引言

絕緣電阻測(cè)試是電氣設(shè)備安全檢測(cè)項(xiàng)目中的一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。IEC61010對(duì)絕緣電阻測(cè)試上有著嚴(yán)格的要求。通過對(duì)絕緣電阻阻值的測(cè)試,可以檢測(cè)出電氣設(shè)備絕緣性能的損壞程度,從而確定設(shè)備是否可以安全運(yùn)行。在現(xiàn)有的微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中,絕緣測(cè)試的準(zhǔn)確性及易操作性一直是廣大用戶認(rèn)為問題多的測(cè)試項(xiàng)目。由于傳統(tǒng)的指針式兆歐表測(cè)量范圍小,誤差大,吸收比計(jì)算復(fù)雜等一系列問題,因此本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的數(shù)字式絕緣電阻測(cè)試儀來解決以上出現(xiàn)的問題。

在電氣安全的基本性能測(cè)試中,有絕緣電阻,泄漏電流,吸收比等基本指標(biāo)。這些指標(biāo)是否標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行以及人身安全起了很大的影響。所以準(zhǔn)確測(cè)量這些性能指標(biāo)是非常重要的一項(xiàng)工作。由于單片機(jī)的性能高,體積小,抗干擾性好等一些優(yōu)點(diǎn),所以本文采用了單片機(jī)芯片為基礎(chǔ)配合鍵盤,LCD顯示,對(duì)數(shù)字式的絕緣電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了比較詳細(xì)的概述。

1、絕緣電阻

絕緣電阻是處于兩個(gè)導(dǎo)體之間的阻止兩個(gè)導(dǎo)體之間有效電流形成的絕緣物,當(dāng)有直流電壓作用于絕緣電阻時(shí),此時(shí)會(huì)在絕緣體中產(chǎn)生充電電流,吸收電流和泄漏電流。在隨后的一段時(shí)間內(nèi),充電電流和吸收電流會(huì)隨時(shí)間變化而逐漸變小,直至消失。而只有泄漏電流與時(shí)間無關(guān),它是反映設(shè)備實(shí)際工作狀態(tài)的安全電參數(shù)之一,也是一個(gè)對(duì)人體有著直接影響的電參數(shù)之一,所以對(duì)泄漏電流的準(zhǔn)確測(cè)量是電氣設(shè)備安全工作的前提保證,是一項(xiàng)非常重要的工作。絕緣電阻測(cè)試就是通過儀器測(cè)量電氣設(shè)備中的泄漏電流,通常測(cè)試儀會(huì)以電阻值的方式顯示以方便判斷絕緣電阻的性能是否合格。

2、測(cè)試系統(tǒng)原理

該數(shù)字絕緣電阻測(cè)試儀主要由高壓產(chǎn)生電路,采樣回路,A/D與D/A轉(zhuǎn)換器,單片機(jī)系統(tǒng)回路,LCD,鍵盤輸入等組成。絕緣電阻測(cè)試原理框圖如圖1所示:其中R為被測(cè)設(shè)備的絕緣電阻,通常為電氣設(shè)備或電線外殼的電阻。儀器工作時(shí),單片機(jī)芯片通過并行I/O得到鍵盤外部輸入的信息,經(jīng)過計(jì)算將信息通過另一并行I/O傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器,本文使用應(yīng)用較為廣泛的DAC0832。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換變?yōu)槟M信號(hào),然后控制高壓直流電源輸出與鍵盤鍵入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的高壓直流電源。當(dāng)直流高壓作用于被測(cè)絕緣電阻值與被測(cè)電阻對(duì)應(yīng)。這時(shí)信號(hào)采集電路會(huì)進(jìn)行信號(hào)采集,得到有效模擬信號(hào)后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后將數(shù)字信號(hào)送單片機(jī),這里使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器器為ADC0832。經(jīng)過單片機(jī)處理將測(cè)量出的絕緣電阻值在LCD顯示。

