一种智能绝缘电阻测试仪设计
李志得
（广东计量科学研究院东莞分院，广东东莞523000）
摘要：为保证电力设备安全经济地运行，必须定期对其绝缘电阻进行测试，本文为此设计并实现了一种基于
ARM7的智能绝缘电阻测试仪，它由高压产生电路、测量电路、按键显示以及一些智能控制模块组成，实现了低电压激励条件下的绝缘电阻测试。大大地提高了测试速度，缩短了测试时间，杜绝了人为操作误差。经过大量实验测试表明，该测试仪具有测试高压输出稳定、负载能力强、测试精度高、操作方便等优点，并具有时间显示、电池电量检测、自动存储测量数据等功能。
关键词：绝缘电阻；直流高压电源；ARM7；AD7705中图分类号：TM933
文献标识码：B
文章编号：1001－1390（2011）05－0063－05
DesignofanIntelligentInsulationResistanceTester
LIZhi－de
（DongguanBranch，GuangdongInstituteofMetrology，Dongguan523120，Guangdong，China）
Abstract：Toensurethesecurityandeconomicoperationofpowerequipment，theremustberegularlytestofitsinsula-tionresistance．Inthisarticle，anintelligentinsulationresistancetesterbasedonARM7hasbeendesigned．Itconsistsofhigh－voltagegeneratingcircuit，measuringcircuit，displaymoduleandsomeadditionalcontrolcircuit，makingthetestoftheinsulationresistanceinalowvoltagecometrue．Itimprovethetestspeedalot，shortenthetesttime，andalsostopstheartificialoperatingerror．Alargenumberofexperimentaltestsshowthatthetesterhasthefeatureofreg-ulationhigh－voltageoutput，strongloadability，hightestprecision，suitableusedinthefield，andsomeadditionalfunctions，suchasthedisplayofmeasuringtime，batterycheck，automaticallystorageofmeasurementdataandsoon．Keywords：insulationresistance，highvoltagepowersupply，ARM，AD77050
引
言
在电力系统中，电机、变压器和电缆等电器设备都存在一定的电气绝缘问题，因此必须定期对其绝缘电阻进行测试。由于对上述设备的测试通常在户外进行，对测试仪的运输及携带有一定要求，所以通常绝缘电阻测试仪需要做成便携式的。早期对绝缘电阻的测量通常采用摇表，这种方法有一定的缺陷：一是采用指针式显示，读数容易出现偏差，不能保证测试电压的稳定；二是测量数据和测量时间等结果不能易导致结果产自动保存和打印；三是测量电压不稳，
生波动；四是体积大。为此，本文设计了一种新的绝缘电阻测试仪，可用于电力系统户外绝缘子性能测试，也可用于一般的绝缘电阻测量。本测试仪不仅能解决传统绝缘电阻测试仪的不足，还通过增加一些新
的功能使得测试仪操作更方便，更加人性化。同时，
本测试仪具有较高的测量准确度，而且能自动保存测量结果和测量时间，并可通过USB线与PC机进行通信，使用者可通过PC机上的人机交互界面对测试仪进行相关的数据处理和测量参数设置。1工作原理1．1
绝缘电阻测量原理
由于绝缘电阻的测量通常需要一个高压直流电源作为测试信号源，对于手持式测试仪而言，产生此高压源的持续时间有限，并且输出的直流高压信号容易波动，会影响测量结果的准确度，因此通常采用双支路比较测量法来测量绝缘电阻
，用已知标准电阻与待测电阻相比较来测量待测电阻值。工作原理如
［1］
ES为高压产生电路输出高压，R1、R2为测量图1所示，
6
3—
R0为待测端分压电阻，Rx为待电路标准侧分压电阻，
Ur为标准侧分压电压，U0为待测分压电压。测电阻，
根据欧姆定理可得：EsR0
Uo=
