CN202600057U - 一种大容量电解电容赋能综合测试仪 - Google Patents

Abstract

一种大容量电解电容赋能综合测试仪，属于电子测试设备，解决市场上没有电解电容器专用赋能及对电解电容进行综合测试的仪器，本测试仪包括：依次连接的多抽头变压器，三相桥式可控整流与滤波电路，电压/电流测量及量程切换电路；电压/电流测量及量程切换电路与电解电容连接；还包括提供工作电源的控制电源；与三相桥式可控整流与滤波电路及电压/电流测量及量程切换电路连接的脉冲放大与信号转换电路；与脉冲放大与信号转换电路连接的中央处理器。本测试仪可对不同规格的电解电容以及对低压400V系列变频器的内置电解电容实施赋能；能测试电解电容单体或电容器并联组件的漏电流，测试精度较高；也能对变频器内电解电容组的漏电流进行简单测试。

Description

一种大容量电解电容赋能综合测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种电子测试设备，尤其是指一种大容量电解电容赋能综合测试仪。 

背景技术

在交直流电压型变频调速装置中，铝电解电容因单位体积电容量大、重量轻，价格低廉，而广泛应用于变频器中间直流滤波回路。电解电容主要作用为：1、滤除整流器输出电压纹波以及逆变器功率器件高频开关动作造成的直流电压的纹波，起平滑作用；2、存储能量，与电网、异步电动机交换这些无功功率；3、当负载发生变化时，在整流器的惯性延时期间内，支撑中间回路的电压，将直流电压的波动维持在限定范围内，使其保持稳定。 

电解电容器的介质是氧化膜，氧化膜吸附在阳极铝箔上，负极是电解液。在额定工作条件下，尽管电解液中的氯离子、硫酸根离子等杂质会损伤氧化膜，但铝电解电容器内部电解产生的氧气会修复氧化膜，这就是铝电解电容器的自愈功能。铝电解电容的等效串联电阻较大、感抗较大，对温度敏感。当电解电容器长期运行会造成电解液干涸，电容量下降，同时伴随着ESR（等效串联电阻的缩写）升高，电容器损耗增加，漏电流上升，电解电容器发热升高，造成电容器失效，甚至因内部气体压力增大造成电容器***。所以，铝电解电容是有寿命的。 

长期不使用的电解电容器，因为没有漏电流传输氧离子给阳极，氧化层得不到修复，耐压有衰减。同时由于电解液中溶剂逐渐挥发，电容干涸，使溶液酸性上升，也对氧化膜产生腐蚀作用，使氧化膜受损，漏电流增大。再次使用时应先给电解电容器赋能，即让电容器充电电压在1小时内逐步上升直至额定工作电压，并让电容器在空载负荷下运行数小时，使漏电流恢复正常值，氧化膜得到修复。 

如果长期不使用的电容器而没有经过赋能，直接带负荷工作，在刚施加额 定电压的前几分钟内，漏电流可以达到正常值的100倍，电容器既要承受支持负荷时的纹波电流，又要承受这么大的漏电流，从而可能使电容器过热而导致爆浆事故的发生。现场曾多次出现因备件电解电容没有进行赋能试验而直接投入运行，造成电容器漏液与***的故障。为此，当电解电容器的存储时间超过规定的存储期限时，应该对电容器进行赋能试验。同时，为了跟踪电解电容的状态，需要测试漏电流。 

