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線圈元件的脈沖測試技術(shù)

更新時(shí)間:2019-12-26點(diǎn)擊次數(shù):1288

一.什么是線圈元件的脈沖測試

1.線圈脈沖測試原理

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預(yù)先對儲能電容C1充電,充電電壓為儀器設(shè)定得大電壓,以一極短暫的時(shí)間將開關(guān)SW1合上,在SW1合上器件,由于C1≥C2,C1快速對C2充電,經(jīng)過一段時(shí)間后SW1斷開。
同時(shí),該激勵(lì)脈沖同時(shí)加于一被測線圈Lx,C2、Rp、Lx將呈現(xiàn)一自由衰減震蕩,該衰減震蕩呈指數(shù)下降趨勢并調(diào)制以正弦信號。根據(jù)其與諧振電容C2的衰減振蕩情況來了解線圈內(nèi)部狀態(tài)來判斷該繞線元件品質(zhì)情況:包含線圈自身的絕緣,繞線電感量,及并聯(lián)電容量等狀態(tài)。

圖1.脈沖測試方案簡述及并聯(lián)電容量等狀態(tài)。

上圖中 C1:儲能電容

C2:諧振容量
Cp:線圈兩端等效并聯(lián)電容
R:能量消耗等效并聯(lián)電阻
Lx:線圈等效電感

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圖2線圈的衰減震蕩曲線

線圈類產(chǎn)品(如變壓器、電機(jī)等)由于繞線材料、磁性材料、骨架、加工工藝等因素的影響會產(chǎn)生線圈層間、匝間及引腳間等絕緣性能的降低。

線圈的脈沖測試可在不損壞被測件的條件下測試其電氣性能。這種測試方法能在短暫的瞬間判別線圈的品質(zhì)。測量時(shí)將與標(biāo)準(zhǔn)線圈測量時(shí)同樣的脈沖通過電容器放電施加于被測線圈,由于線圈電感量、雜散電容和Q值的存在,將響應(yīng)一個(gè)對應(yīng)于該放電脈沖的電壓衰減波形,比較該衰減波形的某些特征,可以檢測線圈匝間和層間短路及圈數(shù)和磁性材料的差異, 如果施加一個(gè)高電壓脈沖,根據(jù)出現(xiàn)的電暈或?qū)娱g放電來判斷絕緣不良。

數(shù)字存儲式線圈脈沖測試儀:TH2882A-3/TH2882A-5/TH2882AS-5/TH2883系列

 

該系列產(chǎn)品采用高速數(shù)字采樣的方法,將標(biāo)準(zhǔn)線圈的波形存儲于儀器中,測試時(shí)將被測波形與標(biāo)準(zhǔn)波形比較,根據(jù)設(shè)定的判據(jù)(面積、面積差、過零點(diǎn)、電暈等)以決定被測線圈的優(yōu)劣。該方法有如下優(yōu)點(diǎn):
    a. 高速數(shù)字取樣使判別過程由儀器自動(dòng)完成,可排除人為影響因素;
    b. 測試時(shí)無需同時(shí)測量標(biāo)準(zhǔn)樣件,
所有測試使用統(tǒng)一判據(jù),標(biāo)準(zhǔn)樣件波形可存儲、調(diào)用、轉(zhuǎn)存、多機(jī)共用等;
     c. 可測試電感量范圍很寬,小可測試10µH的線圈,基本適應(yīng)各種線圈產(chǎn)品的測試;
     d. 高壓是瞬間輸出的,一次測試?yán)碚撋现恍栎敵鲆淮胃邏好}沖,大大延長了儀器壽命。
     e. 不存在顯示亮度問題,波形可選擇在Z佳狀態(tài)下顯示;
     f. 由于數(shù)字化和智能化技術(shù)的采用,可執(zhí)行許多附加的分析功能,如時(shí)間與周期測量、電壓測量、多次平均、連續(xù)測試、輸出電壓的自動(dòng)電平控制(ALC)、PASS/FAILL的聲音模式選擇等;
     g. 可采用多種形式的判據(jù)以分辨出被測線圈質(zhì)量的細(xì)微變化,如面積、面積差、過零點(diǎn)、電暈等。
     h. 使用多種接口于不同的目的。如USB接口用于數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)波形的轉(zhuǎn)存和保存,IEEE488接口和RS232接口用于人機(jī)通訊或組成自動(dòng)測試系統(tǒng),HANDLER/SCANNER接口用于自動(dòng)機(jī)械處理器和脈沖式變壓器線圈自動(dòng)測試系統(tǒng)。