Rx+R0Ur=
R2
E
R1+R2s
电流通过VD2对电容CH6充电，充电电压Uc2=e2峰值+2≈22。反复充电，CH6上的电压就基本是22了，为变压器电级电压的二倍。
根据上述分析，再加多个电容和相同数量的二极管就能构成一个多倍压整流电路，图2所示的多倍压整流电路输出直流电压近似为输入电压的9倍左右
。
（1）（2）
（2）得AD转换器输出数值为：由式（1）、
Ur
AD=D
Uo
（3）
n
其中D=2－1（n为AD的位数）。从式（3）可以看出，采用双支路比较测量方法（即桥式测量电
路）可以有效地解决电桥供电Es的不稳定问题，因为测量值与Es无关。
R1＞＞R2，由于Rx＞＞R0，于是有：
R2Rx
AD=D
R0R1得到绝缘电阻的阻值为：
R0R1
Rx=AD
DR2
图2多倍压整流电路
Fig．2Multiplevoltagesrectifyingcircuit
2
系统设计
系统硬件构成如图3所示，绝缘电阻测试系统主要由高压产生模块、测量电路及AD转换模块、微处理器模块、显示模块及存储模块等组成
。
（4）
（5
）
图3系统组成框图
Fig．3Systemblockdiagram
图1双支路比较测量原理图Fig．1Schematicofcomparisondouble－slipmeasurement
1．2
倍压整流电路工作原理
绝缘电阻测量所需要的直流高压源，一般采用将电池的低压直流经过开关三极管斩波后通过一个音频升压变压器升压100多倍，然后采用倍压整流的方法使测试高压源达到5000V。先来讨论一下二倍压
［2］
CH6、VD1和整流原理，如图2所示，只看CH1、VD2，构成了二倍压整流电路。在e2负半周时，二极
VD2截止，电流经过VD1对CH1充电，将管VD1导通，
CH1上的电压充到接近于e2的峰值2（E2为e2的有VD2导通，VD1效值），并基本保持不变。e2正半周时，CH1上的电压Uc1=2与e2串联相加，截止。此时，整个系统的工作过程为：首先ARM产生PWM
开关信号控制开关三极管，通过升压变压器及倍压整流电路输出5000V的高压。再经过测量电路得到双支路中两路分压信号通过AD转换电路，输出的数据最终按式（5）得到送到ARM微处理器中进行处理，待测电阻值，并显示在LCD显示器上，同时可将测量USB数据存储在FLASH中。下面主要对测量电路、转串口电路和直流高压源系统反馈控制的设计进行介绍。2．1
测量电路的设计及需要考虑的细节
本测试仪的A/D转换器选用了Σ－Δ型的AD7705。AD7705具有两个差分输入通道、16位无丢失代码Σ－Δ、增益可编程、可进行自校准、可系统校
D=216
准和功耗低等特点由于设计中采用16位AD，
－1=65535，由式（5）可得：
R0R1
Rx=AD
65535R2
（6）
表1Ur与Uo值对比
Tab．1UrandUovalue
comparison
传统的A/D采样电路是将标准端和待测端分别接到AD7705的两个差分输入端口，外接基准电压。由于AD7705的两个差分输入通道并不是完全同步采样的，而是内部采用模拟切换开关来实现的。如果为了节省成本只采用一片A/D，由于此时只能采用双通道交替采样，所以两路采样不可能达到完全同步，而由于双支路中直流高压瞬间的波动性引起两个分压的比值存在很大的波动，两通道交替切换时测量准确度势必会受到影响。本系统测量电路（如图4）做了相应的改进，将Uo接到AD7705的REF（+）端作将Ur接到模拟输入AIN1（+）端作为采为基准电压，
样电压。这样将一路作为基准电压输入，另一路作为就能实现两路信号比值的完全同步，采样电压输入，
实验数据的波动性被消除，测量准确度大大提高。由于AD7705是全差分输入，所以将REF（－）、AIN1（－）接地。
如图4所示，在五千伏高压的情况下，如果待测电阻很小，或是待测两端短路，由式（1）可知高压就会直接加到R0两端，这样，不但测出的结果不能反映待测电阻的值，甚至有可能会损坏AD芯片。为解决上述问题，可在待测端串联上一定大小的30kΩ的电阻RC，为了不影响测量线性度，只需在后续处理中将RC的值减去就得到所需测量结果。为了使AD的使用更加安全，用一只阻值为4．7kΩ的电阻Ri与测量电桥串联以起到限流保护作用。不过Ri的引入会使Rx的下限受到影响，RC的串联同样也可以解决上述问题。
在测量时，当待测电阻为2000MΩ时，由式（1）可知，此时的Uo最小，也最容易小于Ur而使得AD转换的结果错误。经过多次试验，我们采用20kΩ固定电阻和5kΩ精密可调电阻串联作为R0，方便调试和校准。见表1，当R0在20～25kΩ时，待测电阻在0～
