功率半导体器件测试用脉冲电流源的设计与实现
功率半导体器件测试用脉冲电流源的设计与实现
随着大功率设备在工业控制领域持续发展，功率半导体器件的功率水平也随之不断提高，从而给生产和测试带来诸多挑战。本文对国内外脉冲功率技术进行深入研究，通过电磁暂态分析软件对理论模型进行仿真以确定脉冲电流源内部网络分布参数，详细描述脉冲电流源软硬件设计与实现方法，最后对其输出特性进行验证。目前，该脉冲电流源在IGBT大功率半导体器件测试中取得较好的效果。
【关键词】功率半导体器件脉冲电流源性能验证
1 引言
随着功率半导体器件的发展，绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）因具有输入阻抗高、开关损耗小、通断速度快、控制电路简单等特点，正在逐步替代如MOSFET、SCR、双极型达林顿管等功率器件，广泛应用在可逆变电路、伺服控制系统、交流电机控制、不间断电源、斩波电源等工业生产中，其性能是否优良直接关系着工程的品质和成败。功率半导体器件相关参数的测试问题已经成为功率半导体器件生产商、装备制造单位和计量校准部门非常关注的问题。
在功率半导体器件实际测试过程中，当测试设备需要对
被测器件施加较大的功率时，被测器件因为芯片温升导致测试数据漂移不稳定，甚至施加持续时间过长以致器件损坏。为了减少温升带来的影响，国标规定了功率半导体器件参数测试可采用脉冲测试法，即测试设备对被测器件施加满足功率条件的瞬时单次脉冲信号，对半导体器件进行参数测试。
然而在国内功率半导体器件测试设备的市场中，国外进口设备占据绝大部分，典型的设备有瑞士LEMSYS SA公司针对IGBT测试的TRds系列。国内公司生产的测试设备在测试范围和性能指标均与国外同类产品有一定差距。本文所研制的脉冲电流源，能够满足国内大部分功率半导体器件测试时的功率和指标要求。
2 系统总体结构
脉冲电流源采用模块化的设计结构，由高压充电单元、充电保护单元、高压测量单元、LC充放电网络、放电匹配单元、脉冲检测单元和监测控制单元组成。总体结构如图1所示。
脉冲电流源主要分成硬件和软件两个部分。由图1可以看出，监测控制单元通过发送控制信号来控制高压充电单元给LC充放电网络供电，高压测量单元实时采集LC充放电网络电压幅值并反馈给监测控制单元。当电压采集值等于系统设定值时，监测控制单元控制放电匹配单元释放电流，此时脉冲检测单元将采集的脉冲电流信号传送到监测控制单元
进行显示。当人为操作不当使被测器件断路时，监测控制单元启动放电保护单元，停止高压充电单元供电，待人为排除断路情况后，监测控制单元关闭放电保护单元，准备对LC 充放电网络进行充电。
3 系统设计与实现
3.1 理论模型仿真
常见的脉冲电流发生有两种实现形式，即传输线型和电容充放电型。该系统选用电容充放电型来设计脉冲电流源的LC充放电网络，其理论模型如图2所示。
其理论模型特征数据如以下公式所示。
若期待设计的脉冲电流源最大电流幅值为3000A，波形持续50us，上升及下降时间不超过15us。为了得到平滑的脉冲波形，设置n=12，将负载阻抗R=1?代入公式（5），得LC 网络总电容CΣ=27.27uF，平均每链电容为2.27uF；想要得到3000A的脉冲电流幅值，根据公式（7）可以计算出外部需要施加的充电电压U=6000V；由公式（6）得到链路总电感LΣ=27.27uH。
在电磁暂态分析程序ATP-EMTP上搭建起图2所示的LC 网络模型，按照公式（1）～（7）合理设置参数并分配每链电感参数后得到如图3所示的仿真结果。
3.2 硬件设计与实现
脉冲电流源硬件部分实现脉冲信号的发生、调节、转换
和电路保护的功能。在充电回路中，高压充电单元是给LC
充放电网络供电，定制的直流高压源的输出电压是以需要产生最大脉冲电流幅度来确定，通过理论计算应选用6000V的高压直流源；充电保护单元不仅要保持储能电容的充电速度，还要确保在发生短路情况下能够及时停止充电，泄放电荷。高压检测单元和脉冲检测单元分别将储能电容两端电压和
LC充放电网络放电产生的脉冲电流转换成小信号给监测控
制单元。LC充放电网络主要是由储能电容和调波电感组成，储能电容要保证足够高的额定电压，手工绕制的调波电感需要调节出满足上升和下降时间要求的方波形状。
放电回路的放电开关应选用效应时间快、通流能力强、接触感抗小的水银开关；负载电阻阻值的选择是根据LC充放电回路的阻抗决定，通过理论计算应选用1欧姆的无感电阻。监测控制单元主要实现对充放电控制、电路保护和采集电压电流信号的功能。系统硬件结构如图4所示。
3.3 软件设计与实现
软件是在PLC开发工具CX-Programmer和面板开发工具EB8000上分别进行设计的，前者用于设计在欧姆龙PLC控制器上的程序，主要用于控制充放电开关、设置充电电压并进行信号采集；后者设计出与PLC控制器进行通信和功能集成的软件，即实现点击操控界面上的控件，程序发送对应的控制指令给PLC，PLC执行相应的控制功能。操控界面如图5
所示。
程序启动后，首先对所有的控制开关进行复位；用户设置需要输出的电流幅值，然后点击充电按钮，开启充电开关并实时采集电压电流信号，当采集到的电流幅值与设置值相等时，“充电完成”状态指示灯亮起，提示准备放电；点击放电按钮后，执行放电程序，并在面板上显示采集到的电流幅值，完成放电过程。所执行的控制程序如图6所示。
4 脉冲电流源性能验证
脉冲电流源最大输出脉冲电流幅值达3000A，必须经过分流器转换才能通过数据采集器进行测量。系统选用型号为4418（0.001V/A）的Pearson线圈作为转换设备，其具有响应时间快、信号失真低和不受位置限制的优点，通过数据采集器NI PXI-5122捕获并显示波形。其性能验证示意如图7所示。
验证脉冲电流源输出波形时，设置输出电流幅值为3000A，得到如图8所示的实测波形。
脉冲电流源输出精度的验证，按照选取波形稳定部分中间三分之一段的选点原则来计算脉冲电流幅值，通过测量多个输出点来总体衡量脉冲电流源的输出精度。电流幅值实测结果如表1所示。