二.為什么要執(zhí)行脈沖測試

一般地,由一個(gè)或多個(gè)線圈組合而成的電感器、變壓器、馬達(dá)等繞線元件需要通過下列途徑來完整地評估該線繞元件的品質(zhì)情況:

線圈之繞線電阻DCR(銅阻),繞線感量(L)圈數(shù)N、圈數(shù)比例(Np/Ns),線圈間容量(Cp),鐵芯狀態(tài)(Q,ACR,LK)等,屬于低壓參數(shù)測試,上述項(xiàng)目使用自動(dòng)變壓測試系統(tǒng),LCR數(shù)字電橋、圈數(shù)測試儀、直流低電阻測試儀等完成。

不同線圈間或線圈對鐵芯及外殼等的耐壓和絕緣程度

使用耐壓測試儀和絕緣電阻測試儀。

線圈自身的的絕緣程度

使用脈沖式線圈測試儀(匝間絕緣測試儀)

一般生產(chǎn)過程中檢驗(yàn)合格的元件,使用于電氣電子產(chǎn)品中,即使短期功能正常,但長期使用也可能因線圈自身的絕緣不佳而產(chǎn)生潛在的不良因素,而影響產(chǎn)品的之壽命和穩(wěn)定性。

絕緣問題導(dǎo)致產(chǎn)品不良的表現(xiàn):

a. 耐久性差,壽命短;

抗噪聲能力不佳;

高溫下穩(wěn)定性不好;

常見造成線圈絕緣不良的原因:

a. 漆包線,絕緣膠帶或骨架絕緣不良;

原始設(shè)計(jì)的出線方式或加工工藝不良;

引腳間未留安全距離或焊錫后的污染物的存在;

繞線工序結(jié)束,磁性材料加入前進(jìn)行脈沖測試,可發(fā)現(xiàn)如下不良情況:

a. 線圈自身絕緣不良( 波形前段衰減及放電現(xiàn)象)

b. 繞線圈數(shù)或接線明顯錯(cuò)誤(Lx,前段諧振周期變化)

c. 繞線方式錯(cuò)誤(并聯(lián)電容Cx變化,后段諧振周期)

三.如何進(jìn)行脈沖測試

1.使用于何部門?

良好的設(shè)計(jì)、正確的材料使用及合理的加工過程可保證元件正常使用下的長久穩(wěn)定性。

研發(fā)或工程部門:對工程設(shè)計(jì)或變更不良進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)證;

進(jìn)貨檢驗(yàn):對進(jìn)貨材料質(zhì)量進(jìn)行把關(guān),防止不良材料混入; 

生產(chǎn)線:隨時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)過程的質(zhì)量情況;

2.在何工序進(jìn)行脈沖測試?

建議:在繞線工序結(jié)束, 磁性材料加入前進(jìn)行脈沖測試

原因:a. 脈沖測試的主要目的是檢驗(yàn)線圈本身的絕緣情形而非磁性材料的特性檢驗(yàn);

    b. 磁性材料會吸收測試能量而使繞線絕緣不良的情形顯現(xiàn)不出;

    c. 一般磁性材料的規(guī)格容許誤差較大, 而造成電感量有較大變化,而繞線絕緣差異較小,而使不良判別不易;

若檢驗(yàn)?zāi)康牟辉诮^緣或工序無法分離可酌情在成品階段進(jìn)行,但應(yīng)考慮磁性材料加入的影響。

3.如何決定測試脈沖電壓?

建議:考慮使用電氣環(huán)境可能出現(xiàn)的Z高脈沖電壓,并以其1.5~3倍的脈沖電壓進(jìn)行測試。

理由:a. 一般測試均在室溫下進(jìn)行,在元件Z高使用溫度下絕緣材料的絕緣能力會降低; 

    b. 在極短測試時(shí)間內(nèi)找出須經(jīng)長久絕緣劣化后方表現(xiàn)出的潛在不良情況;

4.如何制定測試標(biāo)準(zhǔn)件?

