一種電容器脈沖電壓試驗裝置和方法與流程

本發明涉及元器件檢測技術領域，特別是涉及一種安規電容器脈沖電壓試驗裝置。

背景技術：

安規電容器在日常家用電器中使用較為廣泛，其作用在于即使電容器失效后不會導致電擊而危及人身安全。在電源跨線電路中使用安規電容器來消除噪音時，不僅僅只有正常電壓，還必須考慮到異常的脈沖電壓（如閃電）的產生，這可能會導致電容器冒煙或者起火。所以，跨線電容器的安全標準對于在不同國家有嚴格規定，故必須使用經過安全認證的電容器。

圖1公開了gb/t6346.14-2015中對于安規電容器脈沖電壓試驗的描述，其中：ct——充電或儲能電容器；cp——并聯電容器；cx——被試電容器；rl——負載電阻器；rs——充電電阻器；rp——放電電阻器；u0——直流電源；針對不同容量的電容器，網絡中的各種元器件的參數值表如表1所示：

表1網絡中cxctrprscp的值

除y3類電容器外，所有電容器都應承受脈沖電壓試驗，而對于此脈沖電壓試驗標準中提供試驗用電路，且針對不同標稱容量的電容器所需的電路參數值均不相同，國內現有的儀器設備采用手動連線的方式切換不同的參數值，雖然對于接線的端口進行了高壓處理，但是次數較多的插拔可能會導致絕緣材料的破損或接觸不良，使用時間較長時絕緣材料會老化，導致高壓打火或者人體觸電等情況，危害人身財產安全。

技術實現要素：
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本發明申請提供一種電容器脈沖電壓試驗裝置和方法，采用plc模塊進行控制，實現自動化切換控制，滿足不同容量范圍的電容器試驗參數需求，解決了高壓端口與人體的直接接觸，最大限度的防止設備對實驗人員可能造成的損害的技術問題。

本申請的技術方案如下：提供一種電容器脈沖電壓試驗裝置，其特征在于：包含用于提供電源信號的市電供電電路模塊、零伏起調開關、升壓變壓器、脈沖電壓發生電路模塊、控制模塊、plc模塊，顯示模塊和待測電容器；其中，市電供電電路依次連接零伏起調開關和升壓變壓器的輸入端，所述升壓電壓器的輸出端連接至所述脈沖電壓發生電路模塊；

所述脈沖電壓發生電路模塊主要包含整流濾波電路，多個交流接觸器，電容，電阻，電流取樣信號電路和電壓取樣信號電路，所述整流濾波電路電路連接至所述升壓變壓器，所述整流濾波電路第一輸出端串聯連接電阻r1的第一端，r1的第二端連接交流接觸器j1的第一端，j1的第二端連接交流接觸器j4的第一端，j4的第二端連接交流接觸器j5-1的第一端，j5-1的第二端連接第一并聯網絡的第一端，所述第一并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第一端；所述j4的第二端還連接交流接觸器j6-1的第一端，j6-1的第二端連接第二并聯網絡的第一端，所述第二并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第一端；所述整流濾波電路的第二輸出端連接所述試驗電容器的第二端；第三并聯網絡的第一端連接至所述試驗電容器的第一端，第三并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第二端；第四并聯網絡的第一端連接至j1的第二端，第四并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第二端；所述j5-1的第二端連接電阻r2的第一端，另一端連接至所述試驗電容器的第二端；所述j6-1的第二端連接電阻r3的第一端，另一端連接至所述試驗電容器的第二端；

其中，電阻r7-r10分別和交流接觸器j7-j10一一串聯后并聯組成所述第一并聯網絡；電阻r11-r16分別和交流接觸器j11-j16一一串聯后并聯組成所述第二并聯網絡；電容c4和交流接觸器j5-3串聯，電容c5和交流接觸器j6-3串聯，然后兩個串聯模塊并聯組成所述第三并聯網絡；電容c2-c3分別和交流接觸器j2-j3一一串聯后并聯組成所述第四并聯網絡；所述整流濾波電路分別連接所述電流取樣信號電路和所述電壓取樣電路，所述電流取樣信號電路和所述電壓取樣信號電路連接至控制模塊；

所述控制模塊連接所述plc模塊，所述plc模塊連接至所述脈沖電壓發生電路模塊根據所述控制模塊的指令控制所述多個交流接觸器開關的通斷，所述控制模塊還通過rs232和觸摸屏顯示模塊進行通信連接。

