作者簡介：馮杰，我國老一輩測試測量工程師，長期供職于西北電網(wǎng)，主要負(fù)責(zé)電站調(diào)試與測控設(shè)備研制，在此期間發(fā)表了數(shù)十篇引起行業(yè)轟動(dòng)的技術(shù)研究型論文，國家頒布的專利證書多個(gè)。九十年代后期，獨(dú)自南下赴深圳創(chuàng)立“亨利電子”，在長期為眾多電子企業(yè)解決技術(shù)難題的積累和思考下，他所提出的“動(dòng)態(tài)品質(zhì)檢測理念”以及解決方案逐漸引起很多權(quán)威專家和企業(yè)的認(rèn)可。
以往，有關(guān)電容或電容設(shè)備參數(shù)的檢測，大多采用電橋原理。其構(gòu)成必然設(shè)標(biāo)準(zhǔn)電容與調(diào)整橋路平衡，間接取得電容量值等參數(shù)。現(xiàn)時(shí)，盡管一些專業(yè)電橋引入了智能分析功能，而電橋小信號(hào)靜態(tài)局限，仍然難以反映實(shí)際工作狀態(tài)下某些特性。由于受到電網(wǎng)高壓設(shè)備電容參數(shù)檢測的啟發(fā)，筆者試圖取工頻為測試電源。并且探求以電流值反映電容量值，即I//C工頻變量常數(shù)。這樣，其技術(shù)方案在不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)電容。不須平衡橋路，靈活選取工頻測試電源又能盡量使試品在符合實(shí)際工作狀況下，直讀電容量值，以及有功損失等參數(shù)。是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)品質(zhì)檢測可取方案。
一、I//C工頻變量常數(shù)簡介：
由電工原理可知，在交流電路里：
電容量：C=[Ic/ω*Uc]*106（μF）
其中電容電流：Ic=ω*C*Uc（A）
如果設(shè)計(jì)，Ic=ω*C*Uc=1mA
希望1mA電流反映電容量值：C=[1mA/ω*Uc]*103=1μF
這時(shí)，當(dāng)角頻率ω不變條件下，將設(shè)計(jì)的電壓常量Uc=3.185V代入,等式平衡時(shí)，便有著1mA電流反映1μF電容量值的變量常數(shù)關(guān)系。即I/C=1mA/1μF。如果以10倍關(guān)系，改變常量電壓Uc，便可得到1mA/10μF、1mA/1μF、1mA/0.1μF、1mA/0.01μF、1mA/1000PF, 1mA/100PF，等變量常數(shù)族。
設(shè)計(jì)工頻50HZ/60HZ I//C變量常數(shù)表如下：
二、I//C變量，非橋路直讀原理簡述：
電路中，測試電源取自50HZ或60HZ工業(yè)電網(wǎng)。經(jīng)CBY常數(shù)變量器取常量電壓UC;開關(guān)K對應(yīng)選擇電網(wǎng)頻率;電流互感器HL1,HL2二次回路經(jīng)RO分壓取樣供AC200mV顯示，以mV對應(yīng)電流mA，以及mV對應(yīng)電容μF。設(shè)電力參數(shù)表顯示被試電容有功損耗P=W，介質(zhì)損耗tanδ。
三、I//C變量常數(shù)直讀應(yīng)用特點(diǎn)：
◎ 非橋路直讀，不須標(biāo)準(zhǔn)電容，不設(shè)平衡調(diào)節(jié)，簡化電路，明確客觀直讀;
◎ 測試頻率電源取自工業(yè)大電網(wǎng)，穩(wěn)定實(shí)用，滿足工程應(yīng)用誤差要求;
◎ 有利于設(shè)計(jì)高壓介質(zhì)損耗檢測新方案，以及高壓設(shè)備運(yùn)行絕緣監(jiān)測方案;
◎ 測試電壓UC由0.3185V到31.85KV，既適應(yīng)低壓器件，又適應(yīng)電網(wǎng)高壓;
◎ 變量輸出電流寬范，特別適應(yīng)動(dòng)態(tài)檢測儀器的設(shè)計(jì);
◎ 與電力參數(shù)表配合，簡化了電容設(shè)備有功損耗以及介質(zhì)損耗測試方案。
四、設(shè)計(jì)制作實(shí)例：
# 實(shí)用的電容多量程與有功損耗，介質(zhì)損耗直讀儀
# 由I//C工頻變量常數(shù)表中，取變量常數(shù)I/C=1mA/1μF，常量電壓UC=3.185V;
# 設(shè)計(jì)常數(shù)變量器，一次220V 50HZ,二次UC=3.185V+△u=3.3V,10A;
# 設(shè)計(jì)電容量程檔位，199.9μF，1999μF，19.99mF三檔切換;
# 應(yīng)用LED數(shù)碼電力表，轉(zhuǎn)換測量有功損耗P=W，介質(zhì)損耗tanδ=CosΦ;
# 應(yīng)用LED數(shù)碼AcmV表與電流互感器配合，測試與50HZ紋波動(dòng)態(tài)電流值。
測控電路圖：
1、測量部分：CBY常數(shù)變量器電源取自50HZ 220V，二次繞組Uc=3.185V+△u=3.3V，1mA/1μF常數(shù)關(guān)系反映電容量值。電流互感器HL1取樣測試回路電流，互感器HL2,HL3二次分壓構(gòu)成三檔電容測試。HL1、HL2、HL3采用市場方便購買的TA17-1/2000匝，20A/10mA-300Ω-3V，HL1、HL2一次為穿芯一匝，HL3穿芯繞10匝;電流與電容量顯示均采用LED，三位半AC200mV表頭。有功與介質(zhì)損耗測試由市場購數(shù)顯電力表完成。操作按鍵N選擇P為有功功率顯示，PF為介質(zhì)損失顯示，COSφ=tanδ。同時(shí)電力表還有電流電壓顯示功能，其乘積就是電容器的無功分量稱：Var=Uc●Ic=VA.