目前市场上并没有电解电容器专用赋能仪器，也没有专用给变频器（内置电解电容器）离线赋能装置，只有少数厂家生产的仪器可以通过搭建***电路，手动调节来实现对电解电容单体或电容器并联组件赋能，例如西门子公司生产的整流装置可以给其对应的变频器（内置电容器）进行在线赋能，但它不能对机旁单个电解电容器或电容器并联组件进行赋能，也不能对电容器的漏电流进行测试。现有的有些设备中,如直流可调稳压电源，它可以通过搭建***电路，手动调节来实现对单体电解电容器或电容器并联组件进行赋能试验，不能根据电解电容的额定电压自动进行赋能；也不能对电解电容的漏电流进行测试，而且也不适合对变频器（内置电解电容）进行赋能。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种能够对电解电容器或变频器备件进行赋能，以维持电解电容使用状态的一种大容量电解电容赋能综合测试仪，该测试仪通过测试电解电容的漏电流，来判断电解电容器的状态，以保证变频器的稳定运行。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的： 

多抽头变压器，是一个三相交流多抽头变压器，其三个输入端连接三相380V交流电源，其二次侧三相绕组是多抽头绕组，分别输出三相交流线电压230V、400V、460V； 

三相桥式可控整流与滤波电路，输出对被测电解电容赋能的直流电压或漏电流测试电压,包含与所述多抽头变压器的输出端连接的三相桥式可控整流电路以及与三相桥式可控整流电路的输出端连接的滤波电路； 

电压/电流测量及量程切换电路，其输入端与所述三相桥式可控整流与滤波 电路的输出端连接，包括：与三相桥式可控整流与滤波电路的输出端并联的直流电压测量电路；串联在三相桥式可控整流输出侧与直流电压滤波电路之间的直流电流测量电路；连接于三相桥式可控整流与滤波电路的输出与直流电压测量电路之间的漏电流测量电路及量程切换电路；电压/电流测量及量程切换电路的输出端与被测电解电容并联； 

控制电源，由控制变压器电路组成，其两个输入端与三相380V交流电源的A、C两相连接，输出端输出工作电压； 

脉冲放大与信号转换电路，由脉冲隔离放大及信号接口板以及与脉冲隔离放大及信号接口板连接的信号转换与量程切换电路组成，其中脉冲隔离放大及信号接口板分别与所述三相桥式可控整流与滤波电路、电压/电流测量及量程切换电路以及控制电源连接； 

中央处理器，采用8098单片机，分别与所述控制电源及脉冲放大与信号转换电路连接，还连接一个选择赋能及漏电流测试要求的控制面板、一个液晶显示器以及一个键盘。 

所述三相桥式可控整流与滤波电路中，所述三相桥式可控整流电路由6个可控硅组件桥式连接组成，其三个输入端分别与所述多抽头变压器的三个输出端连接，三相桥式可控整流电路的输出正端连接由第一限流电阻、第二限流电阻及切换第一、第二限流电阻通断的限流接触器组成的限流电路，其中，限流接触器的常开端连接第一限流电阻，常闭端连接第二限流电阻，三相桥式可控整流电路的输出负端连接标准取样电阻；所述滤波电路是由在标准取样电阻与限流电路的输出端之间连接的两个串联的滤波电容组成。 

所述电压/电流测量及量程切换电路中，所述直流电压测量电路由两个分流电阻及电压变换器串联组成，其一端连接第一、第二限流电阻的公共端；所述直流电压测量电路由所述标准取样电阻组成；所述漏电流测量电路由两个不同阻值的电阻分别与切换继电器的两个切换开关串联后组成的并联电路，其一端与所述标准取样电阻连接，另一端与所述直流电压测量电路的另一端连接；所述直流电压测量电路上并联一个被测电解电容放电回路，其由放电开关及放电电阻串联组成。 

所述控制变压器电路结构为：控制变压器，其两个输入端连接三相380V交 流电源的A、C两相，第一个二次侧线圈输出交流AC30V，通过整流器整流与滤波器滤波后，以端子对外输出DC24V工作电压；DC24V还通过DC/DC变换器输出DC5V工作电压；第二个二次侧线圈输出10V，作为所述三相桥式可控整流电路中可控硅组件的可控硅触发装置的同步电源；第三个二次侧线圈以端子对外输出交流AC220V与110V工作电压。 