其中，所述控制電路模塊由零伏起調電路，信號調理電路，過壓過流保護電路，供電電路四個部分組成，零伏起調電路用于將設備在上一次工作的狀態下輸出電壓調節歸零，信號調理電路連接至脈沖電壓發生電路的電壓取樣端，輸出連接到plc控制模塊的ad模塊，用于將輸入的電壓電流信號，經過調理電路，進行濾波和比例放大，使輸入信號的范圍滿足plc控制模塊的ad模塊輸入范圍，以利于ad模塊的信號采集；過壓保護電路連接于信號調理電路，用于當外部電源的電壓發生突變時根據信號調理電路的電流電壓變化，及時切斷斷開零伏起調開關，防止因過大的電壓對儀器和樣品的沖擊；供電電路用于提供電路工作電壓。

其中，所述plc模塊還包含輸入輸出端口和可擴展ad模塊，輸入端口x0用于零伏起調控制信號，輸入端口x1用于過壓保護控制信號，輸入端口x2用于過流保護控制信號；可擴展ad模塊連接信號調理電路。

其中，根據以下三種試驗情況斷開輸出的零伏起調開關：試驗開始時，調壓器輸出電壓不是0v，交流接觸器開關j0不吸合，需回調至零位；出現過壓保護時，斷開交流接觸器開關j0，防止輸出高壓損壞樣品電容器和操作人員；出現過流保護時，斷開交流接觸器開關j0，防止輸出高壓損壞設備。

其中，市電供電電路依次連接零伏起調開關，升壓變壓器后連接至所述脈沖電壓發生電路模塊作為其電源輸入；所述脈沖電壓發生電路模塊包含多個交流接觸器，并產生電流取樣信號和電壓取樣信號輸入至所述控制模塊；所述控制模塊對初始工作電壓進行控制，并根據脈沖電壓發生電路產生的所述電流取樣信號和電壓取樣信號為plc模塊提供初始輸入信號，且在被試樣品出現短路或者其他異常情況出現時提供過流保護；plc模塊根據控制電路輸入信號進行系統化控制，依照安全試驗的要求以及針對試驗電容器容量不同，控制所述脈沖電壓發生電路模塊中的交流接觸器開關的切換實現不同參數進行組合，完成脈沖電容的自動匹配，防止人為插拔時觸電，同時根據各種試驗情況斷開輸出的零伏起調開關；所述控制模塊還通過rs232和顯示模塊進行通信連接，將實時的參數信息傳遞到顯示模塊上，同時根據顯示模塊下發的指令信息，自動化完成試驗。

本發明申請還提供一種電容器脈沖電壓試驗方法，首先，零伏起調電路用于將設備在上一次工作的狀態下輸出電壓調節歸零后接入試驗電容器；

其次，控制模塊對脈沖電壓發生電路進行電壓信號取樣和電流信號取樣，并通過rs232和觸摸屏顯示模塊進行通信連接，將實時的參數信息傳遞到所述觸摸屏顯示模塊上，同時根據所述觸摸屏顯示模塊下發的指令信息，將控制信息發送至plc模塊，所述plc模塊依照安全試驗的要求以及針對試驗電容器容量不同，控制所述脈沖電壓發生電路模塊中的交流接觸器開關的切換實現不同參數進行組合，完成脈沖電容的自動匹配，防止人為插拔時觸電，同時根據各種試驗情況斷開零伏起調開關，自動化完成試驗；

其中，市電供電電路依次連接零伏起調開關和升壓變壓器的輸入端，所述升壓電壓器的輸出端連接至所述脈沖電壓發生電路模塊，所述升壓變壓器的輸出信號作為所述脈沖電壓發生電路模塊的輸入信號，整流濾波電路連接至所述升壓變壓器，所述整流濾波電路第一輸出端串聯連接電阻r1的第一端，r1的第二端連接交流接觸器j1的第一端，j1的第二端連接交流接觸器j4的第一端，j4的第二端連接交流接觸器j5-1的第一端，j5-1的第二端連接第一并聯網絡的第一端，所述第一并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第一端；所述j4的第二端還連接交流接觸器j6-1的第一端，j6-1的第二端連接第二并聯網絡的第一端，所述第二并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第一端；所述整流濾波電路的第二輸出端連接所述試驗電容器的第二端；第三并聯網絡的第一端連接至所述試驗電容器的第一端，第三并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第二端；第四并聯網絡的第一端連接至j1的第二端，第四并聯網絡的第二端連接至所述試驗電容器的第二端；所述j5-1的第二端連接電阻r2的第一端，另一端連接至所述試驗電容器的第二端；所述j6-1的第二端連接電阻r3的第一端，另一端連接至所述試驗電容器的第二端；

