在這篇文章中，我將介紹一種測量通過絕緣電阻的漏電流的方法。
絕緣劣化是電機、高壓變壓器和發(fā)電機電氣設備故障的主要原因之一。絕緣故障可能導致危險電壓、火災、高故障電流和爆炸、設備和財產損壞、人身傷害和致命事故。絕緣失效的主要原因是介電污染、溫度循環(huán)、過度過載、過電壓引起的電壓應力過大和老化。
電氣和電子工程師協(xié)會 (IEEE) 旋轉機械絕緣電阻測試推薦規(guī)程 (IEEE 43-2000) 描述了測量絕緣電阻的程序，包括旋轉機械繞組的典型絕緣電阻特性以及這些特性如何指示繞組狀況。該標準推薦了交流 (AC) 和直流 (DC) 旋轉電機繞組的最小可接受絕緣電阻值。根據 IEEE 43-2000，表示可接受條件的典型絕緣電阻為 100MΩ 及以上。
圖 1 是該方法的高級框圖，它需要施加一個固定電壓（500V，使用子板上的高壓 DC/DC 轉換器產生）并測量由泄漏電流引起的分流器兩端的電壓. 多個可切換的分流電阻依次打開以測量絕緣電阻。
當發(fā)生完全短路時，絕緣電阻為0Ω，一個滿電流或最大電流（等于500V/R LIMIT）可以通過絕緣電阻。在測量的這一點上，具有較小的分流值（通過打開所有開關）是強制性的。這種方法稱為“單分流”方法。更高的絕緣要求更高的分流值，通過打開和關閉 MOSFET 開關來實現(xiàn)。這種方法稱為“多分流”方法。分流監(jiān)測器 (CSM) 測量流經分流器的漏電流。如果需要，您可以使用 CSM 的增益設置引腳以增益放大泄漏電流。如果不需要增益，請使用多路復用器 (MUX) 直接將電壓路由到分流器上。
由于測量電路連接到高壓，隔離放大器（ISO AMP）隔離測量的輸出電壓；您可以將 ISO AMP 輸出連接到 MCU（微控制器）。MCU 還生成信號來控制可切換分流器、CSM 和 MUX 通道的增益設置；數(shù)字隔離器隔離這些信號。
圖 2 顯示了一種單分流方法，其中 MOSFET 開關關閉，CSM 的 GS0 和 GS1 引腳獲得測量電流，并且 MUX 被編程以選擇 CSM 輸出。
圖 3 顯示了一種多分流方法，其中 MOSFET 開關根據測量信號打開和關閉，不使用 CSM，并且 MUX 被編程為直接選擇分流上的電壓。
我使用圖 2 和圖 3 所示的兩種方法測試了這種方法的測量精度。
圖 4 顯示了單分流方法的測量精度。分流電阻值固定為 22Ω，但您可以動態(tài)改變 CSM（本例中為 INA225）的增益。兩種顏色指定增益設置（黃色部分的增益 = 25 V/V，棕色部分的增益 = 200 V/V）。
圖 5 顯示了多分流方法的測量精度。MOSFET 的開啟和關閉動態(tài)地改變分流電阻值，而 ISO AMP 的輸出在任何時候都不得低于 200mV。對于0Ω和3MΩ之間的絕緣電阻，分流電阻的值為220kΩ || 2.7kΩ || 261Ω（綠色區(qū)域）。對于 3.1MΩ 和 39.6MΩ 之間的絕緣電阻，分流電阻的值為 220 kΩ || 2.7kΩ（粉紅色區(qū)域）。對于 39.7MΩ 和 98.4MΩ 之間的絕緣電阻，分流電阻的值為 220kΩ（藍色區(qū)域）。
我用電機測試了建議的方法，如圖 6 所示。我測量了一個電機端子（黃線）和電機框架（黑線）之間的絕緣電阻。圖 7 顯示了電機部分的放大版本。在這個實驗中，我使用了一個 2HP 三相交流感應電機。
電機的絕緣電阻（用 Keithley 的高電阻測量設備測量）為 547MΩ。為了測量，我故意將一個 100MΩ 電阻與電機絕緣并聯(lián)，造成絕緣故障。絕緣電阻547MΩ || 100MΩ = 84.54MΩ（理論上）。我用這種方法測量了并行組合。
表 1 顯示了采用單分流方法和多分流方法的絕緣電阻測量值。
絕緣測量是任何電氣設備診斷和測試的重要組成部分。在工廠中，此類測量可幫助客戶減少或防止此類故障導致的停機時間。絕緣測量測試的準確性可能不是強制性的，因為絕緣電阻的范圍足以猜測故障情況。但是我在這里描述的方法的測量誤差小于 5%。
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