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(shū)中；

f.  用U盤(pán)保存標(biāo)準(zhǔn)波形，或?qū)盤(pán)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(shū)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)試件損壞程度小；

 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)或多組高壓線圈掃描；