所述脉冲隔离放大及信号接口板分别与三相桥式可控整流与滤波电路、电压/电流测量及量程切换电路中的电压变换器、直流电流测量电路及漏电流测量电路以及控制电源中的DC24V工作电压连接。 

所述中央处理器分别与控制电源中DC5V工作电压、同步电源连接。 

本实用新型的有益效果：本测试仪的功能：1、可以根据不同电解电容的规格，通过参数设置自动实现对电解电容器单体或并联组件实施赋能，可输出直流电压为（0∽600V），允许连续输出电流为（0∽20A），充电时间与赋能时间可以通过参数可调；2、可以对低压400V系列变频器（内置电解电容器）实施赋能；3、可以测试电解电容单体或电容器并联组件的漏电流，并根据电容器规格参数，切换漏电流测试回路的取样电阻，以提高测试精度；4、也可以对变频器内电解电容组的漏电流进行简单测试；5、可以对电解电容器或低压变频器实施放电。 

为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。 

附图说明

图1为本实用新型的大容量电解电容赋能综合测试仪的电路框图结构； 

图2为图1的电路图。 

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。 

本实用新型的大容量电解电容赋能综合测试仪的电路结构参见图1与图2，所述大容量电解电容是指额定电压在250V以上，电容量超过2000μF的电解电容器（以下用电解电容C表示），其可以是一个电容器，也可以是一组电容器并 联而成的电容组。如图所示，所述大容量电解电容赋能综合测试仪的结构如下： 

多抽头变压器1，是一个三相交流多抽头变压器TR1，其三个输入端通过三相20A的空气开关KQ0与低压三相380V交流电源E连接，TR1的二次侧三相绕组是多抽头绕组，分别可输出三相交流线电压230V、400V、460V，使用时根据测试电容C的电压等级来选择连接TR1的二次绕组的抽头。 

三相桥式可控整流与滤波电路2，输出对被测电解电容C赋能的直流电压或漏电流测试电压,包含输入端与所述多抽头变压器1的输出端连接的三相桥式可控整流电路以及与三相桥式可控整流电路的输出端连接的滤波电路，输出对电解电容C赋能的直流电压、直流电流。具体电路结构如下：所述三相桥式可控整流电路由6个可控硅组件S1-S6桥式连接组成，其三个输入端分别与多抽头变压器1的三个输出端连接；三相桥式可控整流电路的输出正端连接由第一、第二限流电阻DZ1、DZ2及切换第一、第二限流电阻DZ1、DZ2通断的限流接触器K2组成的限流电路。其中，多抽头变压器1的三个输出端是分别通过主接触器K1及主快熔熔断丝Fuse1、Fuse2、Fuse3与三相桥式可控整流电路的三个输入端连接，即多抽头变压器1输出的三相交流电压通过6个S1—S6可控硅组件进行桥式整流；三相桥式可控整流电路的输出正端与限流接触器K2的公共端连接，限流接触器K2的常开端连接第一限流电阻DZ1，常闭端连接第二限流电阻DZ2。本实施例DZ1为1KΩ，DZ2为10Ω。当电解电容C开始赋能或进行漏电流测试时，限流接触器K2通电，DZ1投入使用；电解电容C正常赋能或漏电流测试时，限流接触器K2断电，DZ2投入使用。所述6个可控硅组件S1-S6中的每个可控硅组件分别由一个可控硅及连接于可控硅的阳极与阴极之间的阻容吸收器组成，阻容吸收器由电阻与电容串联组成。三相桥式可控整流电路的输出负端连接直流回路保护熔断丝Fuse5，直流回路保护熔断丝Fuse5与标准取样电阻DZ5串联。所述滤波电路是由在标准取样电阻DZ5与限流电路的输出端之间连接的两个串联的滤波电容C1、C2(均为450V/2200μF)组成，作赋能综合仪内部滤波用。 