2、測控操作電路：By為操作電源變壓器，二次8.5V供電流表和電容表數(shù)顯工作電源;24V經(jīng)整流供測控信號(hào)電源。操作開關(guān)K使繼電器J接通或斷開測量回路，以免接入或取除被試電容CX時(shí)產(chǎn)生電火花。KB為過電流保護(hù)開關(guān)，KA為三刀波段開關(guān)，切換電流2A/20A檔，并LED發(fā)光管檔位顯示及小數(shù)點(diǎn)變換，KC為三檔電容開關(guān)，三刀三擲波段開關(guān)，其功能選擇電容檔位，LED發(fā)光管檔位顯示以及表頭小數(shù)點(diǎn)變換。只有200μF檔才投入HL3，當(dāng)2000μF與20mF檔均由繼電器J2,J3接點(diǎn)將HL3一次繞組10匝短路，以減少電路損耗。
3、安裝接線：電流互感器HL1、HL2、HL3，繼電器J、J2、J3均安裝在萬用電路板上，繼電器選用JQC-3FF型，接點(diǎn)12A，線圈DC24V。測試電源3.3V至CX主回路導(dǎo)線截面不小于2平方毫米。其它0.3平方毫米多股軟線。
4、面板設(shè)計(jì)：尺寸：120mm*360mm，各部件安排圖示
設(shè)計(jì)制作儀器面板圖
5、調(diào)整試驗(yàn)：
＊ 檢查接線正確，無虛焊錯(cuò)焊。接通電源開關(guān)，觀察電流表，電容表，電力表均顯零值。各檔位對應(yīng)LED燈顯示正確。
＊ 電容檔位對應(yīng)電流值核對，電容檔位選200μF，電流檔位選2A檔，選標(biāo)稱電壓≥25V,100μ電容接入CX，按下測試開并K，電容表顯示100μF±5%,電流表顯示0.100A±5%。正確后，再用1000μF，4700μF核對另外兩檔，以確認(rèn)I//C變量常數(shù)工作在1mA/1μF即1A/1000μF。
＊ 電力表P=W，COSφ=tanδ核對：
市場購得的數(shù)顯電力表內(nèi)含電壓U=V，電流I=A，有功P=W以及PF=COSφ=tanδ等四個(gè)功能顯示，接入被試電容CX后，按鍵N切換讀取電壓UC，回路電流Ic可核對變量常數(shù)關(guān)系。讀取P=W為CX所反映的有功損耗，讀取PF為電容與損耗電流之夾角，即COSφ=tanδ。
＊ 測量電解質(zhì)電容器標(biāo)稱電壓應(yīng)在25V或以上。有功損耗大多反映在ESR內(nèi)阻上。這里特別指出，被試電解電容器件，是在工頻紋波電流條件下檢測其電容量與有功損耗的。比較有利于發(fā)現(xiàn)品質(zhì)缺陷。
由于常量電壓UC=3.185V+△u=3.3V,對于無極性電容器件有功損耗靈敏度較低，而電容量準(zhǔn)確無誤。也可在常數(shù)表中另取UC設(shè)計(jì)。
＊ 輸出端不允許人為短路。否則，過大電流造成損壞。測試過程中注意觀察電流表，如試品CX擊穿，電流表超過20A，應(yīng)及時(shí)操作測試開關(guān)K，斷開測試回路，排除故障再試。
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