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基于PXI總線(xiàn)的通用變壓器測式系統的設計
作者：
時(shí)間：2013-04-13
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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隨著(zhù)計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機已成為測量革命的核心所在，測量核心技術(shù)所取得的進(jìn)步從根本上改善了傳感器、數字化儀、信號處理和分布式測量的方式，使松散耦合且經(jīng)常不匹配的獨立儀器傳統測量方式逐步轉變?yōu)楦叨燃苫?、高性能的網(wǎng)絡(luò )測量系統和自動(dòng)化解決方案。
傳統變壓器產(chǎn)品的測試，主要根據IEC和國家標準GB1094-85《電力變壓器》中的有關(guān)規定進(jìn)行，測試項目隨變壓器類(lèi)型不同而不同，可分為例行試驗、型式試驗、特殊試驗。測試時(shí)逐項測試，不僅需要多種多樣的測試儀器，造成硬件資源上的浪費，而且由于測試工作采用手工控制方式，勞動(dòng)強度大測試速度慢，數據處理也需試驗人員來(lái)完成。針對傳統變壓器測試的以上特點(diǎn)，我們利用目前已經(jīng)成熟的先進(jìn)虛擬儀器技術(shù)和數據采集技術(shù)，應用美國國家儀器公司(NI公司)研制的功能強大的儀器系統開(kāi)發(fā)平臺LabWindows/CVI和該公司提供的一套基于計算機的高性能的數據采集產(chǎn)品，設計一個(gè)通用變壓器自動(dòng)測試系統來(lái)完成變壓器產(chǎn)品的自動(dòng)測試。
1變壓器產(chǎn)品測試項目及測試信號分析
變壓器試驗種類(lèi)一般可分為半成品試驗、出廠(chǎng)試驗、型式試驗、特殊試驗、驗收試驗和修理后試驗。每臺變壓器在出廠(chǎng)前都必須進(jìn)行例行的出廠(chǎng)試驗，其試驗項目主要有電壓比的測量，繞組聯(lián)結組的測定；絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損耗的測量；工頻耐壓試驗；感應耐壓試驗；空載試驗；負載試驗。而對某種指定結構的變壓器產(chǎn)品，還需要進(jìn)行鑒定性試驗即型式試驗，包括沖擊電壓試驗；溫升試驗；局部放電試驗等試驗項目。綜觀(guān)以上各試驗項目的測量原理和測量方法，不難發(fā)現：在所有的這些測量中，主要的測量工作還是對電壓、電流、電荷的測量。因此根據這些測試信號的性質(zhì)，利用NI數據采集產(chǎn)品和NI測試軟件開(kāi)發(fā)平臺來(lái)構成一套通用變壓器自動(dòng)測試系統是完全可以實(shí)現的。該測試系統不僅可以自動(dòng)完成對變壓器所有例行試驗項目和型式試驗項目的測試，而且可以完成對試驗數據和試驗波形的處理、顯示、打印，從而達到提高測試質(zhì)量，加快測試速度，降低測試勞動(dòng)強度，減少測試硬件資源浪費的目的。
2系統構成及工作原理
2.1工作原理及功能
測試系統主要由PC機、數據采集設備(DAQ)、高速數字化儀和數字I/O設備(DIO)組成，PC機通過(guò)PCI總線(xiàn)和DAQ設備、高速數字化儀、DIO設備相聯(lián)。DIO設備和自動(dòng)測試控制盒用來(lái)實(shí)現對被試變壓器的加電控制以及在測試不同測試項目時(shí)實(shí)現對測試線(xiàn)路連接方式的改變，電壓、電流、電荷信號采集(DAQ)與高速數字化儀用來(lái)實(shí)現對各種信號的數據采集及試驗數據、試驗波形的處理、顯示和存儲，而PC機是整個(gè)自動(dòng)測試系統的控制中心，它通過(guò)執行相應的測量驅動(dòng)軟件來(lái)實(shí)現對測試項目的選擇、各設備的初始化、產(chǎn)品的加電、測試線(xiàn)路接線(xiàn)方式的改變、數據的采集、數據的處理、隨機查詢(xún)、顯示數據圖表以及波形的顯示等一系列功能。
2.2測試系統的硬件組成
整個(gè)測試系統的結構簡(jiǎn)圖如圖1所示，系統主要由一臺PC機，一個(gè)NI數據采集設備組合機箱，前置信號調理裝置，自動(dòng)測試控制盒、測試信號形成電路和試驗所需要的電源系統組成。試驗電源系統中包括例行試驗和型式試驗過(guò)程中的各種電源。測試信號形成電路用來(lái)形成各測試項目中所需的測試信號，這些信號雖然都以電壓或電流或電荷的形式出現，但它們在性質(zhì)上的差別卻很大，大部分是工頻信號，小部分卻是瞬變信號，因此該電路應具備多種形式以滿(mǎn)足不同項目的測試要求并且應具有良好的性能。自動(dòng)測試控制盒主要完成兩個(gè)方面的功能：第一從電源系統中選擇適當的電源加到被試變壓器，第二根據來(lái)自DIO設備的控制信號改變測試線(xiàn)路連接方式及選取測試信號的采樣點(diǎn)以便完成相應項目的測試。前置信號調理裝置(SCXI)的使用一方面方便多種信號類(lèi)型的多通道數據采集，通過(guò)信號隔離增強對系統的保護，另一方面通過(guò)對信號的放大、濾波和同步采樣改善測量系統的性能。NI組合機箱中包括各種數據采集設備和高速數字化儀，它主要完成對經(jīng)過(guò)調理的各種信號進(jìn)行數據采集、數據處理、波形處理等工作。
2.3NI-DAQ與SCXI產(chǎn)品的性能特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹
為了縮短開(kāi)發(fā)周期，統一設計標準，降低開(kāi)發(fā)費用，NI公司在構建基于計算機的自動(dòng)測試方案方面提供了一整套性能卓越的數據采集DAQ和信號調理SCXI產(chǎn)品，結合先進(jìn)的測試軟件就可以很方便地構建一個(gè)高度集成化、高性能的自動(dòng)測量系統。具有如下幾方面的顯著(zhù)特點(diǎn)：
(1)在基于PC的測試系統中，數據采集產(chǎn)品的采樣速率和分辨率是決定測量應用系統性能的關(guān)鍵因素。NI公司的DAQ測量板卡通過(guò)配備可編程放大器PGIA使之不僅具有1GΩ以上的輸入電阻，而且通道在采集過(guò)程中的穩定時(shí)間不受通道增益與采樣率的影響，甚至在高增益高采樣率的情況下仍可充分提供12bit以上的精度。除此之外，還通過(guò)獨特的設計、正確的屏蔽、周密的接地來(lái)確保系統的噪聲最小化，并且殘留噪聲按高斯方式進(jìn)行均勻分布處理。
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