RIGOL DS1000E 數字示波器在匝間短路測試中的應用

引言

在工業生產和設備維護檢修中，人們經常會進行線圈繞組匝間短路故障的測試。例如，電力系統中電力變壓器匝間短路、電機轉子匝間短路、顯象管行輸出變壓器匝間短路等故障，都是以上產品最常見的故障之一，一旦出現這類故障，電力變壓器內部可能會被嚴重燒毀，電機很難負載運行甚至不能運行。

因此，高效、可靠的匝間短路測試方法對企業提高生產和檢測、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數字示波器在匝間短路測試中的應用。

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品的基本原理都是以同型號繞組感抗相等為前提，采用波形比較法，以高壓脈沖對等效過電壓、無損模擬試驗。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脈沖在繞組線圈中的振蕩波形，如果兩個波形不一致，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

測試方法

現狀

目前大多數匝間儀顯示波形都還在采用取樣信號去激勵CRT偏轉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與常閉觸點的高速切換，利用模擬示波器當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，僅僅在相關維修工作的時候還能適用，但是要是在相關產品生產測試的時候，或者在做相關參數的實驗測定的時候，這樣肉眼判斷的方法是不具有說服力的。這時需要將振蕩波形的一系列數據都量化比較，如果波形不一致，是什么參數不一致，相差多少，這樣量化的數據才是科學可靠的。因此，將振蕩波形的采樣、顯示部分采用數字示波器的方案是非常有必要的。

改進方法

上海某檢測設備廠的智能型繞組綜合測試系統正是這樣科學可靠的測試系統，它集成了RIGOL DS1000E系列數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繞組及變壓器線圈相關測試儀器，并且由一臺工控機統一控制與數據獲取，形成功能強大的智能測試系統。

圖2 測試環境

數字示波器在該系統中的作用是將采集到的振蕩波形采樣點數據及時、可靠的上傳至工控機供分析其波形中所包含的信息。按照行業內對繞組匝間沖擊波耐壓實驗的相關標準和分析方法，需要計算兩組同型號繞組振蕩波形的面積差和頻率差，以判斷該兩組繞組參數是否一致或者是否存在匝間短路現象。

實驗開始之后，數字示波器根據獲取到的振蕩信號自動調節水平和垂直刻度，以達到觀察波形的最佳刻度。

圖3 測試波形

利用數字示波器開放的指令集，在工控機上編程分別獲取兩組繞組振蕩波形采樣點數據之后，可以得到如下兩組，每一組1024個采樣點數據：

圖 4 采樣點數據圖1

圖 5 采樣點數據圖2

按照繞組匝間沖擊波耐壓實驗的計算慣例，從采樣數據中分離出振蕩波形的前5個振蕩周期，計算其面積差和頻率差。如果這兩個數據的值小于3%，便可以判定兩組繞組參數一致，不存在匝間短路現象。

同時，僅將這5個周期的采樣點在工控機上描繪出波形，更加便于準確的觀察有效振蕩周期波形的細節。

圖 6 前5個振蕩周期情況

圖 7 類似的情況

這樣將振蕩波形采樣量化之后，通過計算機編程計算即可得知看似完全一致的兩組波形實際上存在著細微的差別。根據采樣點的電壓計算可以知道，上述兩組波形的面積差為0.16%；根據數字示波器的采樣率以及5個振蕩周期的采樣點數，可以計算出兩組波形的頻率差為0.246%。可以判定這兩組繞組參數一致，不存在匝間短路現象。

結束語

將上述兩組波形的差異進行科學量化之后，經過進一步分析，在電機繞組、變壓器線圈等產品的生產檢測過程中，對產品品質的鑒別與提升就有了科學可靠的依據，同時根據這些數據，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中的作用尤為重要，利用數字示波器的強大功能，有效的提高了匝間短路的測試效率。