a. 依Z佳標(biāo)準(zhǔn)工藝制作樣品0pcs(成品);

b. 按規(guī)定要求檢驗(yàn)?zāi)蛪海℉i-Pot)、絕緣(IR)及低壓電氣參數(shù)(DCR,LCR,TR等);

c. 將磁性材料去除,依實(shí)際應(yīng)用情形進(jìn)行線圈自身絕緣測試(脈沖測試),無明顯異常放電或?qū)娱g(匝間)短路者可作為標(biāo)準(zhǔn)樣品使用;

d. 在脈沖測試儀上對樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)波形記憶;

e. 確定客觀容許誤差及明確的檢驗(yàn)?zāi)康?。根?jù)線圈實(shí)際生產(chǎn)情況(圈數(shù)差異,高壓、絕緣承受能力等)設(shè)定面積、面積差、過零點(diǎn)和電暈的變動(dòng)范圍作為產(chǎn)品合格與否的判據(jù);

f. 以認(rèn)定的良品與不良品來調(diào)整檢驗(yàn)規(guī)范;

g. 判定標(biāo)準(zhǔn)記錄于作業(yè)指導(dǎo)書中;

f. 用U盤保存標(biāo)準(zhǔn)波形,或?qū)盤中標(biāo)準(zhǔn)波形再保存于微機(jī)中,以利隨時(shí)調(diào)用;

h. 保留5pcs以上的認(rèn)定樣品供日后標(biāo)準(zhǔn)維護(hù);

四.正確測試操作及安全注意事項(xiàng)

注意:脈沖測試使用高壓進(jìn)行測試,操作人員必須戴高壓安全手套,腳下需墊上絕緣膠墊,交流電源輸入應(yīng)有可靠的安全接地,否則易發(fā)生觸電危險(xiǎn)!

正確的測試環(huán)境

為保持操作人員的安全、測試儀器的正確動(dòng)作以及準(zhǔn)確的測試結(jié)果,請將測試儀器的接地端子及操作臺面接地。

脈沖測試是絕緣能力測試,潮濕、污穢的操作臺面常是測量誤差的來源。

為保證測試安全及操作方便性,推薦使用腳踏啟動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)儀器測試。

五.脈沖測試技術(shù)

實(shí)際判定方式:

面積(AREA)比較;一般使用于衰減速度的比較。

面積差(DIFF-AREA):一般使用于振蕩頻率差異之比較。

過零點(diǎn)判別:在線圈衰減處于不同電壓時(shí),電感量會產(chǎn)生變化,則諧振頻率也將變化,過零點(diǎn)用于頻率變化的判別。

電暈放電(Flutter):一般使用于局部放電的檢測。

異常波形目測:若放電占整體面積比例低不易判定,測試人員可目測判定明顯異常,并可加注判定原則于作業(yè)指導(dǎo)書中。

六.同惠的脈沖測試解決方案

TH2882系列脈沖式線圈測試儀的特點(diǎn):

輸出脈沖上升速率快,適合于測試小電感量諧振頻率高的線圈產(chǎn)品;

40MHz數(shù)字采樣速率,能適應(yīng)中、小電感量產(chǎn)品測試特性佳,并可檢測局部放電(電暈);

沖擊能量低,脈沖時(shí)間短,對被測試件損壞程度小;

TH2882-3/TH2882S-3:大沖擊能量0.09焦耳

TH2882-5/TH2882S-5:大沖擊能量0.25焦耳

TH2882AS尤其適用于三相電機(jī)的測試

320×240大型圖形LCD顯示;

可屏幕測量時(shí)間、周期、電壓等;

多項(xiàng)檢測判別功能

面積(Area)比較,面積差(Diff-Area),過零點(diǎn)(Zeroing),局部放電((Flutter)

多重波形顯示能力,使目測判定簡單,增進(jìn)不良檢出能力

測試速度速度快,單次取樣測量僅需0.6S;

10.為保證設(shè)定電壓準(zhǔn)確性,儀器具備自動(dòng)電平控制(ALC)能力,使實(shí)際輸出與設(shè)定電壓相一致;

11. PSAA/FAIL判別結(jié)果有多種告警能力,可控制蜂鳴器音量、長短、次數(shù),屏幕讀數(shù)及指示等; 

12.60組Flash Memory標(biāo)準(zhǔn)波形儲存/調(diào)用能力,USB接口提供外存及轉(zhuǎn)存互用能力;

13. 標(biāo)準(zhǔn)IEEE488及RS232接口可直接與PC界面連結(jié);

14.HANDLER/SCANNER接口供自動(dòng)化測試及使儀器擴(kuò)展為脈沖式變壓器線圈測試系統(tǒng);

15.三組獨(dú)立記憶波形選擇,適用于三相馬達(dá)或多組高壓線圈掃描.