Uo始终比Ur大，2000MΩ范围内，并且当待测电阻很于是本测试仪不需要小时也同样能保证测量的精度，
量程切换就能保证测量精度。
另外，为了减小高频干扰，提高测量稳定度，我们
R1两端分别并联C1和C2两个滤波在取样电阻R0、
电容。
2．2USB转串口通信设计
由于测量数据需要作后续处理，测试仪相关功能
图5USB转串口电路图
Fig．5USBtoUARTinterfacecircuit．
图4数据采集与AD转换电路
Fig．4DataacquisitionandADsamplingCircuit及参数也需要设置，本系统在携带到户外使用前以及使用后都有必要与PC机进行通信。现在常用的电脑，USB口较多，特别是笔记本电脑，一般串口较少，所以
选择用USB转串口来实现上位机和下位机的通信。
［3］
本系统采用CP2102芯片来实现上述功能。CP2101是一种高集成的USB转UART桥接器，提供
了一个以最小化元件和PCB的空间来实现RS232转USB的简便解决方案。该芯片包含一个USB2．0全
USB收发器振荡器和带有全部的调制速功能控制器、
解调器控制信号的异步串行数据总线（UART）。
图5所示为本系统USB转串口的电路连接图
。
6
5—
2．3直流高压源系统反馈控制设计
前面讲到的双支路比较测量法解决的是在测量时电桥供电Es的不稳定问题，而对于绝缘电阻本身特性而言，其阻值与加载在其两端的高压幅值直接相［4］关，为了确保当负载在测量范围内变化时，测量电有必要引入一个压的幅值保持在允许的变化范围内，负反馈闭环回路，以实现直流高压的稳定，同时让Es在整个测量范围内都在5000V附近，而不需像传统的绝缘电阻测试仪那样设置另外的2500V等电压量程。由于本系统通过程序产生PWM，而高压产生电路输出的电压值与PWM的占空比有一定关系。为了提高测试仪的带负载能力，即保证测试高压不随待测负载变化而较大改变，有必要建立一个测量阻值和与占空比有关的参数的关系式来实现负反馈的功能。
Rx设两端的电压为U1，如图1所示，于是下式成立：
U1=Es×
Rx
Rx+R0
（7）
表2实验结果
Tab．2Theexperiment
results
将式（7）简单变化一下，得：
1
U1=Es×
R01+
Rx
（8）
由式（8）易知，当负载Rx减小时，其所承载的电压U1降低，于是可通过程序将占空比适当调大来削弱U1下降带来的影响，反之则适当调小占空比。
经过不断地测试和修改，得到下列算式：
n=nk（1+
K1K2（RM－Rs）
+RxRM－Rm
（9）
4
图6待测－实测曲线图
Fig．6Thecurve－linegraphoftested－measured结束语
本高压绝缘电阻测试仪是一种智能多功能测试仪，在很多技术指标上较之传统测试仪都有了很大的提高：
（1）本测试仪测量范围为0～1999MΩ，无论在小电阻还是在大电阻方面，其准确度都能满足要求，如图6所示，待测－实测的线图基本上为一条直线，测量误差小于2%；
（2）能实现测量数据的自动保存，解决了传统测试仪记录数据不方便的缺点，同时还自动记录测量时间；
（3）160×160高分辨率液晶显示，能提供多功能菜单，更易操作；
（4）可通过USB线与PC机进行通信，在PC机上可对测试仪进行设置，比如：添加/删除线路，数据库管理等功能；
（5）四节五号电池供电，并能定时检测电池电量。
n越式中n为与占空比有关的参数，在一定范围内，
小，占空比越小，反之越大；nk为经过测试得到的最佳K2经过测试得出；RM、Rm为占空比时的n值；系数K1、
需引入反馈的测量范围的上下限。
实验证明，上述方法能使输出直流高压保持稳定，大大提高了测量准确度。3
实验调试
本实验通过采用一个高精度高阻值的电阻箱做比对实验对测试仪的准确度和线性度进行测试。测量实验结果和曲线图如表2和图6所示。
从表2可知，本测试仪的准确度达到±2%，图6所示结果也说明测试仪具有较好的线性度。多次重复比对实验，准确度及线性特性很稳定，基本保持不变。
参考文献
［1］翟月华，胡恩华，毕向伟．一种新型智能绝缘测试测试装置的设计
2007，42（2）．和应用［J］．铁道通信信号，
ZHAIYue－hua，HUEn－hua，BIXiang－wei．TheDesignandAp-．RailwaysignallingplicationofaNewIntelligentInsulationTester［J］＆communication，2007，42（2）．
