本文關(guān)鍵詞：變壓器繞組匝間耐壓絕緣性能數(shù)字化測(cè)試裝置研究與開(kāi)發(fā)

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【摘要】：在人們的日常生產(chǎn)生活中,用電設(shè)備得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,用電設(shè)備的耐壓性能很大程度上決定了產(chǎn)品使用過(guò)程中的安全性與穩(wěn)定性。幾乎所有的用電設(shè)備當(dāng)中都會(huì)用到電感、變壓器等線圈類產(chǎn)品。線圈的絕緣性能是決定整機(jī)絕緣非常重要的因素之一,因此,線圈(繞組)的絕緣測(cè)試是這類零組件生產(chǎn)廠家出廠必須進(jìn)行的測(cè)試內(nèi)容。匝間耐壓測(cè)試儀是用來(lái)測(cè)量線圈匝間絕緣性能的專用儀器。目前國(guó)際的領(lǐng)先水平可以達(dá)到200M采樣率,高壓達(dá)到5KV輸出,重復(fù)性為1%,本為論文以此為設(shè)計(jì)目標(biāo)。本課題任務(wù)來(lái)源與企業(yè)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研究課題,工作原理是首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)(合格)線圈施加高沖擊電壓,由線圈與內(nèi)置諧振電容構(gòu)成衰減振蕩電路,通過(guò)高速采樣獲取振蕩波形,再用同樣的沖擊電壓對(duì)被測(cè)線圈施加激勵(lì),通過(guò)同樣的電路再次采集振蕩波形,分析這兩種波形的差異,即可檢測(cè)出線圈的漆包線表皮破損、匝間存在雜質(zhì)顆粒、線圈短路、斷路等故障信息�；谠撛�,本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括：高壓沖擊波產(chǎn)生電路、高速數(shù)據(jù)采集電路、信號(hào)處理與人機(jī)接口電路、嵌入式軟件設(shè)計(jì)、測(cè)試數(shù)據(jù)分析等。其中,高壓沖擊波產(chǎn)生電路以12bitDAC+逆變器+倍壓電路為核心構(gòu)成負(fù)反饋調(diào)節(jié)電路,產(chǎn)生200V-5000V負(fù)高壓,通過(guò)晶閘管與波頭電阻產(chǎn)生0.2us波頭的沖擊波；高速數(shù)據(jù)采集電路以ADC08200為核心,通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)1MSPS～200MSPS采樣率可調(diào)的數(shù)據(jù)采集電路,同時(shí),通過(guò)FPGA內(nèi)置高速FIFO模塊實(shí)現(xiàn)8k存儲(chǔ)深度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；信號(hào)處理與人機(jī)接口電路以ARM6410核心板+擴(kuò)展板架構(gòu)實(shí)現(xiàn)；本系統(tǒng)以Linux操作系統(tǒng)為平臺(tái)進(jìn)行嵌入式軟件設(shè)計(jì),通過(guò)QT實(shí)現(xiàn)高效的匝間絕緣性能分析及人機(jī)接口軟件：最后,通過(guò)對(duì)大量長(zhǎng)期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,給出儀器的綜合性能及改進(jìn)方向。本論文共分六章,第一章,詳細(xì)介紹了匝間耐壓測(cè)試儀的應(yīng)用背景與研究現(xiàn)狀,比較了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有耐壓測(cè)試儀的測(cè)試水平、性能差異,并分析了耐壓測(cè)試儀的發(fā)展趨勢(shì)。第二章,著重介紹了匝間耐壓測(cè)試儀的測(cè)量原理,首先通過(guò)簡(jiǎn)化的測(cè)量模型分析了匝間耐壓測(cè)試儀的工作流程,接著介紹了線圈不同的故障類型帶來(lái)的波形差異,最后提出了一些可量化的差異參數(shù)用來(lái)判斷線圈的故障情況。第三章,匝間耐壓測(cè)試儀系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì),首先分析了系統(tǒng)的功能需求以明確設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn),接著根據(jù)需求歸納出需要重點(diǎn)考慮的設(shè)計(jì)項(xiàng)并進(jìn)行方案論證。第四章,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)方案,結(jié)合測(cè)量原理、功能需求、設(shè)計(jì)精度等分析了器件的選型依據(jù),電路的設(shè)計(jì)依據(jù)。第五章,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方案,本章中介紹了與硬件驅(qū)動(dòng)相關(guān)的FPGA程序與Linux驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā),接著介紹了嵌入式操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建,最后重點(diǎn)講解了設(shè)備功能相關(guān)的應(yīng)用層程序。第六章,講述了在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的軟硬件問(wèn)題及相應(yīng)的解決辦法,這些解決辦法有些是在設(shè)計(jì)初期欠考慮,在后期提出的改進(jìn)方案,有些則是在調(diào)試過(guò)程中反復(fù)摸索得到的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。本章最后對(duì)調(diào)試完畢后的系統(tǒng)進(jìn)行大量的測(cè)試,并結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行評(píng)定。論文工作完成的匝間耐壓測(cè)試儀,目前已經(jīng)完成粗樣研制、測(cè)試、改進(jìn),并正在進(jìn)行正樣測(cè)試。粗樣測(cè)試的指標(biāo)已全部達(dá)到任務(wù)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：匝間耐壓測(cè)試儀 高壓 高速采樣 抗干擾 FPGA Linux