从图8和表1可以看出，脉冲电流源的输出波形满足方波特性，其性能指标均在1%以内。
5 结束语
本文对功率半导体器件测试用脉冲电流源的研制进行
了研究，详细描述脉冲发生原理和软硬件设计过程，经实际测试验证了该脉冲电流源具有稳定的输出性能，满足在测量功率半导体器件相关参数时的功率和指标要求，为后期功率半导体器件的测试奠定了基础。
参考文献
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[3]Liu Chong，Yu Lihong.Research on Amplitude Calibration of High Pulse Current Source of Semiconductor Device Test System.[C].IEEE Conference on Electronic Measurement & Instruments.2011：II 232-235.
作者单位
桂林电子科技大学广西壮族自治区桂林市541004
电流、电压、电阻的关系的测试卷
电流与电压和电阻的关系 （测试时间：30分钟，满分:60分） 一．选择题（每题3分，共30分） 1.某同学在探究“电流跟电压、电阻的关系”时，根据收集到的数据画出了如图所示的一个图像，下列结论与图像相符的是（） A.电阻一定时，电流随着电压的增大而增大 B.电阻一定时，电压随着电流的增大而增大 C.电压一定时，电阻随着电流的增大而减小 D.电压一定时，电流随着电阻的增大而减小 2．在探究“电压一定时，电流与电阻关系”的实验中，电路如图所示。先在A、B间接入5Ω的定值电阻R，移动滑片P，使电压表示数为2V，读出电流表示数。接着取下5Ω的电阻分别换上10Ω、15Ω的定值电阻，移动滑片，使电压表示数仍为2V。但小华在实验中,当换上15Ω的定值电阻时,无任怎样移动滑片，电压表示数都不能回到2V。对此现象，下列分析正确的是（） A．15Ω电阻太小，换一个更大的定值电阻，继续实验 B．将三个电阻按15Ω、10Ω、5Ω的由大到小的顺序接入进行实验，可以避免这种现象C．变阻器的最大阻值太大，换一个最大阻值小一点的变阻器继续实验 D．在第一次接入5Ω的定电阻时，移动滑片，使电压表示数为定值1.5V，继续实验
3．某同学做电学实验，通过改变滑动变阻器接入电路的电阻大小，测量并记录了多组电压表的电流表的示数，根据数据分析，连接的电路可能是图5电路图中的（） 4．下列有关导体的说法中正确的是（） A．通过导体的电流越大，则导体的电阻越小 B．导体中没有电流通过时，导体就没有电阻 C．同一导体两端的电压增大几倍，通过它的电流也增大几倍，电压与电流的比值不变D．导体都是通过自由电子导电的 5．在研究电流与电压的关系时，导体甲和乙对应的电流、电压的关系图如右图所示。根据图线可知（） A．甲导体的电阻比乙的大；B．乙导体的电阻比甲的大； C．甲、乙的电阻一样大；D．无法比较甲、乙的电阻大小。 6．在做“探究电流与电阻的关系”实验中，小翔连接了如图所示的电路。他先在电路的a、b间接入10Ω的电阻，移动变阻器的滑片，读出电压表与电流表的示数；记录数据后，改用15Ω电阻替换10Ω电阻，闭合开关，接下来他的实验操作应该是（）
局部放电测试方法
局部放电测试方法
局部放电测试方法 随着电力设备电压等级的提高，人们对电力设备运行可靠性提出了更加苛刻的要求。我国近年来110kV以上的大型变压器事故中50％是属正常运行下发生匝间或段间短路造成突发事故，原因也是局部放电所致。局部放电检测作为一种非破坏性试验，越来越得到人们的重视。 虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，高压绝缘设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但在出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验。 根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产
生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。 一、电测法 局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10 ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1μs。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等。 1．脉冲电流法 脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。脉冲电流法的基本测量回路见图3-5 。图中C x代表试品电容，Z m（Z'm）代表测量阻抗，C k代表耦合电容，它的作用是为C x与
模拟电路习题
第一章 半导体器件基础 ⒈ 讨论题与思考题 ⑴ PN 结的伏安特性有何特点？ ⑵ 二极管是非线性元件,它的直流电阻和交流电阻有何区别？用万用表欧姆档测量的二极管电阻属于哪一种？为什么用万用表欧姆档的不同量程测出的二极管阻值也不同？ ⑶ 硅二极管和锗二极管的伏安特性有何异同？ ⑷ 在结构上，三极管是由两个背靠背的PN 结组成的，那么，三极管与两只对接的二极管有什么区别？ ⑸ 三极管是由两个背靠背的PN 结组成的，由很薄的基区联系在一起。那么，三极管的发射极和集电极是否可以调换使用？ ⑹ 场效应管的性能与双极型三极管比较有哪些特点？ ⒉ 作业题 题1.1 在硅本征半导体中掺入施主杂质，其浓度为3 17d cm 10 =N ，分别求出在250K 、300K 、350K 时电子和空穴的浓度。 题 1.2 若硅PN 结的317a cm 10 =N ，3 16d cm 10=N ，求T =300K 时PN 结的内建电位差。 题1.3 流过硅二极管的电流I D =1mA 时，二极管两端压降U D =0.7V ，求电流I D =0.1mA 和10mA 时，二极管两端压降U D 分别为多少？ 题1.4 电路如图题1.4中二极管是理想的，t U u ωsin m i ?=： ① 画出该电路的传输特性； ② 画出输出电压波形。 题图 1.4 题1.5 题图 1.5中二极管是理想的，分别求出题图1.5(a)、(b)中电压U 和电流I 的值。 (a) (b) 题图1.5 题1.6 在图题1.6所示电路中，取5-V脉冲电流综述---PPT
