摘 要：電機經過長時間的使用之后，各方面的功能都會隨著絕緣性能的劣化逐漸變差。通過對電機定子繞組進行直流泄漏電流試驗和介質損耗角的正切值試驗，設計了一種新型電機絕緣檢測裝置，在電機絕緣性能不符合標準時，能及時進行檢修和維護，保障員工和器械的安全。

關鍵詞：電機；絕緣性能；泄漏電流；介質損耗角

1 概述

隨著社會的不斷進步，電機[1]在各行各業中的應用更加廣泛，它的安全問題也越來越受到人們的關注。其中，電機良好的絕緣狀況是電機安全運行的保障，但隨著時間的推移，電機的絕緣狀況會逐漸降低。電機絕緣性能的劣化[2]是多種多樣的原因造成的，如工作電壓過大、工作環境中溫度和濕度過高、絕緣部分存在污穢等。根據美國、日本、俄羅斯的一份科學研究表明，一臺電機工作10年以上時，它的絕緣故障會明顯上升。因此，有必要研究一種新型的電機絕緣檢測裝置來對電機的絕緣狀況進行檢測。

本裝置主要由直流通道模塊、交流通道模塊、單片機系統模塊和LED顯示輸出模塊構成。其中，直流通道模塊負責對電機定子繞組的泄漏電流[3]進行測量，介質損耗角測量模塊負責對定子繞組的介質損耗角正切值[4]進行測量，單片機系統模塊和LED顯示輸出模塊負責采集和顯示輸出電機絕緣狀況。

2 絕緣檢測裝置原理

本裝置的系統原理如圖1所示。在直流通道模塊中，將產生的直流高壓施加到被測設備上，通過泄漏電流信號采集電路和A/D模數轉換裝置將采集到的泄漏電流信號送入單片機系統模塊中進行檢測；在交流通道模塊中，首先對被測設備施加交流電壓，將采集到的電壓信號U和電流信號I轉化成具有一定脈沖寬度的方波信號，再通過過零比較法對介質損耗角？啄進行測量，然后將測量到的介質損耗角？啄數據送入單片機系統模塊進行檢測分析，再由LED顯示輸出模塊負責顯示輸出被測設備的絕緣狀況。

2.1 直流高壓產生電路

圖2所示為直流高壓產生電路原理圖，220V交流電壓先通過單相不可控橋式整流電路整流濾波，得到198V的直流電壓，經過斬波電路將所得的直流電壓斬成高頻直流電壓脈沖波，再由高頻變壓器升壓成1386V的直流高壓電壓，然后再通過濾波電路，得到較為穩定的直流高壓。

此外，在直流高壓輸出的地方，為了使直流高壓相對穩定，本模塊設計了一個PWM調制電路來對斬波電路中的MOS管進行控制。當直流輸出電壓發生變化時，PWM調制電路就會調整MOS管的導通時間和關斷時間，使MOS管的占空比發生變化，從而使直流輸出電壓保持穩定。

2.2 泄漏電流信號采集電路

由于泄漏電流一般都是微安級別，直接采集比較困難，為了精確采集泄漏電流大小，在本裝置中設計了一個泄漏電流信號采集電路，原理如圖3所示。

泄漏電流Ix經采樣電阻Rs后，產生一定的電壓，再經過跟隨驅動隔離電路后輸出到A/D轉換電路，由輸出電壓與泄漏電流關系Ui=RsIx可知，測出了電壓Ui，就能通過計算得出泄漏電流Ix的值。

2.3 過零比較法

過零比較法[5]是介質損耗在線監測中比較常用的一種方法，它的原理是分別測量加在被試品上的電壓信號U和電流信號I，經過濾波、限幅放大，再分別通過電壓比較器和電流比較器把電壓信號U和電流信號I轉化為具有一定脈沖寬度的方波信號，最后通過單片機進行數據采樣和處理，用數字時間測量技術比較電壓信號U和電流信號I經過零點的時刻t1，t2，從而得到電壓信號U與電流信號I之間的相位差：

（1）

式中：T為工頻周期，？駐t為電壓信號與電流信號過零時刻的時間差，由高頻脈沖計數計算得出。

介質損耗角：

（2）

3 軟件設計

本裝置的軟件設計部分主要由單片機系統模塊來完成，界面中有泄漏電流試驗和介質損耗角試驗兩個選擇，用戶可根據自身需求選擇所需進行選擇的試驗。作出選擇后，可在LED顯示輸出模塊中得到被測設備的絕緣狀況，若設備絕緣狀況良好，則設備繼續正常運轉；若絕緣狀況不符合標準，則發出警報。

4 結束語

文章介紹了一種新型電機絕緣檢測裝置，用戶可根據自己需求對電機的泄漏電流和介質損耗角進行測量，裝置經過現場試驗，運行狀況良好，簡便的操作有效地縮短了檢測時間。但是，電機絕緣的在線檢測目前依舊面臨一些問題，仍需要廣大技術人員的不斷努力。

參考文獻

[1]程繼志，夏申燕，郭江江.“基于MATLAB的無刷直流電機系統的新模型與仿真[J].系統仿真，2003，12.

[2]陳伯時.電氣傳動控制系統-運動控制系統[M].北京：中國機械出版社，2003.

[3]薛長志，郝馬.矩陣轉換器的電流控制策略[J].中國電機工程學報程序年代，2004，24（8）：61-66.

[4]方進勇，吳傳武.新型高壓帶電顯示檢測裝置[J].中國儀器儀表， 2003（10）：25.

[5]林偉強.高壓電機絕緣與干燥問題的分析[J].企業技術開發（學術版），2010，11（5）：56-58.