变压器绕组匝间耐压绝缘性能数字化测试装置研究与开发

发布时间：2017-08-18 17:16

  本文关键词：变压器绕组匝间耐压绝缘性能数字化测试装置研究与开发

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【摘要】：在人们的日常生产生活中,用电设备得到越来越广泛的应用,用电设备的耐压性能很大程度上决定了产品使用过程中的安全性与稳定性。几乎所有的用电设备当中都会用到电感、变压器等线圈类产品。线圈的绝缘性能是决定整机绝缘非常重要的因素之一,因此,线圈(绕组)的绝缘测试是这类零组件生产厂家出厂必须进行的测试内容。匝间耐压测试仪是用来测量线圈匝间绝缘性能的专用仪器。目前国际的领先水平可以达到200M采样率,高压达到5KV输出,重复性为1%,本为论文以此为设计目标。本课题任务来源与企业产学研联合研究课题,工作原理是首先对标准(合格)线圈施加高冲击电压,由线圈与内置谐振电容构成衰减振荡电路,通过高速采样获取振荡波形,再用同样的冲击电压对被测线圈施加激励,通过同样的电路再次采集振荡波形,分析这两种波形的差异,即可检测出线圈的漆包线表皮破损、匝间存在杂质颗粒、线圈短路、断路等故障信息。基于该原理,本课题的主要研究内容包括：高压冲击波产生电路、高速数据采集电路、信号处理与人机接口电路、嵌入式软件设计、测试数据分析等。其中,高压冲击波产生电路以12bitDAC+逆变器+倍压电路为核心构成负反馈调节电路,产生200V-5000V负高压,通过晶闸管与波头电阻产生0.2us波头的冲击波；高速数据采集电路以ADC08200为核心,通过FPGA实现1MSPS～200MSPS采样率可调的数据采集电路,同时,通过FPGA内置高速FIFO模块实现8k存储深度的实时数据存储；信号处理与人机接口电路以ARM6410核心板+扩展板架构实现；本系统以Linux操作系统为平台进行嵌入式软件设计,通过QT实现高效的匝间绝缘性能分析及人机接口软件：最后,通过对大量长期实测数据的分析,给出仪器的综合性能及改进方向。本论文共分六章,第一章,详细介绍了匝间耐压测试仪的应用背景与研究现状,比较了国内外现有耐压测试仪的测试水平、性能差异,并分析了耐压测试仪的发展趋势。第二章,着重介绍了匝间耐压测试仪的测量原理,首先通过简化的测量模型分析了匝间耐压测试仪的工作流程,接着介绍了线圈不同的故障类型带来的波形差异,最后提出了一些可量化的差异参数用来判断线圈的故障情况。第三章,匝间耐压测试仪系统总体方案设计,首先分析了系统的功能需求以明确设计的关注点,接着根据需求归纳出需要重点考虑的设计项并进行方案论证。第四章,详细介绍了系统硬件的设计方案,结合测量原理、功能需求、设计精度等分析了器件的选型依据,电路的设计依据。第五章,详细介绍了系统软件的设计方案,本章中介绍了与硬件驱动相关的FPGA程序与Linux驱动程序的开发,接着介绍了嵌入式操作系统开发环境的搭建,最后重点讲解了设备功能相关的应用层程序。第六章,讲述了在进行系统调试过程中遇到的软硬件问题及相应的解决办法,这些解决办法有些是在设计初期欠考虑,在后期提出的改进方案,有些则是在调试过程中反复摸索得到的调试经验。本章最后对调试完毕后的系统进行大量的测试,并结合测试数据对设备性能进行评定。论文工作完成的匝间耐压测试仪,目前已经完成粗样研制、测试、改进,并正在进行正样测试。粗样测试的指标已全部达到任务规定的技术指标。
【关键词】：匝间耐压测试仪 高压 高速采样 抗干扰 FPGA Linux
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM855
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本章小结11-13
• 第二章 匝间耐压测试仪测量原理13-25
• 2.1 匝间耐压测试仪测量模型13-16
• 2.2 匝间耐压测试仪检测方法16-20
• 2.3 匝间耐压测试仪测量参数20-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 系统需求分析与总体方案设计25-37
• 3.1 系统需求分析25-28
• 3.1.1 性能指标需求25-26
• 3.1.2 通讯方式需求26
• 3.1.3 存储功能需求26-27
• 3.1.4 电磁兼容性需求27-28
• 3.1.5 可靠性需求28
• 3.2 系统总体方案28-35
• 3.2.1 高压源方案29-30
• 3.2.2 处理器方案30-32
• 3.2.3 操作系统方案32-33
• 3.2.4 电磁兼容方案33
• 3.2.5 系统总体结构图33-35
• 3.3 本章小结35-37
• 第四章 系统硬件详细设计37-67
• 4.1 硬件总体设计37-38
• 4.2 高压单元38-51
• 4.2.1 高压反馈调节电路38-42
• 4.2.2 高压采样电路42-44
• 4.2.3 高压开关电路44-50
• 4.2.4 高压波形分压电路50-51
• 4.3 波形采集单元51-56
• 4.3.1 信号调理电路51-53
• 4.3.2 ADC采样电路53-54
• 4.3.3 FPGA电路54-56
• 4.4 主控单元56-62
• 4.4.1 核心板资源介绍57-58
• 4.4.2 USB接口电路58-59
• 4.4.3 以太网接口电路59-60
• 4.4.4 LCD驱动电路60-62
• 4.5 供电系统62-65
• 4.5.1 电源系统需求分析62-63
• 4.5.2 电源系统详细设计63-65
• 4.6 本章小结65-67
• 第五章 系统软件详细设计67-89
• 5.1 软件总体设计67-68
• 5.2 操作系统层软件设计68-71
• 5.2.1 操作系统启动流程68-69
• 5.2.2 Bootloader移植69
• 5.2.3 Linux内核裁剪69-70
• 5.2.4 根文件系统制作70-71
• 5.3 硬件驱动层软件设计71-78
• 5.3.1 FPGA程序71-75
• 5.3.2 ARM驱动程序75-78
• 5.4 应用层软件设计78-87
• 5.4.1 高压调节程序79
• 5.4.2 数据采集控制程序79-81
• 5.4.3 测量数据分析程序81-82
• 5.4.4 人机界面程序82-87
• 5.5 本章小结87-89
• 第六章 系统调试与数据分析89-107
• 6.1 系统硬件调试89-96
• 6.1.1 高压输出幅值有限89-90
• 6.1.2 高压耐压不足90-91
• 6.1.3 分压波形出现尖峰91-92
• 6.1.4 高速采样精度低92-94
• 6.1.5 信号完整性问题94-95
• 6.1.6 电磁兼容性问题95-96
• 6.2 系统软件调试96-100
• 6.2.1 搭建NFS系统96
• 6.2.2 FPGA采样数据跳变96-97
• 6.2.3 FIFO强放电时复位97-98
• 6.2.4 误差校准98-100
• 6.3 测试数据分析100-105
• 6.3.1 高压输出测试100-103
• 6.3.2 面积重复性测试103-104
• 6.3.3 面积差重复性测试104
• 6.3.4 相位差重复性测试104-105
• 6.3.5 电感感量与Q值测试105
• 6.4 本章小结105-107
• 结束语107-109
• 致谢109-111
• 研究生阶段研究成果及发表论文情况111-113
• 参考文献113-114

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本文编号：695767