综述 外场在材料加工中的应用； 1.外场；在材料加工中引入外场以改善材料的微观组织，从而改变材料性能 在材料加工中引入的外场中，主要有； 电流、磁场、重力（微重力和超重力）、超声波等， 1重力 2超声波 在金属凝固过程中引入超声振动，凝固组织从粗大的柱状晶变为均匀细等轴品，金属的宏观及微观偏析均得到改善。国外关于超声波对金属凝固组织影响的研究已有应用于生产的报道15]，但是国内这一领域的研究很少。 高能超声处理合金熔体时，起主要作用的是声空化作用和声流作用。当台金熔体导入超声波以后，将产生声空化现象。在声空化泡形成长大过程中，其尺寸迅速增大，导致内部的液体蒸发。空化泡的增大和内部液体的蒸发会从周围吸收热量。这烤导致空化泡表面的金属液温度降低，造成局部过冷，因此在空化泡的附近形成晶核，使晶核的形核率增加。在空化泡崩溃过程中产生的强烈冲击波又会击碎正在长大的晶体，使之成为新的晶体质点。在声流的搅拌作用下，又使其弥散地分布于熔池熔体中。因此超声处理可显著细化金属凝固组织。 图1表明，超声波可显著细化sn-sb合金凝固组织，并使具有立方体结构的小平面相B相呈球化趋势，彻底消除比重偏析口。 图8表明，超声波可显著细化镁合金凝固组织。图9表明，超声波可使铸铁石墨组织变为粒状，这无疑将极大提高铸铁的力学性能。
为将超声波应用于钢的连铸生产中，见图2。研究表明，该方法可阻有效细化不锈钢凝固组织。 图5为翟启杰等研究结果，表明超声波可细化T10钢凝固组织。在金属凝固过程中引入超声振动，凝固组织从粗大的柱状晶变为均匀细等轴晶，金属的宏观及微观偏析均得到改善。 3磁场在材料加工 磁场，与其它外场比较，有一个最大特点，即其非接触性，由于各相磁化率及介电常数不同，相变中施加磁场，会影响各相稳定性，从而改变不同相的形貌，材料在磁场中的引入，最先从普通磁场开始，并已进行了广泛的研究，目前，侧重于都材料在强磁场作用下的研究，外加磁场包括稳恒、交变和脉冲磁场。用于细化金属凝固组织的方法主要包括外加交变磁场和脉冲磁场。外加交变磁场即电磁搅拌，大量实践证明，电磁搅拌能细化金属凝固组织闭， 磁场对金属凝固的影响 将金属熔体置于强磁场下，将改变体系的能量状态，从而改变其溶质传输和结晶过程。如果
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局部放电检测方法之电检测法（介质损耗分析法） 电检测法包括脉冲电流法、无线电干扰电压法、超高频UHF 局部放电检 测技术、介质损耗分析法1.电检测法局部放电最直接的现象即引起电极间的电 荷移，动每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电。介质引起试样外部电 极上的电压变化另外每，次放电过程持续时间很短在气隙中一次放电过程在10 ns 量级在油隙中一次放电时间也只有1ms 根据Maxwell 电磁理论如此短持续时间的放电脉，冲会产生高频的电磁信号向外辐射局部放电电检测法即是基 于这两个原理常见的检测方法有脉冲电流法无线电干扰电压法介质损耗分析法 等等特别是20 世纪80 年代由S. A. Boggs 博士和G. C. Stone 博士提出的超高频检测法近年来得到广泛关注。并逐渐有实用化的产品问世 2.1.1 脉冲电流法 2.介质损耗分析法DLA 局部放电对绝缘材料的破坏作用是与局部放电，消 耗的能量直接相关的因此对放电消耗功率的测量很早就引起人们的重视在大多 数绝缘结构中，随着电压的升高绝缘中气隙或气泡的数目将增加此外局部放电 的现象将导致介质的损坏从，而使得tgd 大大增加因此可以通过测量tgd 的值来测量局部放电能量从而判断绝缘材料和结构的性能情况。 介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在，的辉光或者亚辉光放电由于 辉光放电不产生放电脉冲信号而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长，普通的脉 冲电流法检测装置中难以检测出来但这种放电消耗的能量很大使得Dtgd 很大 故只有采用电桥法检测Dtgd 才能判断这种放电的状态和带。来的危害。 但是。DLA 方法只能定性的测量局部放电是否发生基本不能检测局部放电 量的大小这限制了。DLA 方法的运用目前关于用DLA 方法测局部放，电的报 道还很少。
最新半导体器件基础测试题
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脉冲电流故障测距法
https://www.wendangku.net/doc/f17057987.html, 脉冲电流故障测距法 脉冲电流故障测距法 本章主要分析了脉冲电流法存在的问题,并对传统脉冲电流测试回路提出了改进,解决了使用传统脉冲电流法测量电缆故障距离时存在的波形叠加、不易识别的问题。详细介绍了该方法的工作原理,以及各参数的选择。结合小波分析技术,实现对脉冲电流波形的自动处理,达到了精确、自动测距的目的,进一步推一了脉冲电流测距方法的应用。 脉冲电流法存在的问题 本节主要对传统脉冲电流测试过程中,测试电路中各个主要元件对测试波形的影响进行了深入的分析,总结了影响脉冲电流法测试波形的各种因素,得出测试电路对测试波形的作用规律。井在此基础上提出了对脉冲电流测试方法的改进。
