線圈元件的脈沖測試技術

一．什么是線圈元件的脈沖測試

1．線圈脈沖測試原理

預先對儲能電容C1充電，充電電壓為儀器設定得大電壓，以一極短暫的時間將開關SW1合上，在SW1合上器件，由于C1≥C2，C1快速對C2充電，經過一段時間后SW1斷開。
同時，該激勵脈沖同時加于一被測線圈Lx，C2、Rp、Lx將呈現(xiàn)一自由衰減震蕩，該衰減震蕩呈指數(shù)下降趨勢并調制以正弦信號。根據其與諧振電容C2
的衰減振蕩情況來了解線圈內部狀態(tài)來判斷該繞線
元件品質情況： 包含線圈自身的絕緣，繞線電感量，        圖1.  脈沖測試方案簡述
及并聯(lián)電容量等狀態(tài)。               上圖中：         C1：儲能電容
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

線圈類產品（如變壓器、電機等）由于繞線材料、磁性材料、骨架、加工工藝等因素的影響會產生線圈層間、匝間及引腳間等絕緣性能的降低。
線圈的脈沖測試可在不損壞被測件的條件下測試其電氣性能。這種測試方法能在短暫的瞬間判別線圈的品質。測量時將與標準線圈測量時同樣的脈沖通過電容器放電施加于被測線圈，由于線圈電感量、雜散電容和Q值的存在，將響應一個對應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, 如果施加一個高電壓
脈沖，根據出現(xiàn)的電暈或層間放電來判斷絕
緣不良。

  2．脈沖測試方案簡述

一般地，線圈脈沖測試有兩種測試方案，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
標準件與被測件的衰減振蕩波形基本重合無顯著差        被測件與標準件波形不符，表明被測繞組匝間絕緣
異，則被測繞組匝間絕緣*                        有故障。顯示故障波形時刻能伴有放電聲，或可看
見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。



圖6．斷線波形                                      圖7．短路波形
被測件繞組斷線，即開路，顯示的波形呈一條弧         若被測件繞組*短路，則顯示的波形呈一條橫線
線，有時會在斷線處出現(xiàn)放電現(xiàn)象。
模擬式測試儀優(yōu)缺點如下：
優(yōu)點為：a. 觀察波形比較直觀；
b. 操作方便；
缺點為：a. 受人為因素影響大，無法用數(shù)據來判別產品優(yōu)劣；
b. 需將標準件長時間加于測試端，會因標準件長時間承受高壓而老化從而影響測試結果；
c. 電感量小的被測件很難測量，一般適用于1mH以上的線圈產品，如各種電機等；
d. 測試端長時間輸出高壓脈沖，影響儀器壽命。測試時每20mS輸出一次脈沖，以使CRT能得到穩(wěn)定可視的波形；
e. 小電感量測試時由于很短的屏幕顯示時間，會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，將標準線圈的波形存儲于儀器中，測試時將被測波形與標準波形比較，根據設定的判據（面積、面積差、過零點、電暈等）以決定被測線圈的優(yōu)劣。該方法有如下優(yōu)點：
   a. 高速數(shù)字取樣使判別過程由儀器自動完成，可排除人為影響因素；      
   b. 測試時無需同時測量標準樣件，
所有測試使用統(tǒng)一判據，標準樣件波形可存儲、調用、轉存、多機共用等；
       c. 可測試電感量范圍很寬，小可測試10µH的線圈，基本適應各種線圈產品的測試；
       d. 高壓是瞬間輸出的，一次測試理論上只需輸出一次高壓脈沖，大大延長了儀器壽命。
       e. 不存在顯示亮度問題，波形可選擇狀態(tài)下顯示；
       f. 由于數(shù)字化和智能化技術的采用，可執(zhí)行許多附加的分析功能，如時間與周期測量、電壓測量、多次平均、連續(xù)測試、輸出電壓的自動電平控制（ALC）、PASS/FAILL的聲音模式選擇等；
       g. 可采用多種形式的判據以分辨出被測線圈質量的細微變化，如面積、面積差、過零點、電暈等。
       h. 使用多種接口于不同的目的。如USB接口用于數(shù)據和標準波形的轉存和保存，IEEE488接口和RS232接口用于人機通訊或組成自動測試系統(tǒng)，HANDLER/SCANNER接口用于自動機械處理器和脈沖式變壓器線圈自動測試系統(tǒng)。

二．為什么要執(zhí)行脈沖測試

一般地，由一個或多個線圈組合而成的電感器、變壓器、馬達等繞線元件需要通過下列途徑來完整地評估該線繞元件的品質情況：

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)測試

上述項目使用自動變壓測試系統(tǒng)，LCR數(shù)字電橋、圈數(shù)測試儀、直流低電阻測試儀等完成。

不同線圈間或線圈對鐵芯及外殼等的耐壓和絕緣程度

使用耐壓測試儀和絕緣電阻測試儀。

線圈自身的的絕緣程度

使用脈沖式線圈測試儀（匝間絕緣測試儀）

一般生產過程中檢驗合格的元件，使用于電氣電子產品中，即使短期功能正常，但長期使用也可能因線圈自身的絕緣不佳而產生潛在的不良因素，而影響產品的之壽命和穩(wěn)定性。

