用于低压电器试验的便携式测量系统

作     者：李民 

作者单位：温州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱翔鸥

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：测量系统 便携式 电寿命试验 通断试验 低压电器 

摘      要：低压电器试验是鉴定低压电器产品质量的一个重要环节,是改进设计和新产品开发的重要依据,它可以验证电器产品是否符合相关标准的规定,是否存在影响运行的各种缺陷,从而可以及时发现产品的问题。因此,对低压电器试验结果的正确采集,可以为电器失效机理的研究奠定测试与分析基础,进而从试验中获得产品失效的原因,对产品的优化设计提供指导性的帮助。为了解决现有PCI-6254测量系统存在不可移动、价格昂贵以及采样率低而不能准确反映分断试验波形的动态过程等缺点,本文基于虚拟仪器平台构建了一套高采样率、高精度、存储深度大、低成本、易操作、多通道同步的便携式测量系统,它可以准确测量低压电器试验的各种参数并进行数据处理,根据用户实际的需求,设计易维护、可扩展的功能模块,实现对低压电器试验过程中主要参数的实时、快速、精确的采集并记录试验结果。本文围绕测量系统所做的工作及研究内容如下:(1)阐述了低压电器试验的意义与方法。重点概述了短路接通和分断能力试验与电寿命试验的试验条件、试验依据、试验方法、试验电路以及试验结果的判定,进而阐述了低压电器试验测量系统的组成、设计原则、性能指标和需要测量的参数,为测量系统设计提供依据。(2)设计了测量系统的硬件系统。基于线性光耦器件hcnr200设计了一个电压采集隔离模块,该模块具有良好的线性度、准确度和适用性,实现输入信号与输出信号之间强电与弱电的电气隔离;利用电流传感器罗氏线圈建立了测量系统的电流采集模块,该模块具有无饱和、线性度好,瞬态反应能力突出,频带宽、待测电流量程大和无二次开路等特点;进而由上述的电流采集模块、电压采集隔离模块以及ni数据采集卡与ni控制器组成了低压电器试验测量系统的硬件部分。(3)设计了低压电器试验的软件系统及阐述了实验数据的处理方法。软件系统由虚拟仪器labview建立,它可以实现对低压电器试验参数的设置、波形的频谱分析与小波变换以及波形的显示、存储和回放等功能。采用最小二乘法校准了测量系统的精度;利用fft得到波形的幅度和能量分布的频谱,为低压电器分断过程电信号频谱分析提供依据;采用小波变换可以得出暂态电流电压产生畸变的时间,确定试验的燃弧时间、电弧能量,实现一定条件下电寿命试验故障的预测。(4)测试了测量系统的频率响应并利用测量系统研究了不同分断相位对接触器电寿命的影响。对本文建立的测量系统与pci-6254测量系统,示波器和分流器组成的测量系统所采集数据的进行了对比,对比结果表明:采样率较低的pci-6254测量系统,不能准确反映低压电器分断的动态过程;本测试系统与示波器测试系统有较高的采样率,能够测量试验过程中的真实情况,为研究过电压信号对电器失效机理提供支持。利用本测量系统研究了交流接触器在不同的分断相位下产生的燃弧时间、电弧能量等电弧特性以及电触头的质量损耗情况,实验结果表明,当分断电流相位略小于180度时可延长电触头的电寿命。综上所述,本文建立的用于低压电器试验的测量系统具有采样率高、成本低、便携式以及数据处理能力强等特点,符合低压电器试验参数的测量及数据处理要求,为低压电器产品的故障诊断、优化设计提供依据,具有一定的实际意义。