https://www.wendangku.net/doc/f17057987.html, 电流波形全过程扩散开的电流波形输出 脉冲电流测试法是钊·对电缆的高阻与闪络性故障而采用的方法,对电缆的故障测距法的改进点施加高压使之击穿,同时使用仪器采集击穿产生的电流行波信号,通过电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计一算故障趾离。图3一1为脉冲电流神闪测试时的典型波形图。 从冲闪测试过程及波形可以看出,脉冲电流法所测故障波形具有以下特点,同时也是影响脉冲电流故障测距精度的主要因素由于行波在电缆中存在传播损耗,电流波形以及线性电流藕合器的输出,随时间的增长越来越平滑,幅值也越来越小。
https://www.wendangku.net/doc/f17057987.html, 电缆中的电流会随着时间的增加逐渐趋近于。,故障波形的全貌表现为幅值衰减的余弦振荡,这是由于故障点击穿后电缆与电容中存在的能量消耗完毕的缘故。故障点反射脉冲有一个小的正脉冲出现,这是由于高压电容及测试导线存在的杂散电感的影响。 入射波与反射波之间易产生混叠现象,如图一所示。当在测量点附近发生故障时,由于入射波与反射波之间的重叠,使第一个反射波无从识别。严重时可淹没放电脉冲与反射脉冲的起始点,给故障定位带来误差。其中,两种因素是不可避免的,因为能量消耗是自然规律因素中杂散电感是客观存在的,但是应该可以通过适当的改进措施来利用或者消除它的影响对于因素,虽然提高采样频率可以减小叠加范围,但是无论采样频率如何提高,都不可能完全消除线路测量端存在的波形混叠问题。因此深入研究新型电缆故障检测方法具有非常重要的意义。 我们可以主要从两个方面解决脉冲电流法测距所存在的波形不易识别的问题,一是对信号分析方法的研究,二是行波测距方法原理的改进。对于信号的分析方法,利用小波分析原理,通过小波变换对信号进行分解与重构,可以准确测得发射波的到达时间,大大减少了测距误差。本文主要从行波测趾方法的原理上做了进一步研究,利用电感和电阻元件对线路中电压电流的影响,提出一种比较优化的方法。该方法所测得的波形明显易分析,提高了测距精度。
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初二物理返校测试卷 3.在国际单位制中，电荷的单位是（） A. 伏特 B. 安培 C. 库仑 D.瓦特 4.小红发现教室里的一个开关可以同时控制两盏灯。图2中符合要求的电路图是（） 5.导体容易导电是由于（） A．导体中存在大量的自由电子B．导体中存在大量的自由电荷 C．导体中存在大量的自由离子D．导体中存在大量的带电粒子 6. 如图所示电路中，属于串联电路的是（） 7.在下图所示的四位科学家中，以其名字命名电阻单位的是（） A.安培 B.欧姆 C.伏特 D.法拉第 9.小明家装修房屋需要购买导线，关于导线种类的选择，最恰当的是（） A．强度大的铁丝B．细小价格较便宜的铝丝 C．粗一点的铜丝D．性能稳定的镍铬合金丝 10.关于电压下列说法错误的是（） A.电压是电路中形成电流的原因 B.电源是电路中提供电压的装置 11.关于电流表的使用方法下列说法中不正确的是（） A．电流表与被测用电器是串联关系 B．让电流从电流表的+接线柱流入，从—接线柱流出 C．电流表与被测用电器是并联关系 D．绝对不允许不经用电器把电流表直接接到电源的两极 12. 如图1所示，要使灯泡L1和L2组成并联电路，应（） A．只闭合S2 B．只闭合S3 C．只闭合S1和S3 D．只闭合S2和S3 13. 如图7(a)所示的实物图．与图7(b)所示电路对应的是姓名班级是否订资料指导教师 王文丽五班是徐磊 王晓红五班是徐磊 王乐五班是徐磊 原庆丹五班是徐磊 纳日松五班是徐磊 刘浩东五班是徐磊 邢磊五班是徐磊 14. 晚上有人走动发出声音时，路灯自动亮起来，一分钟后，若再无声音就自动断开 请判断小明设计的电路图是图中的（） 试卷 18. 电源电压为，闭合开关后，电压表的示数如图所示，则L1两端电压为（）A、 B、 C、 D、 19. 下面关于导体电阻的说法中，正确的是（） A、某导体两端的电压越大，这个导体的电阻就越大 B、通过导体的电流越大，这个导体的电阻就越小 C、导体中没有电流时，不可能对电流有阻碍作用，此时导体没有电阻 D、导体的电阻与电压、电流无关 20. 下图所示的为滑线变阻器的结构和连入电路情况示意图，当滑片向右滑动时，连入电路的电阻变小的为（） 1 2 3 1
局部放电测试方法
局部放电测试方法 随着电力设备电压等级的提高，人们对电力设备运行可靠性提出了更加苛刻的要求。我国近年来110kV以上的大型变压器事故中50％是属正常运行下发生匝间或段间短路造成突发事故，原因也是局部放电所致。局部放电检测作为一种非破坏性试验，越来越得到人们的重视。 虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，高压绝缘设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但在出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验。 根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。 一、电测法 局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10 ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1μs。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等。 1．脉冲电流法 脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。脉冲电流法的基本测量回路见图 3-5 。