在這篇文章中，我將介紹一種測(cè)量通過絕緣電阻的漏電流的方法。

絕緣劣化是電機(jī)、高壓變壓器和發(fā)電機(jī)電氣設(shè)備故障的主要原因之一。絕緣故障可能導(dǎo)致危險(xiǎn)電壓、火災(zāi)、高故障電流和爆炸、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)損壞、人身傷害和致命事故。絕緣失效的主要原因是介電污染、溫度循環(huán)、過度過載、過電壓引起的電壓應(yīng)力過大和老化。

電氣和電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械絕緣電阻測(cè)試推薦規(guī)程 (IEEE 43-2000) 描述了測(cè)量絕緣電阻的程序，包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械繞組的典型絕緣電阻特性以及這些特性如何指示繞組狀況。該標(biāo)準(zhǔn)推薦了交流 (AC) 和直流 (DC) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組的最小可接受絕緣電阻值。根據(jù) IEEE 43-2000，表示可接受條件的典型絕緣電阻為 100MΩ 及以上。

圖 1 是該方法的高級(jí)框圖，它需要施加一個(gè)固定電壓（500V，使用子板上的高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生）并測(cè)量由泄漏電流引起的分流器兩端的電壓. 多個(gè)可切換的分流電阻依次打開以測(cè)量絕緣電阻。

當(dāng)發(fā)生完全短路時(shí)，絕緣電阻為0Ω，一個(gè)滿電流或最大電流（等于500V/R LIMIT）可以通過絕緣電阻。在測(cè)量的這一點(diǎn)上，具有較小的分流值（通過打開所有開關(guān)）是強(qiáng)制性的。這種方法稱為“單分流”方法。更高的絕緣要求更高的分流值，通過打開和關(guān)閉 MOSFET 開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法稱為“多分流”方法。分流監(jiān)測(cè)器 (CSM) 測(cè)量流經(jīng)分流器的漏電流。如果需要，您可以使用 CSM 的增益設(shè)置引腳以增益放大泄漏電流。如果不需要增益，請(qǐng)使用多路復(fù)用器 (MUX) 直接將電壓路由到分流器上。

由于測(cè)量電路連接到高壓，隔離放大器（ISO AMP）隔離測(cè)量的輸出電壓；您可以將 ISO AMP 輸出連接到 MCU（微控制器）。MCU 還生成信號(hào)來(lái)控制可切換分流器、CSM 和 MUX 通道的增益設(shè)置；數(shù)字隔離器隔離這些信號(hào)。

圖 2 顯示了一種單分流方法，其中 MOSFET 開關(guān)關(guān)閉，CSM 的 GS0 和 GS1 引腳獲得測(cè)量電流，并且 MUX 被編程以選擇 CSM 輸出。

圖 3 顯示了一種多分流方法，其中 MOSFET 開關(guān)根據(jù)測(cè)量信號(hào)打開和關(guān)閉，不使用 CSM，并且 MUX 被編程為直接選擇分流上的電壓。

我使用圖 2 和圖 3 所示的兩種方法測(cè)試了這種方法的測(cè)量精度。

圖 4 顯示了單分流方法的測(cè)量精度。分流電阻值固定為 22Ω，但您可以動(dòng)態(tài)改變 CSM（本例中為 INA225）的增益。兩種顏色指定增益設(shè)置（黃色部分的增益 = 25 V/V，棕色部分的增益 = 200 V/V）。

圖 5 顯示了多分流方法的測(cè)量精度。MOSFET 的開啟和關(guān)閉動(dòng)態(tài)地改變分流電阻值，而 ISO AMP 的輸出在任何時(shí)候都不得低于 200mV。對(duì)于0Ω和3MΩ之間的絕緣電阻，分流電阻的值為220kΩ || 2.7kΩ || 261Ω（綠色區(qū)域）。對(duì)于 3.1MΩ 和 39.6MΩ 之間的絕緣電阻，分流電阻的值為 220 kΩ || 2.7kΩ（粉紅色區(qū)域）。對(duì)于 39.7MΩ 和 98.4MΩ 之間的絕緣電阻，分流電阻的值為 220kΩ（藍(lán)色區(qū)域）。

我用電機(jī)測(cè)試了建議的方法，如圖 6 所示。我測(cè)量了一個(gè)電機(jī)端子（黃線）和電機(jī)框架（黑線）之間的絕緣電阻。圖 7 顯示了電機(jī)部分的放大版本。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我使用了一個(gè) 2HP 三相交流感應(yīng)電機(jī)。

電機(jī)的絕緣電阻（用 Keithley 的高電阻測(cè)量設(shè)備測(cè)量）為 547MΩ。為了測(cè)量，我故意將一個(gè) 100MΩ 電阻與電機(jī)絕緣并聯(lián)，造成絕緣故障。絕緣電阻547MΩ || 100MΩ = 84.54MΩ（理論上）。我用這種方法測(cè)量了并行組合。

表 1 顯示了采用單分流方法和多分流方法的絕緣電阻測(cè)量值。

絕緣測(cè)量是任何電氣設(shè)備診斷和測(cè)試的重要組成部分。在工廠中，此類測(cè)量可幫助客戶減少或防止此類故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間。絕緣測(cè)量測(cè)試的準(zhǔn)確性可能不是強(qiáng)制性的，因?yàn)?a href="/tags/絕緣電阻" target="_blank">絕緣電阻的范圍足以猜測(cè)故障情況。但是我在這里描述的方法的測(cè)量誤差小于 5%。