电压/电流测量及量程切换电路3，其输入端与所述三相桥式可控整流与滤波电路2的输出端连接，输出端与电解电容C并联，包括：与三相桥式可控整流与滤波电路2的输出端并联的直流电压测量电路；串联在三相桥式可控整流 输出侧与直流电压滤波电路之间的直流电流测量电路；连接于三相桥式可控整流与滤波电路（2）的输出与直流电压测量电路之间的漏电流测量电路及量程切换电路；电压/电流测量及量程切换电路3的输出端与被测电解电容C并联。具体电路结构：由DZ3、DZ4分流电阻及电压变换器31串联组成直流电压测量电路，检测直流输出电压。直流电流测量电路由标准取样电阻DZ5组成，通过检测标准取样电阻DZ5两端的电压来计算直流回路总电流。漏电流测量电路由两个不同阻值的电阻分别与切换继电器的两个切换开关K3、K5串联后组成的并联电路，两端分别与标准取样电阻DZ5与上述直流电压测量电路的另一端连接，根据测试的电解电容C的电容量大小通过切换继电器的两个切换开关K3、K5的切换来选择漏电流测试用取样电阻DZ7，从而提高电容器漏电流的检测精度。当进行电容赋能时，漏电流取样电阻DZ7短接，不参与工作。 

本测试仪中，在所述直流电压测量电路上并联一个被测电解电容放电回路，该被测电容放电回路由放电开关K4及放电电阻DZ6串联组成，放电开关K4是双极开关。为防被测电解电容C回路短路，上述限流电路的输出端通过防短路熔断丝Fuse4与被测电容C的一端连接。 

控制电源4，由控制变压器电路组成，其两个输入端与三相380V交流电源的A、C两相连接，输出端输出工作电压，控制变压器电路结构为：控制变压器TR2，其两个输入端通过所述空气开关KQ0与三相380V交流电源E的A、C两相连接，TR2的第一个二次侧线圈21输出交流AC30V，通过整流器ZL0整流与滤波器LB0滤波后，输出DC24V。脉冲隔离放大及信号接口板51的工作电源端通过熔断丝Fuse8与控制电源4输出的DC24V连接。DC24V通过DC/DC变换器提供DC5V作为中央处理器6的工作电源。另外，DC24V以端子对外输出，作为包含电解电容C的西门子或ABB变频器的工作电源。TR2的第二个二次侧线圈22输出10V作为所述三相桥式可控整流电路中可控硅组件的可控硅触发装置的同步电源TB1。TR2的第三个二次侧线圈23输出交流AC220V与110V，以端子对外输出，作为包含电解电容C的日立、三菱、TEMIC或安川等变频器的工作电源。 

脉冲放大与信号转换电路5，由脉冲隔离放大及信号接口板51以及与脉冲隔离放大及信号接口板51连接的信号转换与量程切换电路52组成，其中所述 脉冲隔离放大及信号接口板51分别与三相桥式可控整流与滤波电路2、电压/电流测量及量程切换电路3中的电压变换器31、直流电流测量电路及漏电流测量电路以及控制电源4中的DC24V工作电压连接。其中脉冲隔离放大及信号接口板51主要由功率晶体管以及脉冲变压器等组成的可控硅门极脉冲放大回路，作用是把来自中央处理器6输出的可控硅驱动脉冲进行隔离放大。信号转换与量程切换电路52主要包含模拟信号变换电路及一些中间继电器。模拟信号变换电路把检测到交流同步电压、直流输出电压、电流及漏电流等模拟信号进行电平变换后，输入给中央处理器6（8098单片机），8098单片机有四路10位A/D输入通道，来进行***控制与保护。为了提高漏电流的检测精度，通过中间继电器来选择量程切换电路，中间继电器输出的控制信号通过脉冲隔离放大及信号接口板51来控制电压/电流测量及量程切换电路3中切换继电器的两个切换开关K3、K5的通断。上述脉冲隔离放大及信号接口板51及信号转换与量程切换电路52都是常规通用电路，均有成熟产品。所述脉冲隔离放大及信号接口板（51）分别与三相桥式可控整流与滤波电路（2）、电压/电流测量及量程切换电路（3）中的电压变换器（31）、直流电流测量电路及漏电流测量电路以及控制电源（4）中的DC24V工作电压连接。 