图中C x 代表试品电容，Z m （Z' m ）代表测量阻抗，C k代表耦合电容，它的作用是为 C x与Z m之间提供一个低阻抗的通道。Z代表接在电源与测量回路间的低通滤波器，Z可以让工频电压作用到试品上，但阻止被测的高频脉冲或电源中的高频分量通过。 图3-5（a）为并联测量回路，试验电压U经Z施加于试品C x，测量回路由C k与Z m串联而成，并与C x并联，因此称为并联测量回路。试品上的局部放电脉冲经C k耦合到Z m上，经放大器A送到测量仪器M。这种测量回路适合于试品一端接地的情况，在实际工作中应用较多。 图3-5（b）为串联测量回路，测量阻抗Z m串联接在试品C x低压端与地之间，并经由C k形成放电回路。因此，试品的低压端必须与地绝缘。 图3-5（c）为桥式测量回路，又称平衡测量回路。试品C x与耦合电容C k均与地绝缘，测量阻抗Z m与Z m分别接在C x与C k的低压端与地之间。测量仪器M测量Z m与Z m’上的电压差。
第1章课后习题参考答案
第一章半导体器件基础 1．试求图所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降和正向电阻。 解： （a）图分析： 1）若D1导通，忽略D1的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=1V，U D2=1-4=-3V。即D1导通，D2截止。 2）若D2导通，忽略D2的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=4V，在这种情况下，D1两端电压为U D1=4-1=3V，远超过二极管的导通电压，D1将因电流过大而烧毁，所以正常情况下，不因出现这种情况。 综上分析，正确的答案是U O= 1V。 （b）图分析： 1.由于输出端开路，所以D1、D2均受反向电压而截止，等效电路如图所示，所以U O=U I=10V。
2．图所示电路中， E 解： （a）图 当u I＜E时，D截止，u O=E=5V； 当u I≥E时，D导通，u O=u I u O波形如图所示。 u I ωt 5V 10V uo ωt 5V 10V （b）图 当u I＜-E=-5V时,D1导通D2截止，uo=E=5V； 当-E＜u I＜E时，D1导通D2截止，uo=E=5V； 当u I≥E=5V时，uo=u I 所以输出电压u o的波形与（a）图波形相同。 5．在图所示电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件(R、DA、DB)中通过的电流：( 1 )UA=UB=0V；( 2 )UA= +3V，UB = 0 V。( 3 ) UA= UB = +3V。二极管的正向压降可忽略不计。 解：（1）U A=U B=0V时，D A、D B都导通，在忽略二极管正向管压降的情况下，有：U F=0V mA k R U I F R 08 .3 9.3 12 12 = = - = 第13卷 第6期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1．13，No．6 2015年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec．，2015 文章编号：2095-4980(2015)06-0990-06 基于B-Dot的kA级短脉冲电流测量方法 谭榕容，冉汉政，程 刚 (中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳 621999) 摘 要：高压脉冲电流的测量方式主要是Rogowski线圈。B-Dot是一种非侵入式脉冲电流测量探针，但由于B-Dot测量模型的建立以及应用标定等过程与实际应用环境密切相关，且对待测电流 强度有严格的要求，目前还未见其在实际kA级短脉冲方面的应用研究。本文在对B-Dot的kA级 短脉冲测量方法进行理论研究的基础上，设计了微型B-Dot探针，并利用B-Dot探针对kA级短脉 冲电流进行试验。试验结果表明，B-Dot探针适用于kA级脉冲电流的测量，且与理论研究 结论一致。 关键词：Rogowski线圈；脉冲电流；B-Dot探针；非侵入式 中图分类号：TN248 文献标识码：A doi：10.11805/TKYDA201506.0990 Measurement of kA-level short pulse current based on B-Dot TAN Rongrong，RAN Hanzheng，CHENG Gang (Institute of Electronic Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621999，China) Abstract：Taking measurement by using Rogowski coil is the main method for high voltage pulse. B-Dot is a non-invasive measurement probe of pulse current, which bears many advantages in the measurement on the discharge circuit with compact structure and strictly specified parameters compared with general Rogowski coils. Nevertheless，the modeling of B-Dot and its calibration process are closely related to the practical application environments，and there are also strict requirements on the current intensity, the researches