［2］银志军，．光电赵扬，孙大维，等．倍压整流电路的仿真与分析［J］
2006，21（5）．技术应用，
YINZhi－jun，ZHAOYang，SUNDa－wei，etal．SimulationandA-nalysisofVoltageDoublingRectifierCircuit［J］．Electro－OpticTech-2006，21（5）．nologyApplication，
［3］张博．用CP2102升级串行接口为USB接口的应用设计［J］．自动
2009，28（6）：104－106．化技术与应用，
ZHANGBo．RS232/USBUpgradeDesignwithCP2102［J］．Tech-2009，28（6）：104－106．niquesofAutomation＆Application，
［4］马春排，张源斌．绝缘电阻数字化测量的研究［J］．中国仪器仪表，
2002（1）：8－9．
MAChun－pai，ZHANGYuan－bin．TheResearchonDigitalMeas-urementofInsulatingResistance［J］．ChinaInstrumentation，2002（1）：8－9．作者简介：
李志得（1965－），男，硕士研究生，从事计量仪器的检定和产品检测工作。Email：zhide_li@126．com
收稿日期：2011－02－02
（杨长江编发）
（上接第50页）
其差值去控制G1频率给定环节，使整个系统频率控制在一定精度内。为避免频率给定环节低频振荡及过频调节，该装置还设有一死区整定装置，避免低频振荡，又能保证系统频率值满足国家标准要求见
［4］表1。
为保证并联运行的2台柴油发电机组组成的系统电压满足国家标准，就要解决2台并联柴油发电机的无功稳定合理分配问题，其有效的方法就使并网运行的发电机具有尽量相同的调差特性，而解决这一问题主要又在于供给励磁磁场的电流如何适应定子（电枢）负载电流产生的去磁效应（电枢反应），维持并网发电机气隙处的综合磁场强调与输出端电压的函数关系一致。当2台柴油机组并联运行后，由于每台柴油机喷油泵的调速特性及发电机电压调差特性总有些差异，负荷变动后，会影响各台发电机的有功功率和无功功率的合理分配，必须通过人工进行调整，调整原则是：根据有功表和无功表的指示，调大柴油机油门，可增大该机的有功输出，反之则减少。同理，减少磁场电阻，提高端电压，可增大该机无功输出，反之则减少。为了保证2台不同容量柴油发电机组并联运行后能根据外部负荷变化合理选择运行方
P2、Q1、Q2信号送入PLC控制系统，PLC式，我们将P1、Q1+Q2的数值选择2机组运行系统能根据P1+P2，
G2解列，G1解列。当方式，是G1运行、还是G2运行、
PLC作出上述决定需要一定的延时。我们整定然，
PLC输出延时电路为15min，避免瞬时外部负荷变化引起干扰造成PLC不正确的选择。运行方式选择依
G2容量之比据可根据用户提供来整定，也可根据G1、选择。一般下述的经验还是可行的：当外部负荷大于
G1功率的60%时，2机组可并联运行，当小于G1功率
的60%时，可开G1，停G2；当外部负荷小于G2功率的60%时，可开G2，停G1。上述判据均要通过15min延时后实现。4
结束语
对不同容量柴油发电机组并联运行优化控制的研究，是个实用性很强的课题，实例分析证明，该研究确实在实际应用当中有着非凡的研究价值。要保证不同容量柴油发电机组并联运行优化控制技术在实践中起到更好的推广应用价值，就要求对柴油发电机组的机械性能、电气性能、操作性能、可靠性、日常维护和使用寿命等诸多因素上作深一度研究，只有作到可靠、良好、完善的保护，才能达到优化控制的目的。
参考文献
［1］M］．北京：机械工业出版社．1981．刘同忠．柴油发电机组的使用［［2］．北京国防项国波柴油机交流发电机组并联运行及其稳定性［M］
2005．工业出版社，
［3］GB/T2819－1995，移动电站通用技术条件［S］．
［4］ISO82581－1993，ReciprocatingInternalCombustionEngineDriven
AlternatingCurrentGeneratingSets－partl；Application，RatingsandS］．Performance［作者简介：
谢远党（1975－）浙江宁海人，实验师，主要研究方向为电气自动化控制。Email：xieyd168@163．com
李维嘉，通讯作者，男，教授，博士生导师，研究方向为潜艇运动仿真、六自由度模拟器的研究。
