龐聰 孫妍嫣 王諶凱

松下家電研究開發(fā)（杭州）有限公司 浙江杭州 310018

1 引言

家用電器產(chǎn)品的電氣安全測(cè)試項(xiàng)目中有一項(xiàng)電氣強(qiáng)度試驗(yàn),目的是檢驗(yàn)產(chǎn)品的耐壓和抗絕緣能力。根據(jù)IEC 60335-1的13.3條款要求，其測(cè)量設(shè)備的終端測(cè)試電壓時(shí)，高壓電源應(yīng)滿足對(duì)應(yīng)的短路電流Is和跳閘電流Ir能力，該要求如表1所示。

在我們進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，對(duì)設(shè)備操作只有跳閘電流Ir設(shè)置，并未涉及短路電流Is設(shè)置，那么這個(gè)短路電流Is究竟代表什么意思，起到什么作用呢？另外根據(jù)JJG 795《耐電壓檢測(cè)儀檢定規(guī)程》，只有Ir檢定章程，沒有Is檢定方法，因此目前第三方計(jì)量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室無法在校準(zhǔn)證書上提供短路電流Is能力數(shù)據(jù)。這就導(dǎo)致有些實(shí)驗(yàn)室通過采購(gòu)跳閘能力Ir≥200mA的設(shè)備，來確保Is≥200mA，但是這樣的設(shè)備容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求，不僅使設(shè)備重量變大，不利于操作者維護(hù)使用，也使實(shí)驗(yàn)室成本上升。那么有沒有方法來驗(yàn)證短路電流Is，讓實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確把握設(shè)備短路容量狀況，避免不符合標(biāo)準(zhǔn)要求？本文就以上兩個(gè)問題點(diǎn)開展討論與分析。

2 短路電流Is和跳閘電流Ir理解

耐壓儀工作原理就是將輸入電壓經(jīng)過升壓變壓器，將電壓升至所需試驗(yàn)電壓，然后施加在被測(cè)物兩端，通過測(cè)量被測(cè)物兩端產(chǎn)生的微小電流，反饋到耐壓儀的控制器，判斷是否超過設(shè)置的跳閘電流Ir，若超過設(shè)置值，則啟動(dòng)電流繼電器動(dòng)作，斷開測(cè)量回路并輸出報(bào)警提示，若未超過則輸出通過提示。圖1為工作原理框圖。

耐壓儀的高壓輸出主要是靠升壓變壓器，能將輸入電壓升壓到幾十、幾百倍后再輸出。升壓變壓器等效原理圖如圖2所示：Es和Zs是變壓器驅(qū)動(dòng)電源的電動(dòng)勢(shì)和輸出阻抗；R1和L1是初級(jí)線圈的電阻和電感；為了防止意外短路時(shí)變壓器因過載而損壞，從而存在危害人身安全隱患，在變壓器輸出次級(jí)接一個(gè)限流電阻器R0；I1和I2是流過初級(jí)和次級(jí)線圈的電流，當(dāng)次級(jí)輸出短路時(shí)，產(chǎn)生的I2電流就是我們所說的短路電流Is。跳閘電流Ir不屬于升壓模塊里，而是設(shè)備內(nèi)置連接控制器的限流繼電器模塊來實(shí)現(xiàn)。

3 短路電流Is 驗(yàn)證方法

3.1 間接驗(yàn)證法

根據(jù)市面主流耐壓儀參數(shù)可知，耐壓儀容量分500VA和1000VA，現(xiàn)就菊水的TOS5302（額定容量500VA，短路電流200mA以上）為例說明短路電流＞200mA驗(yàn)證方法。

圖1 耐壓儀工作原理框圖

圖2 升壓變壓器等效原理圖

圖3 驗(yàn)證短路電流連接圖

圖4 實(shí)際測(cè)量布置圖

3.1.1 驗(yàn)證方法理論說明

通過設(shè)計(jì)回路，模擬被測(cè)擊穿，使110mA跳閘電流動(dòng)作，觀測(cè)此時(shí)，實(shí)際產(chǎn)生的電流大小，若產(chǎn)生電流＞200mA，則說明該設(shè)備的短路電流能力＞200mA。

3.1.2 回路接線方式

回路接線方式如圖3所示。

3.1.3 測(cè)試步驟

（1）驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)合理過程

電阻R1和R2的作用是分壓限流，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)現(xiàn)有電阻器可任意設(shè)置大小，但是要遵循兩個(gè)原則：一是當(dāng)輸出4000V時(shí)，電路的電流要略大于200mA，個(gè)人認(rèn)為250mA左右即可；二是電阻R1分壓到的電壓值不能超過電壓探頭的量程，防止損壞電壓探頭。以下是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室有的電阻器設(shè)置的參數(shù)：負(fù)載R1和R2分別為1.5kΩ和13kΩ，則示波器測(cè)量的電阻R1兩端電壓：