on its applications in kA level short pulse current measurement are seldom reported. This work aims to the preliminary exploration research on application of B-Dot in kA short pulse current. Based on analyzing the principle of kA level short pulse current measurement by using B-Dot, micro B-Dot probes are designed and tested on kA-μs level pulse current. The test results accord well to the theory analysis. Key words：Rogowski coil；pulse current；B-Dot probes；non-invasive 由于高新技术和国防建设的需求，脉冲功率技术应运而生。脉冲功率技术在技术上的特征是：高脉冲功率(>106 W)，短脉冲持续时间(10–10 s~10–3 s)，高电压(103 V~107 V)和大电流(103 A ~107 A)。测量是脉冲功率装置调试运行、改造和提高不可或缺的重要手段[1]。因此，随着脉冲功率的发展，脉冲功率技术领域的测量技术发展显得尤为迫切，而由于脉冲功率的技术特点，对测量技术提出了很高的要求。脉冲电流是脉冲功率装置的核心参数之一。目前，脉冲电流的测量方式主要有：分流器法、Rogowski线圈法和磁光效应法。Rogowski线圈由于精确度高、频率响应特性好的特点，在目前脉冲电流测量方面应用最为广泛[2]。然而，在利用Rogowski线圈进行脉冲电流测量时，被测电流回路必须穿过线圈，而Rogowski线圈体积较大，对待测回路面积有一定的要求，不仅要求增加装置体积，而且引入较大的分布参数，这在体积和回路参数要求严格的脉冲功率装置的电流测量方面并不大适用。 B-Dot是一种结构特殊的Rogowski线圈，主要用于测量变化的磁场，也可通过测量变化的电流建立的变化磁场达到间接测量电流的目的。B-Dot结构简单，放置方式灵活，进行脉冲电流测量时，不需要将线圈穿过被测回路，与脉冲电流回路没有直接的电气连接关系，不会改变待测电流回路的设计，不会引入额外的分布参数， 收稿日期：2014-10-17；修回日期：2014-11-16 基金项目：中国工程物理研究院电子工程研究所创新基金资助项目(S2*******) 电流电压电阻测试题 一、 填空题（每空1分） 1．完成下列单位换算： （1）200mA=__ ____A 3A=_____ _μA （2）1 000 V=_____ _mV 2.5KV=_ _____V （3）5×103Ω=_______ __K Ω 5M Ω=_ _____Ω 2、某电路中连有两只灯泡，一只开关，当开关闭合，两灯均发光。若拧下其中一只灯泡，另一只灯泡就熄灭，则两灯肯定是 联；若拧下一只灯泡，另一只灯泡仍发亮，则两灯肯定 联。 3、有A 、B 、C 、D 四个带电体，用细线悬挂起来，它们的相互作用情况是Ａ排斥Ｂ，Ｂ吸引Ｃ，Ｃ排斥Ｄ，已知B 带正电，则Ａ带 电荷。Ｄ带 电 4、测量电路中电流的仪表叫 。使用时应与被测电路 联，使电流从 接线柱流入，从 接线柱流出。 5、一节干电池的电压是 V ，家庭电路中的电压是 V ，如果将６节干电池串联起来使用，它的电压是 Ｖ ６、串联电路中各处的电流 ，用公式表示为 ，并联电路干路中的电流等于各支路中的电流 ，用公式表示为 ７、串联电路两端的总电压 各串联部分电路两端的电压之和，用公式表示 为 。并联电路中各支路两端的电压 ，用公式表示为 ８、如图6所示电路，若电流表A 1示数为0．5A ，A 2示数为0．9A ，则通过L l 的电流为 A ， 通过L 2的电流为 A 。 ９、在图1所示的电路中，当开关S 2、S 3闭合，S 1断开时， 灯L 1、L 2是______联，当S 2、S 3断开，S 1闭合时，L 1、L 2 是______联。当S 1、S 2闭合时，会发生______ １０、如图所示的电路，电源电压为9V ，当开关闭合时，灯L 1 两端的 电压也为9V ，则产生故障的原因可能是_____________或___________。 二、 单选题(每题只有一个答案) 11、用毛皮摩擦过的橡胶棒去靠近一个用细线悬挂着的通草球时，若通草球被排斥，则该通草球（ ） A 一定带负电 B 一定带正电 C 一定不带电 D 可能带正电，也可能不带电 12、如图所示，电路中能正确测出通过灯L2的电流的是： （ ） 13、下列电路图与实物图一致的是（ ） 脉冲电流法测试电缆局部放电的分析方法 陈冠豪，王宇斌，何文 （广东电网公司东莞供电局，广东省东莞市，523000） 摘要:作为电缆局部放电的有效监测手段，脉冲电流法进行局部放电测试的经验及方法日益被深化和掌握。本文在实际测试分析层面上对如何使用脉冲电流法进行局部放电测试进行了介绍，为局部放电的分析判断提供了典型的判断方法和依据。 