大功率電感測(cè)試裝置及其主電路及其測(cè)試的方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種具有體積小、重量輕及成本低等優(yōu)點(diǎn)的大功率電感測(cè)試裝置，該裝置包括主電路和控制電路，其中主電路包括預(yù)充電電路和電感測(cè)試電路，控制電路主要由信號(hào)采集電路及主控制芯片最小系統(tǒng)等電路構(gòu)成，在被測(cè)電感兩端設(shè)置用于檢測(cè)電感電壓的電壓傳感器，設(shè)置用于檢測(cè)被測(cè)電感電流的電流傳感器，通過采集被測(cè)電感兩端電壓及流過電感電流并饋送至主控制器進(jìn)行運(yùn)算，求取在不同功率條件下的電感值。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了該大功率電感測(cè)試裝置的主電路以及采用該大功率電感測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試的方法。本發(fā)明專利技術(shù)適用于大功率電感的測(cè)試，可模擬電感實(shí)際運(yùn)行工況，一次性求出在全功率范圍內(nèi)的電感值，并直接在顯示屏中描繪出不同電流下的電感曲線。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電感測(cè)試技術(shù)，具體是一種大功率電感測(cè)試裝置及其主電路及測(cè)試方法。
技術(shù)介紹
大功率電感元件大量應(yīng)用于各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，如電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、電抗器及電力變壓器，大功率交流傳動(dòng)中的電動(dòng)機(jī)，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)及其電力電子變換裝置中的隔離變壓器和濾波電感。在這些大功率應(yīng)用場(chǎng)合中，電感設(shè)備可能需要承載成百上千甚至上萬安培的電流。然而，由于鐵心磁導(dǎo)率與磁場(chǎng)強(qiáng)度即勵(lì)磁電流之間的非線性關(guān)系，導(dǎo)致在不同勵(lì)磁電流下所表征的電感值不盡相同。換句話說，同一電感功率元件在不同功率條件下的電感值呈非線性變化。對(duì)于這些大功率電感設(shè)備在不同運(yùn)行工況下電感量的測(cè)量，無論是對(duì)于設(shè)備生產(chǎn)廠商對(duì)所制造設(shè)備的檢測(cè)還是對(duì)在使用中設(shè)備的檢修，都具有重大意義。目前對(duì)于功率電感測(cè)量的方法是設(shè)計(jì)一個(gè)與電感功率等級(jí)相匹配的直流電流源，通過向電感注入不同直流電流來模擬電感實(shí)際的工作狀況，然后在此基礎(chǔ)上疊加一幅值很小頻率已知的交流信號(hào)，通過測(cè)量電感兩端電壓及流過電流的有效值求取相應(yīng)的阻抗值，從而計(jì)算出不同功率下的電感值。該功率電感測(cè)量方法主要存在以下不足1)體積大、重量重且成本高；2)難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。大功率功率電感通常在安裝現(xiàn)場(chǎng)所占用空間較大且笨重，現(xiàn)場(chǎng)難以給測(cè)試裝置提供很大的空間；3)須多次測(cè)量。對(duì)應(yīng)于不同功率等級(jí)，須經(jīng)過多次測(cè)量才能確定相應(yīng)的電感值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、重量輕且成本低的大功率電感測(cè)試裝置及采用該裝置進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試方法。本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的一種大功率電感測(cè)試裝置，包括主電路和控制電路，所述主電路包括充電器、電容、二極管、功率開關(guān)、電壓傳感器、電流傳感器，電容并聯(lián)在充電器的兩端，且電容的正極與充電器之間串接一開關(guān)，電容的正極通過所述功率開關(guān)連接到所述被測(cè)電感的第一端，電容的負(fù)極直接接被測(cè)電感的第二端，二極管并聯(lián)在被測(cè)電感的兩端，且二極管的負(fù)極接被測(cè)電感的第一端，二極管的正極接被測(cè)電感的第二端，所述電壓傳感器并聯(lián)于被測(cè)電感的兩端，電流傳感器與被測(cè)電感串聯(lián)，所述控制電路包括ADC采樣模塊、主控制器，ADC采樣模塊輸入端連接到所述主電路中的電壓傳感器和電流傳感器，ADC采樣模塊輸出端連接到主控制器，將采集到的電壓及電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送至主控制器進(jìn)行運(yùn)算，求取在不同功率條件下的電感值，功率開關(guān)的控制端連接到控制電路的主控制器。其中功率開關(guān)是以下器件的任一種IGBT全控功率器件、MOSFET全控功率器件、SCR。所述控制電路還可以包括一顯示器，當(dāng)主控制器根據(jù)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行電感計(jì)算后，送入顯示器進(jìn)行顯示。