收稿日期：2011－02－02
（杨长江编发）
6
7—
一种智能绝缘电阻测试仪设计
李志得
（广东计量科学研究院东莞分院，广东东莞523000）
摘要：为保证电力设备安全经济地运行，必须定期对其绝缘电阻进行测试，本文为此设计并实现了一种基于
ARM7的智能绝缘电阻测试仪，它由高压产生电路、测量电路、按键显示以及一些智能控制模块组成，实现了低电压激励条件下的绝缘电阻测试。大大地提高了测试速度，缩短了测试时间，杜绝了人为操作误差。经过大量实验测试表明，该测试仪具有测试高压输出稳定、负载能力强、测试精度高、操作方便等优点，并具有时间显示、电池电量检测、自动存储测量数据等功能。
关键词：绝缘电阻；直流高压电源；ARM7；AD7705中图分类号：TM933
文献标识码：B
文章编号：1001－1390（2011）05－0063－05
DesignofanIntelligentInsulationResistanceTester
LIZhi－de
（DongguanBranch，GuangdongInstituteofMetrology，Dongguan523120，Guangdong，China）
Abstract：Toensurethesecurityandeconomicoperationofpowerequipment，theremustberegularlytestofitsinsula-tionresistance．Inthisarticle，anintelligentinsulationresistancetesterbasedonARM7hasbeendesigned．Itconsistsofhigh－voltagegeneratingcircuit，measuringcircuit，displaymoduleandsomeadditionalcontrolcircuit，makingthetestoftheinsulationresistanceinalowvoltagecometrue．Itimprovethetestspeedalot，shortenthetesttime，andalsostopstheartificialoperatingerror．Alargenumberofexperimentaltestsshowthatthetesterhasthefeatureofreg-ulationhigh－voltageoutput，strongloadability，hightestprecision，suitableusedinthefield，andsomeadditionalfunctions，suchasthedisplayofmeasuringtime，batterycheck，automaticallystorageofmeasurementdataandsoon．Keywords：insulationresistance，highvoltagepowersupply，ARM，AD77050
引
言
在电力系统中，电机、变压器和电缆等电器设备都存在一定的电气绝缘问题，因此必须定期对其绝缘电阻进行测试。由于对上述设备的测试通常在户外进行，对测试仪的运输及携带有一定要求，所以通常绝缘电阻测试仪需要做成便携式的。早期对绝缘电阻的测量通常采用摇表，这种方法有一定的缺陷：一是采用指针式显示，读数容易出现偏差，不能保证测试电压的稳定；二是测量数据和测量时间等结果不能易导致结果产自动保存和打印；三是测量电压不稳，
生波动；四是体积大。为此，本文设计了一种新的绝缘电阻测试仪，可用于电力系统户外绝缘子性能测试，也可用于一般的绝缘电阻测量。本测试仪不仅能解决传统绝缘电阻测试仪的不足，还通过增加一些新
的功能使得测试仪操作更方便，更加人性化。同时，
本测试仪具有较高的测量准确度，而且能自动保存测量结果和测量时间，并可通过USB线与PC机进行通信，使用者可通过PC机上的人机交互界面对测试仪进行相关的数据处理和测量参数设置。1工作原理1．1
绝缘电阻测量原理
由于绝缘电阻的测量通常需要一个高压直流电源作为测试信号源，对于手持式测试仪而言，产生此高压源的持续时间有限，并且输出的直流高压信号容易波动，会影响测量结果的准确度，因此通常采用双支路比较测量法来测量绝缘电阻
，用已知标准电阻与待测电阻相比较来测量待测电阻值。工作原理如
［1］
ES为高压产生电路输出高压，R1、R2为测量图1所示，
6
3—
R0为待测端分压电阻，Rx为待电路标准侧分压电阻，
