漆包线软化击穿试验仪系统设计

徐立娟

（长沙民政职业技术学院 电子信息工程学院，长沙 410004）

0 前言

我国年产漆包线30 WT以上，漆包线是绕组电线的一种，广泛应用在电机、家用电器上.漆包线品质在一定程度上决定着电器的质量和使用寿命.漆包线的性能应满足产品的设计要求、运行要求.目前对漆包线的检测主要有机械性能检测、热性能检测、电性能检测、耐化学性能检测.热老化试验、热冲击实验以及耐热软化击穿实验均属于热性能检测.漆包线的热性能检测是检测漆包线的绝缘漆膜在高温和受压力作用下塑化变软的能力［1］，漆包线热性能对预防电起火有重要作用.电性能检测主要是检测漆包线的直流电阻、击穿电压和针孔性.

目前常见的漆包线软化击穿试验仪温控系统大多由一体化温控表构成，该温控系统能满足漆包线检测温度控制的要求，但无法调节升温速度，即无法调节漆包线检测仪每分钟的温度增加量.

为满足调节漆包线检测仪的升温速度要求，文中以89C55微处理器为核心设计了智能软化击穿试验仪的硬件电路，并给出了系统的软件流程图.

1 系统硬件电路设计

1.1 系统硬件电路框图

为有效检测漆包线的耐软化击穿性能，智能软化击穿试验仪系统硬件电路主要由89C55单片机控制模块、信号调理电路、驱动电路、冷却电路、按键电路及液晶显示电路构成.其硬件电路框图如图1所示.

图1 系统组成框图

1.2 信号调理电路

K型热电偶的输出电压为0～55 mV，该信号经信号调理电路滤波、放大转换为0～10 V的电压信号送入单片机的输入端口作为实际温度值.系统电路中较复杂的电路为信号调理电路，信号调理电路如图2所示.

图2 信号调理电路

IN+、IN-分别接K型热电偶的测量端和冷端，信号调理电路利用三极管的P-N结特性对热电偶的冷端进行补偿.三极管基极与发射极之间的电压Ube=uf+r*Tr与环境温度的变化一致，其中：uf≈0.6V，r≈ -2mV/K，Tr为环境温度.

第一级运放为差动运放，得：

由式（1）至（4）有：

由冷端补偿原理可知，ΔU只与热电偶测量端温度Ts有关.故由式（5）有：

取RL7=RL4=150 Ω，RPWL1为472高精度可调电阻.

由（7）得，RL6＝7350Ω，取6.8 kΩ.

取 RPWL1＝2350，由（6）得，RL3＝60 kΩ，取62kΩ.为使PN结正常工作，设流过PN结的电流为200μA，则有：

得：RL5＝13 kΩ.

信号调理电路将输入信号进行冷端补偿后放大500倍，K型热电偶经冷端补偿后的热电势可近似为E≈0.04 mV/K，放大后，E≈20 mV/K.50～350℃的温度，其电压范围为1～7 V.

2 系统软件设计

2.1 离散PID控制算法

数字PID控制是一种在工业生产中广泛使用的控制方法［2］，在温度控制系统中得到了广泛的应用［3-6］.单片机只能识别数字量，是一种离散控制，故需将模拟PID控制律转化为离散PID控制，其表达式为：

式中：Kp为比例系数，k为采样序号，k＝0，1，2，……；u(k)为本次控制量；e(k)为本次偏差；e(k-1)为上次偏差.

离散PID控制算法的程序流程图如图3所示.

图3 离散PID控制算法流程图

2.2 系统软件流程图

漆包线软化击穿试验是用来检测漆包线在一定负荷下所能承受的高温时长以及试样是否击穿，系统软件流程图如图4所示，PID控制采用离散PID控制.

图4 系统程序流程图

3 智能软化击穿试验仪样机研制

智能软化击穿试验仪由电阻炉、加压负荷、冷却风扇、液晶显示、按键模块、控制电路等组成.样机如图5所示.

图5 智能软化击穿试验仪样机

系统调试步骤为：①信号调理电路进行调零.在冰水混合物中插入K型热电偶，调节RPWL1，使运放输出约为0 V；②在正常大气压下，将K型热电偶置入沸水中，调节RPWL1，使运放输出约为2 V，反复多次得到信号调理电路的放大倍数；③对K型热电偶的数据进行标定；④按操作步骤对试验仪进行操作与检验，直至达到预定要求.

4 结论

文中分析了智能软化击穿试验仪的功能，针对系统功能提出了离散PID控制的试验仪设计方案.以单片机为核心设计了相应的控制电路和软件流程，着重分析了K型热电偶信号调理电路.所设计的智能软化击穿试验仪克服了以往软化击穿试验仪的不足，采用集成模块控温模式，能完成升温法试验，在成本上有较大优势，同时系统运行稳定、可靠.