上述主控制器可以采用DSP，或者FPGA、或者單片機(jī)。本專利技術(shù)還提供一種大功率電感測(cè)試裝置的主電路，包括充電器、電容、二極管、功率開關(guān)、電壓傳感器、電流傳感器，電容并聯(lián)在充電器的兩端，且電容的正極與充電器之間串接一開關(guān)，電容的正極通過所述功率開關(guān)連接到所述被測(cè)電感的第一端，電容的負(fù)極直接接被測(cè)電感的第二端，二極管并聯(lián)在被測(cè)電感的兩端，且二極管的負(fù)極接被測(cè)電感的第一端，二極管的正極接被測(cè)電感的第二端，所述電壓傳感器并聯(lián)于被測(cè)電感的兩端，電流傳感器與被測(cè)電感串聯(lián)。其中功率開關(guān)是以下器件的任一種IGBT全控功率器件、MOSFET全控功率器件、SCR。本專利技術(shù)還提供一種使用上述大功率電感測(cè)試裝置進(jìn)行電感測(cè)試的方法，包括首·先將被測(cè)電感接入電源V+和V—兩端，閉合開關(guān)，由充電器給電容預(yù)充電至設(shè)定值后斷開開關(guān)；之后主控制器向功率開關(guān)發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，電容向被測(cè)電感充電，當(dāng)電流上升至電感電流額定值時(shí)，電容能量完全釋放；隨后被測(cè)電感通過二極管續(xù)流消耗其所吸收的能量，在這一過程中，ADC采樣模塊將電感電壓和電流信號(hào)采樣并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送至主控制器，主控制器基于電流和電壓采樣值，根據(jù)電感計(jì)算公式求出不同電流條件下的電感值。所述電感計(jì)算公式為L(zhǎng) = ^丨、λ——(灸= 1,2,3….)1MiZ1L lk+2 —h+ik~\~ *1 y τ左+1rptSS式中Ts為采樣頻率，Uk(k=l，2，3···.)為第k次采樣電感電壓，ik(k=l，2，3…)為第k次采樣電感電流。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于本專利技術(shù)大功率電感測(cè)試裝置的主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由一組電容器、一個(gè)二極管和一個(gè)功率開關(guān)組成，而給電容預(yù)充電采用小功率充電器，這使得系統(tǒng)裝置無論是體積、重量還是成本方面都具有十分巨大的優(yōu)勢(shì)，便于攜帶，易于對(duì)功率電感設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。本專利技術(shù)對(duì)電感的測(cè)量，僅通過在電感兩端并聯(lián)一電壓傳感器及串聯(lián)一電流傳感器，在開關(guān)閉合后通過檢測(cè)電感兩端電壓和電流便可計(jì)算出不同電流條件下的電感值，無需額外電路，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單。綜上，專利技術(shù)功率電感測(cè)試裝置便于攜帶，適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并且通過一次測(cè)量就可確定電感元件在全功率范圍內(nèi)電感值。附圖說明圖1為電感磁化曲線及電感電流與電感值大小關(guān)系示意圖。圖2為本專利技術(shù)大功率電感測(cè)試裝置原理圖。圖3為本專利技術(shù)大功率電感測(cè)試裝置進(jìn)行電感測(cè)試的電壓電流波形示意圖。具體實(shí)施例方式對(duì)于電感設(shè)備，通常會(huì)在電感線圈內(nèi)插入一鐵心以增加磁導(dǎo)率，磁導(dǎo)率與磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系式為μ = ^。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度H較小時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度近似為線性關(guān)系，磁導(dǎo)率μ幾乎不變。然而，隨著外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的進(jìn)一步增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度并非繼續(xù)線性增加，而是與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈非線性關(guān)系，并最終是趨于飽和穩(wěn)定在某一特定值，此時(shí)鐵心磁導(dǎo)率迅速下降。由電感計(jì)算公式L =字可知，電感與磁導(dǎo)率、匝數(shù)平方N2及截面積A成正比，與磁路長(zhǎng)度I成反比。電感一旦設(shè)計(jì)完成，匝數(shù)、截面積和磁路長(zhǎng)度就固定了，因而影響電感的一個(gè)主要因素便是磁導(dǎo)率μ。而磁導(dǎo)率隨著外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，所以電感值會(huì)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同而不同。