关键词:电缆；局部放电；脉冲电流法；波形；频谱；相位图谱；定位 The means of analysis on using pulse current method to test cable partial discharge CHEN Guanhao，WANG Yubin，HE Wen (Guangdong Grid Dongguan Power Supply Bureau, Dongguan 523000, China) Abstract:As an effective means of monitoring the cable partial discharge, the experiences and approaches of pulse current method of partial discharge test are increasingly deepening and in the hand. This paper introduces how to use the method of pulse current to do the partial discharge test in the actual test analysis level, and provides typical judgment method and basis for analyzing and judging partial discharge. Keywords: Cable; Partial Discharge; Pulse Current Method; Waveform; Frequency Spectrum; Phase Spectrum; Positioning 1 前言 电气设备检修技术的发展大致可以分为三个阶段，即故障检修、定期检修和状态检修，状态检修以可靠性为主，它是根据设备的状态而执行的预防性作业。作为电力系统运行的首要要求，供电可靠性日益凸显其重要性，因此状态检修逐步取代了以往的定期预防性检修。状态检修通过对设备关键参数的测量来识别其已有的或潜在的劣化迹象，可在设备不停运的情况下对其进行状态评估。而在线监测作为状态检修发展的大趋势，正处于起步和快速发展的重要时期。其中，电缆局部放电在线监测技术的产生更是具有革命性的意义。 电缆局部放电现象对电缆的绝缘和电能的传输产生着巨大的有害作用，局部放电的长期发展会导致电气设备产生严重的缺陷，并且由于局放的形成多在终端内部或电缆本体内部，而且过程细微发展缓慢，不易被发现，因此局部放电成为困扰着电缆安全可靠运行的一大难题。利用在线监测技术对可能存在局部放电现象的电缆进行跟踪观察，能够有效地监测局放的发展趋势，便于制定相应的解决方案对隐患进行消除。 2内部局放的产生机理 当电缆本体、接头或终端中的主绝缘存在空穴、气泡、杂质等不纯的物质时，相当于主绝缘中存在一个杂质电容，在电缆线芯通过高压交流电的情况下，会对杂质电容进行充电，当电压达到介质的击穿电压时，杂质电容间便进行一次击穿放电。如此反复地进行充电和击穿放电，产生的热量使主绝缘碳化，长期下去主绝缘便会不断 L ： 只 供学习与交流 电流电压电阻测试题 一、填空题（每空1分） 1 ?完成下列单位换算： （1） 200mA=________ A ___ 3A= 口 A （2） ______________ 1 000 V= _mV 2.5KV=_ V （3） ____________________ 5X 103Q = _______________ K Q 5M Q = Q 2、 某电路中连有两只灯泡，一只开关，当开关闭合，两灯均发光。若拧下其中一只灯泡，另 一只灯泡就熄灭，则两灯肯定是 _____________ 联；若拧下一只灯泡，另一只灯泡仍发亮，则两灯 冃疋 _________ 联。 3、 有A 、B 、C 、D 四个带电体，用细线悬挂起来，它们的相互作用情况是A 排斥B,B 吸引 C,C 排斥D,已知 B 带正电，则A 带 ______________ 电荷。D 带 _______ 电 4、 测量电路中电流的仪表叫 __________ 。使用时应与被测电路 线柱流入，从 _________ 接线柱流出。 5、 一节干电池的电压是 _________ V ，家庭电路中的电压是 起来使用，它的电压是 V 6、 串联电路中各处的电流 _________________ ，用公式表示为 ____________________ ，并联电路干路 中的电流等于各支路中的电流 _________________ ，用公式表示为 ____________________ 7、 串联电路两端的总电压 各串联部分 电路两端的电压之和，用公式表示 8、如图6所示电路，若电流表 A 示数为0. 5A , A 示数为0. 9A ,则通过L i 的电流为 _A_ 通过L 2的电流为 A 9、在图1所示的电路中，当开关 S 、S3闭合，S 断开时, 灯L 1、L 2是 ________ 联，当S 、S 3断开，S 闭合时，L 1、L 2 是 ______ 联。当S 1、S 2闭合时，会发生 ___________ 10、如图所示的电路，电源电压为 9V ，当开关闭合时，灯 L 两端的 1 电压也为9V ，则产生故障的原因可能是 ____________________ 或 _____________ 11、用毛皮摩擦过的橡胶棒去靠近一个用细线悬挂着的通草球时，若通草球被排斥，则该通 草球（ ） A 一定带负电 B 一定带正电 C 一定不带电 D 可能带正电，也可能不带电 12、如图所示，电路中能正确测出通过灯 L2的电流的是： （ ） 联，使电流从__________ 接 V ，如果将6节干电池串联 。并联电路中各支路两端的电压 ______________，用公式表示为 ____________ -------------- -------------------- $ '* --- |t ------ (Xjb ----- — 单选题（每题只有一个答案） Li 第4章 局部放电测量的基本原理 脉冲电流法的基本原理可用图4.1所示电路阐述：当试品C X 产生一次局部放电时,脉冲电流经过耦合电容C k 在检测阻抗两端产生一个瞬时的电压变化,即脉冲电压 U ,脉冲电压经传输、放大和显示等处理，可以测量局部放电的基本参量。脉冲电流法是对局部放电频谱中的较低频段(一般为数千赫兹至数百千赫兹或至多数兆赫兹，局部放电信号能量主要集中在该段频带内)成分进行测量，以避免无线电干扰。传统的测量仪器一般配有脉冲峰值表指示脉冲峰值，并有示波管显示脉冲大小、个数和相位。放大器增益很大,其测试灵敏度相当高，而且可以用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而测出放电量q 。 