Ur为标准侧分压电压，U0为待测分压电压。测电阻，
根据欧姆定理可得：EsR0
Uo=
Rx+R0Ur=
R2
E
R1+R2s
电流通过VD2对电容CH6充电，充电电压Uc2=e2峰值+2≈22。反复充电，CH6上的电压就基本是22了，为变压器电级电压的二倍。
根据上述分析，再加多个电容和相同数量的二极管就能构成一个多倍压整流电路，图2所示的多倍压整流电路输出直流电压近似为输入电压的9倍左右
。
（1）（2）
（2）得AD转换器输出数值为：由式（1）、
Ur
AD=D
Uo
（3）
n
其中D=2－1（n为AD的位数）。从式（3）可以看出，采用双支路比较测量方法（即桥式测量电
路）可以有效地解决电桥供电Es的不稳定问题，因为测量值与Es无关。
R1＞＞R2，由于Rx＞＞R0，于是有：
R2Rx
AD=D
R0R1得到绝缘电阻的阻值为：
R0R1
Rx=AD
DR2
图2多倍压整流电路
Fig．2Multiplevoltagesrectifyingcircuit
2
系统设计
系统硬件构成如图3所示，绝缘电阻测试系统主要由高压产生模块、测量电路及AD转换模块、微处理器模块、显示模块及存储模块等组成
。
（4）
（5
）
图3系统组成框图
Fig．3Systemblockdiagram
图1双支路比较测量原理图Fig．1Schematicofcomparisondouble－slipmeasurement
1．2
倍压整流电路工作原理
绝缘电阻测量所需要的直流高压源，一般采用将电池的低压直流经过开关三极管斩波后通过一个音频升压变压器升压100多倍，然后采用倍压整流的方法使测试高压源达到5000V。先来讨论一下二倍压
［2］
CH6、VD1和整流原理，如图2所示，只看CH1、VD2，构成了二倍压整流电路。在e2负半周时，二极
VD2截止，电流经过VD1对CH1充电，将管VD1导通，
CH1上的电压充到接近于e2的峰值2（E2为e2的有VD2导通，VD1效值），并基本保持不变。e2正半周时，CH1上的电压Uc1=2与e2串联相加，截止。此时，整个系统的工作过程为：首先ARM产生PWM
开关信号控制开关三极管，通过升压变压器及倍压整流电路输出5000V的高压。再经过测量电路得到双支路中两路分压信号通过AD转换电路，输出的数据最终按式（5）得到送到ARM微处理器中进行处理，待测电阻值，并显示在LCD显示器上，同时可将测量USB数据存储在FLASH中。下面主要对测量电路、转串口电路和直流高压源系统反馈控制的设计进行介绍。2．1
测量电路的设计及需要考虑的细节
本测试仪的A/D转换器选用了Σ－Δ型的AD7705。AD7705具有两个差分输入通道、16位无丢失代码Σ－Δ、增益可编程、可进行自校准、可系统校
D=216
准和功耗低等特点由于设计中采用16位AD，
－1=65535，由式（5）可得：
R0R1
Rx=AD
65535R2
（6）
表1Ur与Uo值对比
Tab．1UrandUovalue
comparison
传统的A/D采样电路是将标准端和待测端分别接到AD7705的两个差分输入端口，外接基准电压。由于AD7705的两个差分输入通道并不是完全同步采样的，而是内部采用模拟切换开关来实现的。如果为了节省成本只采用一片A/D，由于此时只能采用双通道交替采样，所以两路采样不可能达到完全同步，而由于双支路中直流高压瞬间的波动性引起两个分压的比值存在很大的波动，两通道交替切换时测量准确度势必会受到影响。本系统测量电路（如图4）做了相应的改进，将Uo接到AD7705的REF（+）端作将Ur接到模拟输入AIN1（+）端作为采为基准电压，
样电压。这样将一路作为基准电压输入，另一路作为就能实现两路信号比值的完全同步，采样电压输入，
实验数据的波动性被消除，测量准确度大大提高。由于AD7705是全差分输入，所以将REF（－）、AIN1（－）接地。
如图4所示，在五千伏高压的情况下，如果待测电阻很小，或是待测两端短路，由式（1）可知高压就会直接加到R0两端，这样，不但测出的结果不能反映待测电阻的值，甚至有可能会损坏AD芯片。为解决上述问题，可在待测端串联上一定大小的30kΩ的电阻RC，为了不影响测量线性度，只需在后续处理中将RC的值减去就得到所需测量结果。为了使AD的使用更加安全，用一只阻值为4．7kΩ的电阻Ri与测量电桥串联以起到限流保护作用。不过Ri的引入会使Rx的下限受到影响，RC的串联同样也可以解决上述问题。