流過電感的電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比例關(guān)系，因此電感值與磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系可轉(zhuǎn)化為電感值與電感電流關(guān)系，它們之間的關(guān)系曲線示意圖如圖1所示。為測(cè)量不同功率條件下電感值，可向電感通入與功率相對(duì)應(yīng)大小電流來測(cè)量電感值。請(qǐng)參閱圖2所示,本專利技術(shù)大功率電感測(cè)試裝置包括主電路和控制電路。所述主電路包括充電器、電容Cl、二極管Dl、功率開關(guān)S1、電壓傳感器VTl、電流傳 感器CT1。電容Cl并聯(lián)在充電器的兩端，且電容Cl的正極與充電器之間串接一開關(guān)Tl，電容Cl的正極通過所述功率開關(guān)SI連接到所述被測(cè)電感LI的第一端，電容Cl的負(fù)極直接接被測(cè)電感LI的第二端，二極管Dl并聯(lián)在被測(cè)電感LI的兩端，且二極管Dl的負(fù)極接被測(cè)電感LI的第一端，二極管Dl的正極接被測(cè)電感LI的第二端，所述電壓傳感器VTl并聯(lián)于被測(cè)電感LI的兩端，用來測(cè)量電感端電壓，電流傳感器CTl與被測(cè)電感LI串聯(lián)，用于測(cè)量電感電流。其中功率開關(guān)SI可以是IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)全控功率器件或MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,金氧半場(chǎng)效晶體管)全控功率器件或SCR (Silicon Controlled Rectifier,單向可控硅)。功率開關(guān)SI的控制端連接到控制電路的主控制器。所述控制電路包括ADC采樣模塊、主控制器。ADC采樣模塊輸入端連接到所述主電路中的電壓傳感器VTl本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種大功率電感測(cè)試裝置，包括主電路和控制電路，其特征在于：所述主電路包括充電器、電容、二極管、功率開關(guān)、電壓傳感器、電流傳感器，電容并聯(lián)在充電器的兩端，且電容的正極與充電器之間串接一開關(guān)，電容的正極通過所述功率開關(guān)連接到所述被測(cè)電感的第一端，電容的負(fù)極直接接被測(cè)電感的第二端，二極管并聯(lián)在被測(cè)電感的兩端，且二極管的負(fù)極接被測(cè)電感的第一端，二極管的正極接被測(cè)電感的第二端，所述電壓傳感器并聯(lián)于被測(cè)電感的兩端，電流傳感器與被測(cè)電感串聯(lián)，所述控制電路包括ADC采樣模塊、主控制器，ADC采樣模塊輸入端連接到所述主電路中的電壓傳感器和電流傳感器，?ADC采樣模塊輸出端連接到主控制器，將采集到的電壓及電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送至主控制器進(jìn)行運(yùn)算，求取在不同功率條件下的電感值，功率開關(guān)的控制端連接到控制電路的主控制器。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種大功率電感測(cè)試裝置，包括主電路和控制電路，其特征在于所述主電路包括充電器、電容、二極管、功率開關(guān)、電壓傳感器、電流傳感器，電容并聯(lián)在充電器的兩端，且電容的正極與充電器之間串接一開關(guān)，電容的正極通過所述功率開關(guān)連接到所述被測(cè)電感的第一端，電容的負(fù)極直接接被測(cè)電感的第二端，二極管并聯(lián)在被測(cè)電感的兩端，且二極管的負(fù)極接被測(cè)電感的第一端，二極管的正極接被測(cè)電感的第二端，所述電壓傳感器并聯(lián)于被測(cè)電感的兩端，電流傳感器與被測(cè)電感串聯(lián)，所述控制電路包括ADC采樣模塊、主控制器，ADC采樣模塊輸入端連接到所述主電路中的電壓傳感器和電流傳感器，ADC采樣模塊輸出端連接到主控制器，將采集到的電壓及電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送至主控制器進(jìn)行運(yùn)算，求取在不同功率條件下的電感值，功率開關(guān)的控制端連接到控制電路的主控制器。2.如權(quán)利要求1所述的大功率電感測(cè)試裝置，其特征在于其中功率開關(guān)是以下器件的任一種=IGBT全控功率器件、MOSFET全控功率器件、SCR03.如權(quán)利要求1所述的大功率電感測(cè)試裝置，其特征在于所述控制電路還包括一顯示器，顯示主控制器根據(jù)采樣數(shù)據(jù)計(jì)算得到的電感值。4.如權(quán)利要求1所述的大功率電感測(cè)試裝置，其特征在于上述主控制器采用DSP，或者FPGA、或者單片機(jī)。5.一種大功率電感測(cè)試裝置的主電路，其特征在于包括充電器、電容、二極管、功率開...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：汪海寧，張健，賴紀(jì)東，蘇建徽，張國(guó)榮，茆美琴，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合肥工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：