其中，電阻r7-r10分別和交流接觸器j7-j10一一串聯后并聯組成所述第一并聯網絡；電阻r11-r16分別和交流接觸器j11-j16一一串聯后并聯組成所述第二并聯網絡；電容c4和交流接觸器j5-3串聯，電容c5和交流接觸器j6-3串聯，然后兩個串聯模塊并聯組成所述第三并聯網絡；電容c2-c3分別和交流接觸器j2-j3一一串聯后并聯組成所述第四并聯網絡；

所述整流濾波電路產生所述電流取樣信號和電壓取樣信號。

其中，所述根據各種試驗情況斷開零伏起調開關具體為：根據以下三種試驗情況斷開輸出的零伏起調開關：試驗開始時，調壓器輸出電壓不是0v，零伏起調開關不吸合，需回調至零位；出現過壓保護時，斷開零伏起調開關，防止輸出高壓損壞樣品電容器和操作人員；出現過流保護時，斷開零伏起調開關，防止輸出高壓損壞設備。

本發明中的上述裝置通過采用plc模塊進行控制，實現自動化切換控制，滿足不同容量范圍的電容器試驗參數需求，避免了高壓端口與人體的直接接觸，最大限度的防止設備對實驗人員可能造成的損害。

附圖說明：

圖1為gb/t6346.14-2015中規定的脈沖電壓試驗電路。

圖2為本發明原理圖。

圖3為供電電路示意圖。

圖4為脈沖電壓發生電路示意圖。

圖5為控制電路示意圖。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明提供的電容器脈沖電壓試驗裝置的具體實施方式進行詳細描述。

參考圖2，公開了所述電容器脈沖電壓試驗裝置，包含用于提供電源信號的市電供電電路模塊、零伏起調開關、升壓變壓器、脈沖電壓發生電路模塊、控制模塊、plc模塊和顯示模塊；其中，市電供電電路依次連接零伏起調開關，升壓變壓器后連接至所述脈沖電壓發生電路模塊作為其電源輸入；所述脈沖電壓發生電路模塊包含多個交流接觸器，并產生電流取樣信號和電壓取樣信號輸入至所述控制模塊；所述控制模塊對初始工作電壓進行控制，并根據脈沖電壓發生電路產生的所述電流取樣信號和電壓取樣信號為plc模塊提供初始輸入信號，且在被試樣品出現短路或者其他異常情況出現時提供過流保護；plc模塊根據控制電路輸入信號進行系統化控制，依照安全試驗的要求以及針對試驗電容器容量不同，控制所述脈沖電壓發生電路模塊中的交流接觸器開關的切換實現不同參數進行組合，完成脈沖電容的自動匹配，防止人為插拔時觸電，同時根據各種試驗情況斷開輸出的零伏起調開關；所述控制模塊還通過rs232和顯示模塊進行通信連接，將實時的參數信息傳遞到顯示模塊上，同時根據顯示模塊下發的指令信息，自動化完成試驗。

其中，參考圖3，供電電路通過基本的調壓電路為各個模塊提供工作電源；其中，降壓變壓器，將ac220v降壓至控制電路板所需的電壓；如plc，控制模塊，零伏起調電路；降壓變壓器一路輸出至零伏起調交流接觸器j0，在調壓器歸于零位時吸合開關。同時根據各種試驗情況斷開輸出的零伏起調開關，即圖3中的交流接觸器開關j0，共有3種情況：1）試驗開始時，調壓器輸出電壓不是0v，交流接觸器開關j0不吸合，需回調至零位；2）出現過壓保護時，斷開交流接觸器開關j0，防止輸出高壓損壞樣品電容器和操作人員；3）出現過流保護時，斷開交流接觸器開關j0，防止輸出高壓損壞設備。