U=4000×1.5/(13+1.5)=413.8V

故選取1000V的高壓探頭就可以保證設(shè)備安全。

測(cè)量各電阻值：R1電阻1.56kΩ，R2電阻13.11kΩ，輸出電壓為耐壓儀顯示電壓值U。測(cè)量布置圖如圖4所示。

設(shè)置TOS5302參數(shù)設(shè)定：

ACW：500/1000V，Dwell time：60s，Ramp time：0.1s；將耐壓儀H.V輸出夾R2的一端，Return輸出夾R1一端，整個(gè)H.V與Return所構(gòu)成的總電阻為14.67kΩ，接線方式如圖3；按下Test鍵，得到耐壓儀顯示漏電流和示波器顯示電流對(duì)應(yīng)值如表2。

由這兩組數(shù)據(jù)驗(yàn)證可知：①耐壓儀顯示的電流值和電路計(jì)算電流值一致；②通過讀取示波器電壓值，計(jì)算得到電流值與耐壓儀流過的電流值一致。得到的結(jié)論就是計(jì)算流經(jīng)R1的電流值就是流經(jīng)耐壓儀的電流，那么只要耐壓儀輸出4000V時(shí)，流經(jīng)R1的電流＞200mA，即耐壓儀可承受的流經(jīng)電流＞200mA。

（2）有了上面準(zhǔn)備工作，開始測(cè)量各電壓值下流經(jīng)耐壓儀的電流。耐壓儀參數(shù)設(shè)定為：

ACW：2000/3000/4000V；Dwell time：60s；Ramp time：0.1s。

因R1電流大于100mA時(shí)，耐壓儀會(huì)切斷輸出報(bào)警，故將耐壓儀H.V輸出夾暫時(shí)不夾電阻，Return輸出夾R1電阻，暫不構(gòu)成電路通路；計(jì)算出R1分壓電壓值，設(shè)置示波器觸發(fā)條件；按下Test鍵；將高壓H.V去觸碰電阻R1，模擬輸出瞬間短路并擷取波形。

（3）測(cè)試結(jié)果

耐壓儀理論電流值與計(jì)算值比較如表3所示，4000V時(shí)，觸發(fā)得到的電壓波形如圖5所示。

（4）測(cè)試結(jié)論

實(shí)際測(cè)得的結(jié)果耐壓儀面板會(huì)顯示ACW 4kV，OVER 110mA，示波器測(cè)量得到電阻R1兩端電壓降364.16V（顯示峰值515V），所以計(jì)算得知對(duì)應(yīng)電流為233.44mA。若將輸出直接短路，短路電流會(huì)更大，故可以得知升壓器的限流電阻所限制的短路電流≥233.44mA，即Is＞200mA得到驗(yàn)證。反之，如果理論計(jì)算流經(jīng)電流遠(yuǎn)大于200mA，但通過測(cè)量R1電壓再計(jì)算電流，該電流值不能到200mA，則說明耐壓儀的升壓變壓器輸出側(cè)使用的限流電阻器將電流限制在200mA以下，即不能滿足Is≥200mA要求。

表1 高壓電源的特性

表2 耐壓儀顯示電流值與計(jì)算值比較

表3 耐壓儀理論電流值與計(jì)算值比較

圖5 電壓截取波形（設(shè)置4000V）

3.2 直接測(cè)量法

通過用電流探頭直接測(cè)量短路電流值。因?yàn)槟蛪簝x的短路電流值預(yù)計(jì)在mA級(jí)，一般不會(huì)超過1A，因此選用電流探頭時(shí)，只要量程夠大，精度足夠即可。操作方法為：

（1）將耐壓儀輸出電壓設(shè)置到4000V，跳閘電流設(shè)置為設(shè)備的最大值；

（2）將耐壓儀輸出H.V和RETUR兩端輸出線連接；

（3）將示波器電流探頭夾在輸出線上，并設(shè)置好示波器單次觸發(fā)模式；

（4）按下耐壓儀的測(cè)試鍵，此刻耐壓儀是會(huì)立刻切斷輸出電壓并報(bào)警；

（5）讀取示波器上截到的電流波形，若電流值＞200mA即短路電流Is＞200mA。

該方法直接了當(dāng)，免去計(jì)算和驗(yàn)證過程，但是直接短路畢竟是模擬一種非正常測(cè)量，對(duì)設(shè)備會(huì)造成較大沖擊，可能使儀器損壞。

4 結(jié)論

本文從耐壓儀工作原理角度闡述了短路電流Is和跳閘電流Ir產(chǎn)生因素及實(shí)際意義，并介紹間接驗(yàn)證短路電流和直接測(cè)量短路電流兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。只要實(shí)驗(yàn)室具備測(cè)量?jī)x器設(shè)備，且測(cè)試人員完全理解短路電流測(cè)量驗(yàn)證原理并掌握方法，其實(shí)直接測(cè)量法和間接驗(yàn)證法均能得出耐壓儀的短路電流Is能力，只是從保護(hù)設(shè)備的角度出發(fā)，建議使用間接測(cè)量法。最后需要注意整個(gè)測(cè)量驗(yàn)證過程一定要注意安全，操作者需穿絕緣鞋、使用絕緣手套等勞保用品，防止意外發(fā)生。