在测量时，当待测电阻为2000MΩ时，由式（1）可知，此时的Uo最小，也最容易小于Ur而使得AD转换的结果错误。经过多次试验，我们采用20kΩ固定电阻和5kΩ精密可调电阻串联作为R0，方便调试和校准。见表1，当R0在20～25kΩ时，待测电阻在0～
Uo始终比Ur大，2000MΩ范围内，并且当待测电阻很于是本测试仪不需要小时也同样能保证测量的精度，
量程切换就能保证测量精度。
另外，为了减小高频干扰，提高测量稳定度，我们
R1两端分别并联C1和C2两个滤波在取样电阻R0、
电容。
2．2USB转串口通信设计
由于测量数据需要作后续处理，测试仪相关功能
图5USB转串口电路图
Fig．5USBtoUARTinterfacecircuit．
图4数据采集与AD转换电路
Fig．4DataacquisitionandADsamplingCircuit及参数也需要设置，本系统在携带到户外使用前以及使用后都有必要与PC机进行通信。现在常用的电脑，USB口较多，特别是笔记本电脑，一般串口较少，所以
选择用USB转串口来实现上位机和下位机的通信。
［3］
本系统采用CP2102芯片来实现上述功能。CP2101是一种高集成的USB转UART桥接器，提供
了一个以最小化元件和PCB的空间来实现RS232转USB的简便解决方案。该芯片包含一个USB2．0全
USB收发器振荡器和带有全部的调制速功能控制器、
解调器控制信号的异步串行数据总线（UART）。
图5所示为本系统USB转串口的电路连接图
。
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2．3直流高压源系统反馈控制设计
前面讲到的双支路比较测量法解决的是在测量时电桥供电Es的不稳定问题，而对于绝缘电阻本身特性而言，其阻值与加载在其两端的高压幅值直接相［4］关，为了确保当负载在测量范围内变化时，测量电有必要引入一个压的幅值保持在允许的变化范围内，负反馈闭环回路，以实现直流高压的稳定，同时让Es在整个测量范围内都在5000V附近，而不需像传统的绝缘电阻测试仪那样设置另外的2500V等电压量程。由于本系统通过程序产生PWM，而高压产生电路输出的电压值与PWM的占空比有一定关系。为了提高测试仪的带负载能力，即保证测试高压不随待测负载变化而较大改变，有必要建立一个测量阻值和与占空比有关的参数的关系式来实现负反馈的功能。
Rx设两端的电压为U1，如图1所示，于是下式成立：
U1=Es×
Rx
Rx+R0
（7）
表2实验结果
Tab．2Theexperiment
results
将式（7）简单变化一下，得：
1
U1=Es×
R01+
Rx
（8）
由式（8）易知，当负载Rx减小时，其所承载的电压U1降低，于是可通过程序将占空比适当调大来削弱U1下降带来的影响，反之则适当调小占空比。
经过不断地测试和修改，得到下列算式：
n=nk（1+
K1K2（RM－Rs）
+RxRM－Rm
（9）
4
图6待测－实测曲线图
Fig．6Thecurve－linegraphoftested－measured结束语
本高压绝缘电阻测试仪是一种智能多功能测试仪，在很多技术指标上较之传统测试仪都有了很大的提高：
（1）本测试仪测量范围为0～1999MΩ，无论在小电阻还是在大电阻方面，其准确度都能满足要求，如图6所示，待测－实测的线图基本上为一条直线，测量误差小于2%；
（2）能实现测量数据的自动保存，解决了传统测试仪记录数据不方便的缺点，同时还自动记录测量时间；
（3）160×160高分辨率液晶显示，能提供多功能菜单，更易操作；
（4）可通过USB线与PC机进行通信，在PC机上可对测试仪进行设置，比如：添加/删除线路，数据库管理等功能；
（5）四节五号电池供电，并能定时检测电池电量。
n越式中n为与占空比有关的参数，在一定范围内，
小，占空比越小，反之越大；nk为经过测试得到的最佳K2经过测试得出；RM、Rm为占空比时的n值；系数K1、
需引入反馈的测量范围的上下限。
实验证明，上述方法能使输出直流高压保持稳定，大大提高了测量准确度。3
实验调试
本实验通过采用一个高精度高阻值的电阻箱做比对实验对测试仪的准确度和线性度进行测试。测量实验结果和曲线图如表2和图6所示。
从表2可知，本测试仪的准确度达到±2%，图6所示结果也说明测试仪具有较好的线性度。多次重复比对实验，准确度及线性特性很稳定，基本保持不变。
参考文献
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YINZhi－jun，ZHAOYang，SUNDa－wei，etal．SimulationandA-nalysisofVoltageDoublingRectifierCircuit［J］．Electro－OpticTech-2006，21（5）．nologyApplication，