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM855
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本章小結(jié)11-13
• 第二章 匝間耐壓測(cè)試儀測(cè)量原理13-25
• 2.1 匝間耐壓測(cè)試儀測(cè)量模型13-16
• 2.2 匝間耐壓測(cè)試儀檢測(cè)方法16-20
• 2.3 匝間耐壓測(cè)試儀測(cè)量參數(shù)20-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第三章 系統(tǒng)需求分析與總體方案設(shè)計(jì)25-37
• 3.1 系統(tǒng)需求分析25-28
• 3.1.1 性能指標(biāo)需求25-26
• 3.1.2 通訊方式需求26
• 3.1.3 存儲(chǔ)功能需求26-27
• 3.1.4 電磁兼容性需求27-28
• 3.1.5 可靠性需求28
• 3.2 系統(tǒng)總體方案28-35
• 3.2.1 高壓源方案29-30
• 3.2.2 處理器方案30-32
• 3.2.3 操作系統(tǒng)方案32-33
• 3.2.4 電磁兼容方案33
• 3.2.5 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖33-35
• 3.3 本章小結(jié)35-37
• 第四章 系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)37-67
• 4.1 硬件總體設(shè)計(jì)37-38
• 4.2 高壓?jiǎn)卧?/span>38-51
• 4.2.1 高壓反饋調(diào)節(jié)電路38-42
• 4.2.2 高壓采樣電路42-44
• 4.2.3 高壓開(kāi)關(guān)電路44-50
• 4.2.4 高壓波形分壓電路50-51
• 4.3 波形采集單元51-56
• 4.3.1 信號(hào)調(diào)理電路51-53
• 4.3.2 ADC采樣電路53-54
• 4.3.3 FPGA電路54-56
• 4.4 主控單元56-62
• 4.4.1 核心板資源介紹57-58
• 4.4.2 USB接口電路58-59
• 4.4.3 以太網(wǎng)接口電路59-60
• 4.4.4 LCD驅(qū)動(dòng)電路60-62
• 4.5 供電系統(tǒng)62-65
• 4.5.1 電源系統(tǒng)需求分析62-63
• 4.5.2 電源系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第五章 系統(tǒng)軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)67-89
• 5.1 軟件總體設(shè)計(jì)67-68
• 5.2 操作系統(tǒng)層軟件設(shè)計(jì)68-71
• 5.2.1 操作系統(tǒng)啟動(dòng)流程68-69
• 5.2.2 Bootloader移植69
• 5.2.3 Linux內(nèi)核裁剪69-70
• 5.2.4 根文件系統(tǒng)制作70-71
• 5.3 硬件驅(qū)動(dòng)層軟件設(shè)計(jì)71-78
• 5.3.1 FPGA程序71-75
• 5.3.2 ARM驅(qū)動(dòng)程序75-78
• 5.4 應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)78-87
• 5.4.1 高壓調(diào)節(jié)程序79
• 5.4.2 數(shù)據(jù)采集控制程序79-81
• 5.4.3 測(cè)量數(shù)據(jù)分析程序81-82
• 5.4.4 人機(jī)界面程序82-87
• 5.5 本章小結(jié)87-89
• 第六章 系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)分析89-107
• 6.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試89-96
• 6.1.1 高壓輸出幅值有限89-90
• 6.1.2 高壓耐壓不足90-91
• 6.1.3 分壓波形出現(xiàn)尖峰91-92
• 6.1.4 高速采樣精度低92-94
• 6.1.5 信號(hào)完整性問(wèn)題94-95
• 6.1.6 電磁兼容性問(wèn)題95-96
• 6.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試96-100
• 6.2.1 搭建NFS系統(tǒng)96
• 6.2.2 FPGA采樣數(shù)據(jù)跳變96-97
• 6.2.3 FIFO強(qiáng)放電時(shí)復(fù)位97-98
• 6.2.4 誤差校準(zhǔn)98-100
• 6.3 測(cè)試數(shù)據(jù)分析100-105
• 6.3.1 高壓輸出測(cè)試100-103
• 6.3.2 面積重復(fù)性測(cè)試103-104
• 6.3.3 面積差重復(fù)性測(cè)試104
• 6.3.4 相位差重復(fù)性測(cè)試104-105
• 6.3.5 電感感量與Q值測(cè)試105
• 6.4 本章小結(jié)105-107
• 結(jié)束語(yǔ)107-109
• 致謝109-111
• 研究生階段研究成果及發(fā)表論文情況111-113
• 參考文獻(xiàn)113-114

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