中央处理器6，本实施例采用8098单片机。其电源端通过FUSE7与控制电源4中DC/DC变换器的输出端连接（DC5V工作电压）。其输入端分别与同步电源TB1、脉冲放大与信号转换电路5、控制面板7、液晶显示器8以及键盘9相连。根据控制面板7选择的赋能或漏电流测试功能的要求，中央处理器负责整个赋能综合仪的集中控制。中央处理器周期采样来自TB1的同步电源,以及来自信号转换与量程切换电路52的直流输出电压、直流输出电流及电容器漏电流。根据键盘9设定的赋能电压或漏电流测试电压，对直流电压进行PI闭环控制。采用数字式触发电路，提高了可控硅脉冲控制的精度，可平滑实现对主回路可控硅的控制。8098单片机输出的6组可控硅触发脉冲，通过高速输出口HSO.0至HSO.5到脉冲隔离放大及信号接口板51。通过液晶显示器8监视赋能仪输出的直流电压、直流电流或漏电流。 

当进行电解电容器赋能或漏电流测试时，首先根据被测电解电容C的额定直流电压对多抽头变压器的抽头进行选择，再把赋能综合仪与电解电容C或变 频器正确连接。然后选择控制面板7的“赋能”或“漏电流测试”功能键。可根据被测电解电容器的额定参数，通过键盘9输入赋能电压、赋能时间以及漏电流测试电压等控制参数。 

当选择选择控制面板7的“赋能键”时，合上空气开关KQ0，赋能综合仪进行自检与初始化；然后通过键盘输入电容器赋能电压与赋能时间，启动控制面板7上的“启动按钮”，按设定的赋能程序自动控制可控硅整流器的输出直流电压，给电容器赋能。开始时，可控硅触发角从150°缓慢减少，直流输出电压逐步增加。电解电容器的赋能时间一般在1小时左右。测试完毕，按停止按钮，赋能综合仪自动关断可控硅脉冲，输入交流主接触器失电断开，放电回路延时闭合，使被测电容C快速放电。 

当选择选择控制面板7的“漏电流测试键”，并启动控制面板7上的“启动按钮”时，赋能综合仪自动对被测电解电容C充电，当充电到额定工作电压时，延时5分钟开始漏电流测量。赋能综合测试仪自动根据漏电流的大小控制漏电流量程切换回路，以实现比较准确地检测漏电流。并通过液晶面板实时显示测试电压与漏电流。测试完毕，按停止按钮，赋能综合仪自动关断可控硅脉冲，输入交流主接触器失电断开，放电回路延时闭合，使被测电容C快速放电。 

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范围内。 

Claims (6)

1.一种大容量电解电容赋能综合测试仪，其特征在于包含：

多抽头变压器（1），是一个三相交流多抽头变压器（TR1），其三个输入端连接三相380V交流电源，其二次侧三相绕组是多抽头绕组，分别输出三相交流线电压230V、400V、460V；

三相桥式可控整流与滤波电路（2），输出对被测电解电容（C）赋能的直流电压或漏电流测试电压,包含与所述多抽头变压器（1）的输出端连接的三相桥式可控整流电路以及与三相桥式可控整流电路的输出端连接的滤波电路；

电压/电流测量及量程切换电路（3），其输入端与所述三相桥式可控整流与滤波电路（2）的输出端连接，包括：与三相桥式可控整流与滤波电路（2）的输出端并联的直流电压测量电路；串联在三相桥式可控整流输出侧与直流电压滤波电路之间的直流电流测量电路；连接于三相桥式可控整流与滤波电路（2）的输出与直流电压测量电路之间的漏电流测量电路及量程切换电路；电压/电流测量及量程切换电路（3）的输出端与被测电解电容（C）并联；