［3］张博．用CP2102升级串行接口为USB接口的应用设计［J］．自动
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ZHANGBo．RS232/USBUpgradeDesignwithCP2102［J］．Tech-2009，28（6）：104－106．niquesofAutomation＆Application，
［4］马春排，张源斌．绝缘电阻数字化测量的研究［J］．中国仪器仪表，
2002（1）：8－9．
MAChun－pai，ZHANGYuan－bin．TheResearchonDigitalMeas-urementofInsulatingResistance［J］．ChinaInstrumentation，2002（1）：8－9．作者简介：
李志得（1965－），男，硕士研究生，从事计量仪器的检定和产品检测工作。Email：zhide_li@126．com
收稿日期：2011－02－02
（杨长江编发）
（上接第50页）
其差值去控制G1频率给定环节，使整个系统频率控制在一定精度内。为避免频率给定环节低频振荡及过频调节，该装置还设有一死区整定装置，避免低频振荡，又能保证系统频率值满足国家标准要求见
［4］表1。
为保证并联运行的2台柴油发电机组组成的系统电压满足国家标准，就要解决2台并联柴油发电机的无功稳定合理分配问题，其有效的方法就使并网运行的发电机具有尽量相同的调差特性，而解决这一问题主要又在于供给励磁磁场的电流如何适应定子（电枢）负载电流产生的去磁效应（电枢反应），维持并网发电机气隙处的综合磁场强调与输出端电压的函数关系一致。当2台柴油机组并联运行后，由于每台柴油机喷油泵的调速特性及发电机电压调差特性总有些差异，负荷变动后，会影响各台发电机的有功功率和无功功率的合理分配，必须通过人工进行调整，调整原则是：根据有功表和无功表的指示，调大柴油机油门，可增大该机的有功输出，反之则减少。同理，减少磁场电阻，提高端电压，可增大该机无功输出，反之则减少。为了保证2台不同容量柴油发电机组并联运行后能根据外部负荷变化合理选择运行方
P2、Q1、Q2信号送入PLC控制系统，PLC式，我们将P1、Q1+Q2的数值选择2机组运行系统能根据P1+P2，
G2解列，G1解列。当方式，是G1运行、还是G2运行、
PLC作出上述决定需要一定的延时。我们整定然，
PLC输出延时电路为15min，避免瞬时外部负荷变化引起干扰造成PLC不正确的选择。运行方式选择依
G2容量之比据可根据用户提供来整定，也可根据G1、选择。一般下述的经验还是可行的：当外部负荷大于
G1功率的60%时，2机组可并联运行，当小于G1功率
的60%时，可开G1，停G2；当外部负荷小于G2功率的60%时，可开G2，停G1。上述判据均要通过15min延时后实现。4
结束语
对不同容量柴油发电机组并联运行优化控制的研究，是个实用性很强的课题，实例分析证明，该研究确实在实际应用当中有着非凡的研究价值。要保证不同容量柴油发电机组并联运行优化控制技术在实践中起到更好的推广应用价值，就要求对柴油发电机组的机械性能、电气性能、操作性能、可靠性、日常维护和使用寿命等诸多因素上作深一度研究，只有作到可靠、良好、完善的保护，才能达到优化控制的目的。
参考文献
［1］M］．北京：机械工业出版社．1981．刘同忠．柴油发电机组的使用［［2］．北京国防项国波柴油机交流发电机组并联运行及其稳定性［M］
2005．工业出版社，
［3］GB/T2819－1995，移动电站通用技术条件［S］．
［4］ISO82581－1993，ReciprocatingInternalCombustionEngineDriven
AlternatingCurrentGeneratingSets－partl；Application，RatingsandS］．Performance［作者简介：
谢远党（1975－）浙江宁海人，实验师，主要研究方向为电气自动化控制。Email：xieyd168@163．com
李维嘉，通讯作者，男，教授，博士生导师，研究方向为潜艇运动仿真、六自由度模拟器的研究。
收稿日期：2011－02－02
（杨长江编发）
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