图4．1 脉冲电流法基本原理示意图 4.1 脉冲电流法的基本测量线路 (ａ）并联法测量回路 (b ）串联法测量回路 (c ）平衡法测量回路 图4．２ 脉冲电流法的基本试验测量线路示意图 脉冲电流法的基本试验测量线路有三种，如图4．２所示,其中图4.１（a ）、(ｂ)统称为直接法测量回路,（c ）称为平衡法测量回路。每种测量回路应包括以下基本部分： （1）试验电压u ； （2）检测阻抗Ｚd ,将局部放电产生的脉冲电流转化为脉冲电压； （3）耦合电容C k ,与试品C x 构成使脉冲电流流通回路,并具有隔离工频高电压直接加在检测阻 抗上Z d 的作用; （4）高压滤波器Ｚm ，一方面阻塞放电电流进入试验变压器,另一方面抑制从高压电源进入的 谐波干扰。 （5）测量及显示检测阻抗输出电压的装置M 。 e 并联法多用于试品电容较大或试品有可能被击穿的情况下,过大的工频电流不会流入检测阻抗Z ｄ而将Ｚｄ烧损并在测试仪器上出现过电压的危险。另外,某些试品在正常测量中无法与地分开,只能采用并联法测量线路。 串联法多用于试品电容较小情况下，耦合电容具有滤波作用,能够抑制外部干扰，而且测量灵敏度随C k /C x 的增大而提高。在相同的条件下，串联法比并联法具有更高的灵敏度，这是因为高压引线的杂散电容及试验变压器入口电容(无电源滤波器时)也被利用充当耦合电容。另外,C k 可利用高压引线杂散电容来充当，线路更简单,可以避免过多的高压引线以降低电晕干扰,在220kV 及更高电压等级的产品试验中多被采用。 平衡法需要两个相似的试品,其中一个充当耦合电容。它是利用电桥平衡的原理将外来的干扰消除掉,因而抗干扰能力强。电桥平衡的条件与频率有关，只有当C x 1与Ｃx 2的电容量和介质损失角δtg 完全相等,才有可能完全平衡消除掉各种频率的外来干扰；否则，只能消除掉某一固定频率的干扰。在实际测量中，试品电容的变化范围很大,若要找到与每个试品有相同条件的电容是困难的。因而，往往采用两个同类试品作为电桥的两个高压臂以满足平衡条件。 4.２ 检测阻抗 检测阻抗，也称为输入单元,其主要作用是取得局部放电所产生的高频脉冲电流信号,并对试验电源的工频及其谐波低频信号则予以抑制。检测阻抗是连接试品与仪器主体部分的关键部件，对仪器的频率特性与灵敏度有直接关系。检测阻抗可分为RC 型及LCR 型两大类,如图 4.3所示,图中电容C ｄ主要由至仪器主体连接电缆的电容、放大器输人电容等组成。 4.2.1 ＲC 型检测阻抗 图4.３表示接有RC 型检测阻抗时的等效局部放电检测电路。当试品C x 产生局部放电时,视在放电量为q ，C x 两端会产生一个脉冲电压u ?，理想情况下u ?是一个直角脉冲波，但在实际情况中u ?具有一定的上升时间并具有以下的形式 )1(t m f e U u α--=? （４．1） 式中脉冲电压幅值)]/(/[d k d k x m C C C C C q U ++=，f α为放电衰减常数。 对于理想情况，在放电瞬间,电荷q 引起的C k 和C d 上响应的脉冲电压可认为按电容反比例分配，则C d 上的脉冲电压幅值为 图4.3 检测阻抗 图4.4 接RC 检测阻抗的测试回路 学校代码： 学号： HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 文献综述 题目仓储温湿度报警系统的设计 学生姓名 专业班级电气工程及其自动化二班 学号 系（部）电气信息工程系 指导教师(职称)蒋威（讲师） 完成时间 2011年 3 月 1日 仓储温湿度报警系统的设计综述 摘要：为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测 工作，并及时报警提示。本文根据粮仓环境测试的特点，应用现代检测理论，对温室的温度、湿度等环境因子进行自动检测，并实现报警功能，首先介绍了粮仓自动监测系统的发展背景及现状，指出在控制监测方面存在的问题和需要进一步深入探讨、研究的各个方面。 关键词：粮仓、单片机、监测、传感器 目前，关于这类监测系统的研究，国内外公开发表的文献不多，下面是关于 单片机自动监测的一些主要文献： 文献[1] 这本书从应用角度出发，精选了国内外最新流行的智能仪器与数据采集系统中的一些有特色、功能很强的新型集成电路20多类100余种。内容涉及仪用放大器，运算放大器，隔离放大器，变送器，A／D、 D／A变换器， LED、LCD驱动器，看门狗定时器，UP电源监控器，数字电位器，闪烁存储器，实时时钟等器件。所优选的每一种器件除阐述其基本功能、电路特点、性能参数和管脚说明之外，更突出器件的使用方法和应用电路。对智能仪器设计、数据采集、自动控制、数字通信和计算机接口这部分设计具有很高的使用和参考价值。 文献[2] 这本书是"单片机应用技术丛书"中专门介绍单片机应用系统软件 设计的一本著作。书中总结了作者多年来在80C51系列单片机应用系统软件设计 中的实践经验，归纳出一整套应用程序设计的方法和技巧。在内容安排上，不仅 有实现功能要求的应用程序设计步骤、子程序、监控程序及常用功能模块设计方法，还以较大篇幅介绍了提高系统可靠性的抗干扰设计和容错设计技术以及程序测试的正确思想方法。附录中向读者提供了完整的系统程序设计样本和经过多年使用考验的定点运算子程序库与浮点运算子程序库的程序文本、注释及使用方法。对于本次设计主要参考的是应用程序设计步骤、子程序、监控程序及常用功能模块设计方法这一部分的内容。 文献[3] 提出MCS-51系列单片机应用系统的构成和设计方法。详细地阐述 了应用系统的前向通道（传感器通道接口）、后向通道（伺服驱动、控制通道接 口）、人机对话通道和相互通道（单片机应用系统之间的通信接口）的结构设计、基于B-Dot的kA级短脉冲电流测量方法
电流电压电阻测试题精编版
脉冲电流法测试电缆局部放电的分析方法
电流电压电阻测试题
第4章-局部放电测量的基本原理
温湿度文献综述