參考圖4，脈沖電壓發生電路為整個技術方案的核心，根據表1中針對試驗電容器容量不同，采用的各項參數也不同，本發明對各項參數進行組合，并通過交流接觸器切換，具體組成為：t2：升壓變壓器，產生ac8kv高壓；整流濾波電路為本領域常見的高壓整流橋和低通濾波電路，用于將ac8kv交流電壓轉換為dc8kv直流電壓；r1：對應圖1中的rl負載電阻器；r3和r4：二者組成分壓電壓，將輸出的試驗電壓降壓后連接至電壓取樣模塊；r5：電流取樣電阻，取樣測試回路中的電流，轉化為電壓信號，連接至電流取樣模塊；j1：充電交流接觸器，吸合后給儲能電容器ct充電；j4：放電交流接觸器，吸合后儲能電容器對被試電容器cx放電，產生脈沖電壓；j2-3：選擇不同的儲能電容器，根據表1中的網絡參數，當0.0039uf≤cx≤0.027uf時，j2吸合（選擇0.25uf），j3斷開；當cx＞0.027uf時，j2斷開，j3吸合（選擇20uf）；c2和c3：二者組成儲能電容器，并根據被試電容器cx的容量范圍，通過j2和j3自動切換至所需的儲能電容器，c2為0.25uf，c3為20uf；（j5-1，j5-3）和（j6-1，j6-3）：選擇不同放電電阻和并聯電容器cp，根據表1中的網絡參數，當0.0039uf≤cx≤0.027uf時，（j5-1，j5-3）吸合（rp=234ω，cp=7800p），（j6-1，j6-3）斷開；當cx＞0.027uf時，（j5-1，j5-3）斷開，（j6-1，j6-3）吸合（（rp=3ω，cp=3300p））；r2和r3：二者組成放電電阻器，并根據被試電容器cx的容量范圍，通過j5-1和j6-1切換至所需的放電電阻值，r2為234ω，r3為3ω；c4和c5：二者組成并聯電容，并根據被試電容器cx的容量范圍，通過j5-3和j6-3切換至所需要的并聯電容器，c4為7800p，c5為3300p；j7-16：10組交流接觸器，用于選擇不同的充電電阻器，詳見表1；r7-r16：10個電阻組成充電電阻器，并根據被試電容器cx的容量范圍，通過j7-16進行切換至所需的充電電阻值；r7-r16：用于線路的阻抗匹配，防止因阻抗匹配導致產生的脈沖波形震蕩和尖峰脈沖等現象；cx：被試電容器。

以上所述的交流接觸器的通斷控制，皆為plc觸點控制，通過在plc模塊中寫入時序，實現檔位的自動切換，試驗流程的自動化控制等。

參考圖5，控制電路可分為零伏起調電路，信號調理電路，過壓過流保護電路，供電電路四個部分。其中，零伏起調電路用于將設備在上一次工作的狀態下輸出電壓調節歸零，零伏起調電路的作用在于當設備在上一次工作的狀態下，沒有將輸出電壓調節歸零，若無該功能，設備啟動后，即產生高壓，可能危害到設備使用人員的人身安全。

信號調理電路連接至脈沖電壓發生電路的電壓取樣端，輸出連接到plc模塊的ad模塊，用于將輸入的電壓電流信號，經過調理電路，進行濾波和比例放大，使輸入信號的范圍滿足plc模塊的ad模塊輸入范圍，以利于ad模塊的信號采集；過壓保護電路連接于信號調理電路，用于當外部電源的電壓發生突變時根據信號調理電路的電流電壓變化，及時切斷斷開零伏起調開關，防止因過大的電壓對儀器和樣品的沖擊；供電電路用于提供電路工作電壓。

plc模塊的輸入電源由市電供電電路提供。選用松下plc進行系統化控制，通過rs232和顯示模塊進行通信連接，將實時的參數信息傳遞到顯示模塊上，并根據顯示模塊下發的指令信息，自動化完成試驗。

plc模塊配備了數量眾多的輸入和輸出端口：輸入端口x0用于零伏起調控制信號，輸入端口x1用于過壓保護控制信號，輸入端口x2用于過流保護控制信號；脈沖信號發生電路中的j1-j16交流接觸器線包連接至plc的繼電器輸出io口y1-yf，通斷信號根據plc中的邏輯時序判斷后直接控制通斷。

plc模塊同時還可擴展ad模塊，本發明需配置兩路的ad采樣模塊，用于脈沖電壓的采樣和電流信號采樣。需將電壓取樣信號調理電路和電流取樣調理電路連接到ad取樣模塊，plc模塊內部時序可實現數據的擬合處理，實現精確的電壓電流信息的取樣。

本發明采用威綸通觸摸屏作為顯示模塊，通過rs232連接到控制模塊，可將試驗過程中的參數信息顯示到觸摸屏顯示模塊中，同時試驗過程中需配置的參數信息也可通過在觸摸屏中進行配置，并下發至控制模塊，完成整套設備的人機交互，試驗過程的自動化進行。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。