絕緣問題導致產品不良的表現(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；

原始設計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；

繞線工序結束，磁性材料加入前進行脈沖測試，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)或接線明顯錯誤（Lx，前段諧振周期變化）

c. 繞線方式錯誤（并聯(lián)電容Cx變化，后段諧振周期）

三．如何進行脈沖測試

1． 使用于何部門？

良好的設計、正確的材料使用及合理的加工過程可保證元件正常使用下的長久穩(wěn)定性。

研發(fā)或工程部門：對工程設計或變更不良進行經驗證；

進貨檢驗：對進貨材料質量進行把關，防止不良材料混入；

生產線：隨時監(jiān)測生產過程的質量情況；

2.  在何工序進行脈沖測試?

建議: 在繞線工序結束, 磁性材料加入前進行脈沖測試

原因：a. 脈沖測試的主要目的是檢驗線圈本身的絕緣情形而非磁性材料的特性檢驗；

 b. 磁性材料會吸收測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；

若檢驗目的不在絕緣或工序無法分離可酌情在成品階段進行，但應考慮磁性材料加入的影響。

3． 如何決定測試脈沖電壓？

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倍的脈沖電壓進行測試。

理由：a. 一般測試均在室溫下進行，在元件高使用溫度下絕緣材料的絕緣能力會降低；

b. 在極短測試時間內找出須經長久絕緣劣化后方表現(xiàn)出的潛在不良情況；

如何制定測試標準件？

a.  依標準工藝制作樣品0pcs（成品）；

b.  按規(guī)定要求檢驗耐壓（Hi-Pot）、絕緣（IR）及低壓電氣參數(shù)（DCR，LCR，TR等）；

c.  將磁性材料去除，依實際應用情形進行線圈自身絕緣測試（脈沖測試），無明顯異常放電或層間（匝間）短路者可作為標準樣品使用；

d.  在脈沖測試儀上對樣品進行標準波形記憶；

e.  確定客觀容許誤差及明確的檢驗目的。根據線圈實際生產情況（圈數(shù)差異，高壓、絕緣承受能力等）設定面積、面積差、過零點和電暈的變動范圍作為產品合格與否的判據；

f.  以認定的良品與不良品來調整檢驗規(guī)范；

g.  判定標準記錄于作業(yè)指導書中；

f.  用U盤保存標準波形，或將U盤中標準波形再保存于微機中，以利隨時調用；

h.  保留5pcs以上的認定樣品供日后標準維護；

四．正確測試操作及安全注意事項

注意：脈沖測試使用高壓進行測試，操作人員必須戴高壓安全手套，腳下需墊上絕緣膠墊，交流電源輸入應有可靠的安全接地，否則易發(fā)生觸電危險！

正確的測試環(huán)境

為保持操作人員的安全、測試儀器的正確動作以及準確的測試結果，請將測試儀器的接地端子及操作臺面接地。

脈沖測試是絕緣能力測試，潮濕、污穢的操作臺面常是測量誤差的來源。

為保證測試安全及操作方便性，推薦使用腳踏啟動開關啟動儀器測試。

五．脈沖測試技術

實際判定方式：

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。

過零點判別：在線圈衰減處于不同電壓時，電感量會產生變化，則諧振頻率也將變化，過零點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。

異常波形目測：若放電占整體面積比例低不易判定，測試人員可目測判定明顯異常，并可加注判定原則于作業(yè)指導書中。

2． 40MHz數(shù)字采樣速率，能適應中、小電感量產品測試特性佳，并可檢測局部放電（電暈）；

沖擊能量低，脈沖時間短，對被測試件損壞程度小；

320×240大型圖形LCD顯示；

可屏幕測量時間、周期、電壓等；

多項檢測判別功能

面積（Area）比較，面積差（Diff-Area），過零點（Zeroing），局部放電（（Flutter）

多重波形顯示能力，使目測判定簡單，增進不良檢出能力

測試速度速度快，單次取樣測量僅需0.6S；

10． 為保證設定電壓準確性，儀器具備自動電平控制(ALC)能力，使實際輸出與設定電壓相一致；

11． PSAA/FAIL判別結果有多種告警能力，可控制蜂鳴器音量、長短、次數(shù)，屏幕讀數(shù)及指示等；

12． 60組Flash Memory標準波形儲存/調用能力，USB接口提供外存及轉存互用能力；

13． 標準IEEE488及RS232接口可直接與PC界面連結；

14． HANDLER/SCANNER接口供自動化測試及使儀器擴展為脈沖式變壓器線圈測試系統(tǒng)；

15． 三組獨立記憶波形選擇，適用于三相馬達或多組高壓線圈

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