新型电机绝缘检测装置
2022-06-08
摘 要：电机经过长时间的使用之后，各方面的功能都会随着绝缘性能的劣化逐渐变差。通过对电机定子绕组进行直流泄漏电流试验和介质损耗角的正切值试验，设计了一种新型电机绝缘检测装置，在电机绝缘性能不符合标准时，能及时进行检修和维护，保障员工和器械的安全。
关键词：电机；绝缘性能；泄漏电流；介质损耗角
1 概述
随着社会的不断进步，电机[1]在各行各业中的应用更加广泛，它的安全问题也越来越受到人们的关注。其中，电机良好的绝缘状况是电机安全运行的保障，但随着时间的推移，电机的绝缘状况会逐渐降低。电机绝缘性能的劣化[2]是多种多样的原因造成的，如工作电压过大、工作环境中温度和湿度过高、绝缘部分存在污秽等。根据美国、日本、俄罗斯的一份科学研究表明，一台电机工作10年以上时，它的绝缘故障会明显上升。因此，有必要研究一种新型的电机绝缘检测装置来对电机的绝缘状况进行检测。
本装置主要由直流通道模块、交流通道模块、单片机系统模块和LED显示输出模块构成。其中，直流通道模块负责对电机定子绕组的泄漏电流[3]进行测量，介质损耗角测量模块负责对定子绕组的介质损耗角正切值[4]进行测量，单片机系统模块和LED显示输出模块负责采集和显示输出电机绝缘状况。
2 绝缘检测装置原理
本装置的系统原理如图1所示。在直流通道模块中，将产生的直流高压施加到被测设备上，通过泄漏电流信号采集电路和A/D模数转换装置将采集到的泄漏电流信号送入单片机系统模块中进行检测；在交流通道模块中，首先对被测设备施加交流电压，将采集到的电压信号U和电流信号I转化成具有一定脉冲宽度的方波信号，再通过过零比较法对介质损耗角？啄进行测量，然后将测量到的介质损耗角？啄数据送入单片机系统模块进行检测分析，再由LED显示输出模块负责显示输出被测设备的绝缘状况。
2.1 直流高压产生电路
图2所示为直流高压产生电路原理图，220V交流电压先通过单相不可控桥式整流电路整流滤波，得到198V的直流电压，经过斩波电路将所得的直流电压斩成高频直流电压脉冲波，再由高频变压器升压成1386V的直流高压电压，然后再通过滤波电路，得到较为稳定的直流高压。
此外，在直流高压输出的地方，为了使直流高压相对稳定，本模块设计了一个PWM调制电路来对斩波电路中的MOS管进行控制。当直流输出电压发生变化时，PWM调制电路就会调整MOS管的导通时间和关断时间，使MOS管的占空比发生变化，从而使直流输出电压保持稳定。
2.2 泄漏电流信号采集电路
由于泄漏电流一般都是微安级别，直接采集比较困难，为了精确采集泄漏电流大小，在本装置中设计了一个泄漏电流信号采集电路，原理如图3所示。
泄漏电流Ix经采样电阻Rs后，产生一定的电压，再经过跟随驱动隔离电路后输出到A/D转换电路，由输出电压与泄漏电流关系Ui=RsIx可知，测出了电压Ui，就能通过计算得出泄漏电流Ix的值。
2.3 过零比较法
过零比较法[5]是介质损耗在线监测中比较常用的一种方法，它的原理是分别测量加在被试品上的电压信号U和电流信号I，经过滤波、限幅放大，再分别通过电压比较器和电流比较器把电压信号U和电流信号I转化为具有一定脉冲宽度的方波信号，最后通过单片机进行数据采样和处理，用数字时间测量技术比较电压信号U和电流信号I经过零点的时刻t1，t2，从而得到电压信号U与电流信号I之间的相位差：
（1）
式中：T为工频周期，？驻t为电压信号与电流信号过零时刻的时间差，由高频脉冲计数计算得出。
介质损耗角：
（2）
3 软件设计
本装置的软件设计部分主要由单片机系统模块来完成，界面中有泄漏电流试验和介质损耗角试验两个选择，用户可根据自身需求选择所需进行选择的试验。作出选择后，可在LED显示输出模块中得到被测设备的绝缘状况，若设备绝缘状况良好，则设备继续正常运转；若绝缘状况不符合标准，则发出警报。
4 结束语
文章介绍了一种新型电机绝缘检测装置，用户可根据自己需求对电机的泄漏电流和介质损耗角进行测量，装置经过现场试验，运行状况良好，简便的操作有效地缩短了检测时间。但是，电机绝缘的在线检测目前依旧面临一些问题，仍需要广大技术人员的不断努力。
参考文献
[1]程继志，夏申燕，郭江江.“基于MATLAB的无刷直流电机系统的新模型与仿真[J].系统仿真，2003，12.
[2]陈伯时.电气传动控制系统-运动控制系统[M].北京：中国机械出版社，2003.
[3]薛长志，郝马.矩阵转换器的电流控制策略[J].中国电机工程学报程序年代，2004，24（8）：61-66.
[4]方进勇，吴传武.新型高压带电显示检测装置[J].中国仪器仪表， 2003（10）：25.
[5]林伟强.高压电机绝缘与干燥问题的分析[J].企业技术开发（学术版），2010，11（5）：56-58.