線圈元件的脈沖測(cè)試技術(shù)
一.什么是線圈元件的脈沖測(cè)試
1.線圈脈沖測(cè)試原理
預(yù)先對(duì)儲(chǔ)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(kāi)關(guān)SW1合上,在SW1合上器件,由于C1≥C2,C1快速對(duì)C2充電,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后SW1斷開(kāi)。
同時(shí),該激勵(lì)脈沖同時(shí)加于一被測(cè)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(shì)并調(diào)制以正弦信號(hào)。根據(jù)其與諧振電容C2
的衰減振蕩情況來(lái)了解線圈內(nèi)部狀態(tài)來(lái)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, 圖1. 脈沖測(cè)試方案簡(jiǎn)述
及并聯(lián)電容量等狀態(tài)。 上圖中: C1:儲(chǔ)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
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(huì)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(cè)試可在不損壞被測(cè)件的條件下測(cè)試其電氣性能。這種測(cè)試方法能在短暫的瞬間判別線圈的品質(zhì)。測(cè)量時(shí)將與標(biāo)準(zhǔn)線圈測(cè)量時(shí)同樣的脈沖通過(guò)電容器放電施加于被測(cè)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(duì)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(cè)線圈匝間和層間短路及圈 圖2 線圈的衰減震蕩曲線
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(lái)判斷絕
緣不良。
2.脈沖測(cè)試方案簡(jiǎn)述
一般地,線圈脈沖測(cè)試有兩種測(cè)試方案,即模擬式和數(shù)字式兩種。
圖4. 正常波形 圖5.匝間絕緣不良
標(biāo)準(zhǔn)件與被測(cè)件的衰減振蕩波形基本重合無(wú)顯著差 被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)件波形不符,表明被測(cè)繞組匝間絕緣
異,則被測(cè)繞組匝間絕緣* 有故障。顯示故障波形時(shí)刻能伴有放電聲,或可看
見(jiàn)放電火花和嗅到臭氧,顯示波形呈現(xiàn)放電毛刺和
波形跳動(dòng)。
圖6.?dāng)嗑€波形 圖7.短路波形
被測(cè)件繞組斷線,即開(kāi)路,顯示的波形呈一條弧 若被測(cè)件繞組*短路,則顯示的波形呈一條橫線
線,有時(shí)會(huì)在斷線處出現(xiàn)放電現(xiàn)象。
模擬式測(cè)試儀優(yōu)缺點(diǎn)如下:
優(yōu)點(diǎn)為:a. 觀察波形比較直觀;
b. 操作方便;
缺點(diǎn)為:a. 受人為因素影響大,無(wú)法用數(shù)據(jù)來(lái)判別產(chǎn)品優(yōu)劣;
b. 需將標(biāo)準(zhǔn)件長(zhǎng)時(shí)間加于測(cè)試端,會(huì)因標(biāo)準(zhǔn)件長(zhǎng)時(shí)間承受高壓而老化從而影響測(cè)試結(jié)果;
c. 電感量小的被測(cè)件很難測(cè)量,一般適用于1mH以上的線圈產(chǎn)品,如各種電機(jī)等;
d. 測(cè)試端長(zhǎng)時(shí)間輸出高壓脈沖,影響儀器壽命。測(cè)試時(shí)每20mS輸出一次脈沖,以使CRT能得到穩(wěn)定可視的波形;
e. 小電感量測(cè)試時(shí)由于很短的屏幕顯示時(shí)間,會(huì)使顯示亮度大大降低而影響觀察;
采用高速數(shù)字采樣的方法,將標(biāo)準(zhǔn)線圈的波形存儲(chǔ)于儀器中,測(cè)試時(shí)將被測(cè)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(guò)零點(diǎn)、電暈等)以決定被測(cè)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(guò)程由儀器自動(dòng)完成,可排除人為影響因素;
b. 測(cè)試時(shí)無(wú)需同時(shí)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣件,
所有測(cè)試使用統(tǒng)一判據(jù),標(biāo)準(zhǔn)樣件波形可存儲(chǔ)、調(diào)用、轉(zhuǎn)存、多機(jī)共用等;
c. 可測(cè)試電感量范圍很寬,小可測(cè)試10µH的線圈,基本適應(yīng)各種線圈產(chǎn)品的測(cè)試;
d. 高壓是瞬間輸出的,一次測(cè)試?yán)碚撋现恍栎敵鲆淮胃邏好}沖,大大延長(zhǎng)了儀器壽命。
e. 不存在顯示亮度問(wèn)題,波形可選擇狀態(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(cè)量、電壓測(cè)量、多次平均、連續(xù)測(cè)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(cè)線圈質(zhì)量的細(xì)微變化,如面積、面積差、過(guò)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)。
二.為什么要執(zhí)行脈沖測(cè)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(guò)下列途徑來(lái)完整地評(píng)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(cè)試
