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)部可能會被嚴(yán)重?zé)龤?，電機(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。

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(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(xiàn)狀

目前大多數(shù)匝間儀顯示波形都還在采用取樣信號去激勵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)維修工作的時候還能適用，但是要是在相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)測試的時候，或者在做相關(guān)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)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(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。

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、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(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)獲取到的振蕩信號自動調(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)的計算慣例，從采樣數(shù)據(jù)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(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，僅將這5個周期的采樣點(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(jī)編程計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個振蕩周期的采樣點(diǎn)數(shù)，可以計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。

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。