RIGOL DS1000E 数字示波器在匝间短路测试中的应用

引言

在工业生产和设备维护检修中，人们经常会进行线圈绕组匝间短路故障的测试。例如，电力系统中电力变压器匝间短路、电机转子匝间短路、显象管行输出变压器匝间短路等故障，都是以上产品最常见的故障之一，一旦出现这类故障，电力变压器内部可能会被严重烧毁，电机很难负载运行甚至不能运行。

因此，高效、可靠的匝间短路测试方法对企业提高生产和检测、维修的效率都有重要的意义。本文着重介绍由北京普源精电科技有限公司（RIGOL）提供的DS1000E数字示波器在匝间短路测试中的应用。

测试原理

目前市面上有不少专用的绕组匝间冲击耐电压测试仪，这类匝间冲击耐电压测试仪产品的基本原理都是以同型号绕组感抗相等为前提，采用波形比较法，以高压脉冲对等效过电压、无损模拟试验。然后通过示波器这样的装置通过完全一致的取样回路来测量这个脉冲在绕组线圈中的振荡波形，如果两个波形不一致，那么表明这两组线圈中至少有一组存在匝间短路的故障。其测量原理图如下：

图1  测试原理

测试方法

现状

目前大多数匝间仪显示波形都还在采用取样信号去激励CRT偏转线圈这样的模拟示波器显示方法，要判别两组振荡波形的异同，就利用绕组切换继电器常开触点与常闭触点的高速切换，利用模拟示波器当前波形与前次波形的余晖相比较，用肉眼去判断两组波形是否一致，以此来判断是否存在匝间故障。

但是像这样的方法，仅仅在相关维修工作的时候还能适用，但是要是在相关产品生产测试的时候，或者在做相关参数的实验测定的时候，这样肉眼判断的方法是不具有说服力的。这时需要将振荡波形的一系列数据都量化比较，如果波形不一致，是什么参数不一致，相差多少，这样量化的数据才是科学可靠的。因此，将振荡波形的采样、显示部分采用数字示波器的方案是非常有必要的。

改进方法

上海某检测设备厂的智能型绕组综合测试系统正是这样科学可靠的测试系统，它集成了RIGOL DS1000E系列数字示波器作为振荡波形的采样、显示部分，集成了智能低电阻测试仪和绝缘电阻测试仪等一系列电机绕组及变压器线圈相关测试仪器，并且由一台工控机统一控制与数据获取，形成功能强大的智能测试系统。

图2  测试环境

数字示波器在该系统中的作用是将采集到的振荡波形采样点数据及时、可靠的上传至工控机供分析其波形中所包含的信息。按照行业内对绕组匝间冲击波耐压实验的相关标准和分析方法，需要计算两组同型号绕组振荡波形的面积差和频率差，以判断该两组绕组参数是否一致或者是否存在匝间短路现象。

实验开始之后，数字示波器根据获取到的振荡信号自动调节水平和垂直刻度，以达到观察波形的最佳刻度。

图3 测试波形

利用数字示波器开放的指令集，在工控机上编程分别获取两组绕组振荡波形采样点数据之后，可以得到如下两组，每一组1024个采样点数据：

图 4  采样点数据图1

图 5  采样点数据图2

按照绕组匝间冲击波耐压实验的计算惯例，从采样数据中分离出振荡波形的前5个振荡周期，计算其面积差和频率差。如果这两个数据的值小于3%，便可以判定两组绕组参数一致，不存在匝间短路现象。

同时，仅将这5个周期的采样点在工控机上描绘出波形，更加便于准确的观察有效振荡周期波形的细节。

图 6  前5个振荡周期情况

图 7   类似的情况

这样将振荡波形采样量化之后，通过计算机编程计算即可得知看似完全一致的两组波形实际上存在着细微的差别。根据采样点的电压计算可以知道，上述两组波形的面积差为0.16%；根据数字示波器的采样率以及5个振荡周期的采样点数，可以计算出两组波形的频率差为0.246%。可以判定这两组绕组参数一致，不存在匝间短路现象。

结束语

将上述两组波形的差异进行科学量化之后，经过进一步分析，在电机绕组、变压器线圈等产品的生产检测过程中，对产品品质的鉴别与提升就有了科学可靠的依据，同时根据这些数据，还可以推测绕组匝间损坏的程度，有效提高故障判断效率和维修效率。

综上，RIGOL DS1000E系列示波器在智能型综合测试系统中的作用尤为重要，利用数字示波器的强大功能，有效的提高了匝间短路的测试效率。