上述項(xiàng)目使用自動(dòng)變壓測(cè)試系統(tǒng),LCR數(shù)字電橋、圈數(shù)測(cè)試儀、直流低電阻測(cè)試儀等完成。
不同線圈間或線圈對(duì)鐵芯及外殼等的耐壓和絕緣程度
使用耐壓測(cè)試儀和絕緣電阻測(cè)試儀。
線圈自身的的絕緣程度
使用脈沖式線圈測(cè)試儀(匝間絕緣測(cè)試儀)
一般生產(chǎn)過(guò)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(zhǎng)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(wèn)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(jiàn)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(cè)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(cè)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(guò)程可保證元件正常使用下的長(zhǎng)久穩(wěn)定性。
研發(fā)或工程部門:對(duì)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(duì)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(cè)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量情況;
2. 在何工序進(jìn)行脈沖測(cè)試?
建議: 在繞線工序結(jié)束, 磁性材料加入前進(jìn)行脈沖測(cè)試
原因:a. 脈沖測(cè)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(huì)吸收測(cè)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(wú)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(cè)試脈沖電壓?
建議:考慮使用電氣環(huán)境可能出現(xiàn)的高脈沖電壓,并以其1.5~3倍的脈沖電壓進(jìn)行測(cè)試。
理由:a. 一般測(cè)試均在室溫下進(jìn)行,在元件高使用溫度下絕緣材料的絕緣能力會(huì)降低;
b. 在極短測(cè)試時(shí)間內(nèi)找出須經(jīng)長(zhǎng)久絕緣劣化后方表現(xiàn)出的潛在不良情況;
如何制定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)件?
a. 依標(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(cè)試(脈沖測(cè)試),無(wú)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(cè)試儀上對(duì)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(guò)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(lái)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(cè)試操作及安全注意事項(xiàng)
注意:脈沖測(cè)試使用高壓進(jìn)行測(cè)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(cè)試環(huán)境
為保持操作人員的安全、測(cè)試儀器的正確動(dòng)作以及準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果,請(qǐng)將測(cè)試儀器的接地端子及操作臺(tái)面接地。
脈沖測(cè)試是絕緣能力測(cè)試,潮濕、污穢的操作臺(tái)面常是測(cè)量誤差的來(lái)源。
為保證測(cè)試安全及操作方便性,推薦使用腳踏啟動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)儀器測(cè)試。
五.脈沖測(cè)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(guò)零點(diǎn)判別:在線圈衰減處于不同電壓時(shí),電感量會(huì)產(chǎn)生變化,則諧振頻率也將變化,過(guò)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(cè)。
異常波形目測(cè):若放電占整體面積比例低不易判定,測(cè)試人員可目測(cè)判定明顯異常,并可加注判定原則于作業(yè)指導(dǎo)書中。
2. 40MHz數(shù)字采樣速率,能適應(yīng)中、小電感量產(chǎn)品測(cè)試特性佳,并可檢測(cè)局部放電(電暈);
沖擊能量低,脈沖時(shí)間短,對(duì)被測(cè)試件損壞程度??;
320×240大型圖形LCD顯示;
可屏幕測(cè)量時(shí)間、周期、電壓等;
多項(xiàng)檢測(cè)判別功能
面積(Area)比較,面積差(Diff-Area),過(guò)零點(diǎn)(Zeroing),局部放電((Flutter)
多重波形顯示能力,使目測(cè)判定簡(jiǎn)單,增進(jìn)不良檢出能力
測(cè)試速度速度快,單次取樣測(cè)量?jī)H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(zhǎng)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(chǔ)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(cè)試及使儀器擴(kuò)展為脈沖式變壓器線圈測(cè)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
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