因?yàn)樵谥绷麟妷菏┘佑诮^緣電阻時(shí),剛開始會(huì)產(chǎn)生除了泄漏電流之外的充電電流和吸收電流。所以為了減小測(cè)試初始充電電流和吸收電流的影響,提高測(cè)試的精度,在這里分別采集直流電壓施加于絕緣電阻后15秒和60秒后的絕緣電阻值R15和R60。而將R60作為絕緣電阻的有效數(shù)據(jù)。同時(shí)還可方便的計(jì)算出絕緣電阻的吸收比K=R60/R15。吸收比是與絕緣電阻阻值一樣重要的參數(shù),它對(duì)反應(yīng)大型電力變壓器局部缺陷較為靈敏,例如變壓器油內(nèi)含有水分、套管及線圈局部弱點(diǎn)或臟污等。絕緣電阻和吸收比均是判斷絕緣物是否受潮的靈敏指標(biāo)。

2.1  按鍵消抖

單片機(jī)中應(yīng)用的鍵盤一般是由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的,所以當(dāng)機(jī)械觸電斷開,閉合時(shí),觸點(diǎn)將有抖動(dòng)。這種抖動(dòng)對(duì)于人來說是感覺不到的,但對(duì)于單片機(jī)來說,則是*可以感應(yīng)到的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)處理的速度為微秒級(jí),而機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級(jí),這對(duì)于單片機(jī)來說已經(jīng)是一個(gè)很“漫長(zhǎng)”的時(shí)間了。所以雖然只按了一次按鍵,但是單片機(jī)卻檢測(cè)到按了多次鍵,因而往往產(chǎn)生非預(yù)期的效果。

在這里為了使單片機(jī)能夠正確地讀出鍵盤所接I/O口的信息,采用了單片機(jī)中常用的軟件消抖法。當(dāng)單片機(jī)次檢測(cè)到某口線為低電平時(shí),不是立即認(rèn)定其對(duì)應(yīng)按鍵按下,而是延后幾十毫秒后再次檢測(cè)該口線電平。如果仍為低電平,說明該按鍵確實(shí)被按下,這實(shí)際上是避開了按鍵按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)間。這樣就可以使單片機(jī)準(zhǔn)確的接受到按鍵信息。

2.2  高壓直流電源

根據(jù)IEC 61010標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試的要求,要求在進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試時(shí),在絕緣電阻測(cè)試的測(cè)試回路應(yīng)分別作用250V、500V、1000V三種直流電壓。本系統(tǒng)開關(guān)電源的電壓為12V。為了得到前面的三種高壓標(biāo)準(zhǔn)。通過開關(guān)電源控制,控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率,使12 V直流電壓變換成占空比為0.5的高頻方波后,將此方波加載于升壓變壓器的原邊,就相當(dāng)于一個(gè)峰值12 V的交變方波加在變壓器的原邊上,之后在次邊按匝數(shù)比變換為高壓方波。由式

(1)計(jì)算變壓器匝數(shù)比:V1=2nDV2

式中,V2輸入電壓值12V;V1輸出電壓值250V、500V、1000V;D為占空比,在此取D=0.5。由此可計(jì)算出三種高壓對(duì)應(yīng)的變壓比,經(jīng)變壓器變壓后得到的高壓電源再經(jīng)過穩(wěn)壓電路就可施加于被測(cè)絕緣電阻。

2.3  信號(hào)采集

信號(hào)采集電路如圖2所示。R為被測(cè)絕緣電阻,V為高壓直流電源,r為采樣電阻。當(dāng)高電壓施加于絕緣電阻時(shí),電路回路中會(huì)有泄漏電流,因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收的為采樣電阻r兩端的電壓,適當(dāng)選取r的值。使其兩端電壓為單片機(jī)可接受的電壓范圍0～5V之間。單片機(jī)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到的r兩端的電壓值,就可求出被測(cè)絕緣電阻的阻值。若V0為r兩端電壓值。則計(jì)算式

(2) 為:R=(V/V0)r

3、結(jié)束語

該數(shù)字式絕緣電阻測(cè)試儀*運(yùn)用了單片機(jī)低功耗、性能高、體積小、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),使得儀器本身具有了操作簡(jiǎn)便、可移動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),且滿足了IEC61010的要求,對(duì)絕緣電阻施加了250V、500V、1000V三種要求的直流高壓,達(dá)到了對(duì)絕緣電阻的測(cè)量。本測(cè)試儀適于在各種電氣設(shè)備的保養(yǎng)、維修、試驗(yàn)及檢定中作絕緣測(cè)試,為電氣設(shè)備的正常工作以及人身安全提供了保障。