RIGOL DS1000E 數(shù)字示波器在匝間短路測試中的應(yīng)用(圖)

一、引言
在工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)檢修中，人們經(jīng)常會(huì)進(jìn)行線圈繞組匝間短路故障的測試。例如，電力系統(tǒng)中電力變壓器匝間短路、電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路、顯象管行輸出變壓器匝間短路等故障，都是以上產(chǎn)品最常見的故障之一，一旦出現(xiàn)這類故障，電力變壓器內(nèi)部可能會(huì)被嚴(yán)重?zé)龤В姍C(jī)很難負(fù)載運(yùn)行甚至不能運(yùn)行。
因此，高效、可靠的匝間短路測試方法對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)和檢測、維修的效率都有重要的意義。本文著重介紹由北京普源精電科技有限公司（RIGOL）提供的DS1000E數(shù)字示波器在匝間短路測試中的應(yīng)用。
二、測試原理
目前市面上有不少專用的繞組匝間沖擊耐電壓測試儀，這類匝間沖擊耐電壓測試儀產(chǎn)品的基本原理都是以同型號(hào)繞組感抗相等為前提，采用波形比較法，以高壓脈沖對(duì)等效過電壓、無損模擬試驗(yàn)。然后通過示波器這樣的裝置通過完全一致的取樣回路來測量這個(gè)脈沖在繞組線圈中的振蕩波形，如果兩個(gè)波形不一致，那么表明這兩組線圈中至少有一組存在匝間短路的故障。其測量原理圖如下：

圖1 測試原理
三、測試方法
1、現(xiàn)狀
目前大多數(shù)匝間儀顯示波形都還在采用取樣信號(hào)去激勵(lì)CRT偏轉(zhuǎn)線圈這樣的模擬示波器顯示方法，要判別兩組振蕩波形的異同，就利用繞組切換繼電器常開觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)的高速切換，利用模擬示波器當(dāng)前波形與前次波形的余暉相比較，用肉眼去判斷兩組波形是否一致，以此來判斷是否存在匝間故障。
但是像這樣的方法，僅僅在相關(guān)維修工作的時(shí)候還能適用，但是要是在相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)測試的時(shí)候，或者在做相關(guān)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定的時(shí)候，這樣肉眼判斷的方法是不具有說服力的。這時(shí)需要將振蕩波形的一系列數(shù)據(jù)都量化比較，如果波形不一致，是什么參數(shù)不一致，相差多少，這樣量化的數(shù)據(jù)才是科學(xué)可靠的。因此，將振蕩波形的采樣、顯示部分采用數(shù)字示波器的方案是非常有必要的。
2改進(jìn)方法
上海某檢測設(shè)備廠的智能型繞組綜合測試系統(tǒng)正是這樣科學(xué)可靠的測試系統(tǒng)，它集成了RIGOL DS1000E系列數(shù)字示波器作為振蕩波形的采樣、顯示部分，集成了智能低電阻測試儀和絕緣電阻測試儀等一系列電機(jī)繞組及變壓器線圈相關(guān)測試儀器，并且由一臺(tái)工控機(jī)統(tǒng)一控制與數(shù)據(jù)獲取，形成功能強(qiáng)大的智能測試系統(tǒng)。

圖2 測試環(huán)境
數(shù)字示波器在該系統(tǒng)中的作用是將采集到的振蕩波形采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)、可靠的上傳至工控機(jī)供分析其波形中所包含的信息。按照行業(yè)內(nèi)對(duì)繞組匝間沖擊波耐壓實(shí)驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和分析方法，需要計(jì)算兩組同型號(hào)繞組振蕩波形的面積差和頻率差，以判斷該兩組繞組參數(shù)是否一致或者是否存在匝間短路現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)開始之后，數(shù)字示波器根據(jù)獲取到的振蕩信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)水平和垂直刻度，以達(dá)到觀察波形的最佳刻度。

圖3 測試波形
利用數(shù)字示波器開放的指令集，在工控機(jī)上編程分別獲取兩組繞組振蕩波形采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)之后，可以得到如下兩組，每一組1024個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)：

圖 4 采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)圖1

圖 5 采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)圖2
按照繞組匝間沖擊波耐壓實(shí)驗(yàn)的計(jì)算慣例，從采樣數(shù)據(jù)中分離出振蕩波形的前5個(gè)振蕩周期，計(jì)算其面積差和頻率差。如果這兩個(gè)數(shù)據(jù)的值小于3%，便可以判定兩組繞組參數(shù)一致，不存在匝間短路現(xiàn)象。
同時(shí)，僅將這5個(gè)周期的采樣點(diǎn)在工控機(jī)上描繪出波形，更加便于準(zhǔn)確的觀察有效振蕩周期波形的細(xì)節(jié)。

圖 6 前5個(gè)振蕩周期情況

圖 7 類似的情況
這樣將振蕩波形采樣量化之后，通過計(jì)算機(jī)編程計(jì)算即可得知看似完全一致的兩組波形實(shí)際上存在著細(xì)微的差別。根據(jù)采樣點(diǎn)的電壓計(jì)算可以知道，上述兩組波形的面積差為0.16%；根據(jù)數(shù)字示波器的采樣率以及5個(gè)振蕩周期的采樣點(diǎn)數(shù)，可以計(jì)算出兩組波形的頻率差為0.246%?？梢耘卸ㄟ@兩組繞組參數(shù)一致，不存在匝間短路現(xiàn)象。
四、結(jié)束語
將上述兩組波形的差異進(jìn)行科學(xué)量化之后，經(jīng)過進(jìn)一步分析，在電機(jī)繞組、變壓器線圈等產(chǎn)品的生產(chǎn)檢測過程中，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的鑒別與提升就有了科學(xué)可靠的依據(jù)，同時(shí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，還可以推測繞組匝間損壞的程度，有效提高故障判斷效率和維修效率。
綜上，RIGOL DS1000E系列示波器在智能型綜合測試系統(tǒng)中的作用尤為重要，利用數(shù)字示波器的強(qiáng)大功能，有效的提高了匝間短路的測試效率。