控制电源（4），由控制变压器电路组成，其两个输入端与三相380V交流电源的A、C两相连接，输出端输出工作电压；

脉冲放大与信号转换电路（5），由脉冲隔离放大及信号接口板（51）以及与脉冲隔离放大及信号接口板（51）连接的信号转换与量程切换电路（52）组成，其中脉冲隔离放大及信号接口板（51）分别与所述三相桥式可控整流与滤波电路（2）、电压/电流测量及量程切换电路（3）以及控制电源（4）连接；

中央处理器（6），采用8098单片机，分别与所述控制电源（4）及脉冲放大与信号转换电路（5）连接，还连接一个选择赋能及漏电流测试要求的控制面板（7）、一个液晶显示器（8）以及一个键盘（9）。

2.如权利要求1所述的大容量电解电容赋能综合测试仪，其特征在于：

所述三相桥式可控整流与滤波电路（2）中，所述三相桥式可控整流电路由6个可控硅组件（S1-S6）桥式连接组成，其三个输入端分别与所述多抽头变压器（1）的三个输出端连接，三相桥式可控整流电路的输出正端连接由第一限流电阻（DZ1）、第二限流电阻（DZ2）及切换第一、第二限流电阻通断的限流接触器（K2）组成的限流电路，其中，限流接触器（K2）的常开端连接第一限流电阻（DZ1），常闭端连接第二限流电阻（DZ2），三相桥式可控整流电路的输出负 端连接标准取样电阻（DZ5）；所述滤波电路是由在标准取样电阻（DZ5）与限流电路的输出端之间连接的两个串联的滤波电容（C1、C2）组成。

3.如权利要求1或2所述的大容量电解电容赋能综合测试仪，其特征在于：

所述电压/电流测量及量程切换电路（3）中，所述直流电压测量电路由两个分流电阻（DZ3、DZ4）及电压变换器（31）串联组成，其一端连接第一、第二限流电阻（DZ1、DZ2）的公共端；所述直流电压测量电路由所述标准取样电阻（DZ5）组成；所述漏电流测量电路由两个不同阻值的电阻分别与切换继电器的两个切换开关（K3、K5）串联后组成的并联电路，其一端与所述标准取样电阻（DZ5）连接，另一端与所述直流电压测量电路的另一端连接；所述直流电压测量电路上并联一个被测电解电容放电回路，其由放电开关（K4）及放电电阻（DZ6）串联组成。

4.如权利要求1所述的大容量电解电容赋能综合测试仪，其特征在于：

所述控制变压器电路结构为：控制变压器（TR2），其两个输入端连接三相380V交流电源的A、C两相，第一个二次侧线圈（21）输出交流AC30V，通过整流器（ZL0）整流与滤波器（LB0）滤波后，以端子对外输出DC24V工作电压；DC24V还通过DC/DC变换器输出DC5V工作电压；第二个二次侧线圈（22）输出10V，作为所述三相桥式可控整流电路中可控硅组件的可控硅触发装置的同步电源（TB1）；第三个二次侧线圈（23）以端子对外输出交流AC220V与110V工作电压。

5.如权利要求1所述的大容量电解电容赋能综合测试仪，其特征在于：

所述脉冲隔离放大及信号接口板（51）分别与三相桥式可控整流与滤波电路（2）、电压/电流测量及量程切换电路（3）中的电压变换器（31）、直流电流测量电路及漏电流测量电路以及控制电源（4）中的DC24V工作电压连接。

6.如权利要求1所述的大容量电解电容赋能综合测试仪，其特征在于：

所述中央处理器（6）分别与控制电源（4）中DC5V工作电压、同步电源（TB1）连接。 

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