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层间短路测试中基于L/R推算值的绕组·线圈的评估

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前言

层间短路测试（又称脉冲线圈测试）用于检测变压器、电机等各类设备的绕组状况。该测试通过对线圈施加脉冲电压，测量其响应波形，而后将被测件的响应波形与合格品（主波形）进行比对，从而判定其属于合格品或不合格品。

然而，以往的波形比较法存在若干技术难点：首先，响应波形差异辨识度低，导致判断困难；其次，波形差异与线圈特性缺乏直接关联性，致使难以准确发现故障原因；此外，因需与主波形进行相对比较，判定标准的设定与更新繁琐复杂。

本应用案例提出一种解决上述问题的新方法：从层间短路测试中获得的波形来推定等效电路参数（电感 L 值与电阻 R 值），并基于该数值进行合格与否判定。相较于以往的波形比较法，该方法可实现更客观、高效的线圈评估。

以往通过波形比较来判定的难题

在层间短路测试中，以往的波形判定法面临着怎样的难题？让我们来详细看一看。

图1相间响应波形比较

图1为在合格品的三相电机各相间施加脉冲电压时的响应波形。理想状态下，合格电机的所有波形应完全重合。然而，在实测中常会出现由于波动导致配线响应波形不同的情况。（如图1红色圆圈标注所示）。

因此，要通过波形比较判定合格与否，需观测多个合格品的响应波形并统计出波动范围，再判断被测波形是否偏离该范围。

图2为使用日置 ST4030A 观测到的使用 0.5Ω 电阻器使定子线圈单匝间短路前后的响应波形。黄色波形为短路前，蓝色波形为短路后。

蓝色波形为人为制造层间短路的不合格样品的响应波形，但对比短路前波形可见其差异微乎其微。这种程度的差异与图1所示合格品波动范围几乎无区别，仅凭波形比较难以判定合格与否。

综上所述，波形比较（含波形面积）存在本质性局限，在高可靠性缺陷检测中可能无法满足要求。

基于 L/R 推算值的判定

为克服波形比较的局限，本案例提出一种数值化评估方法。

图3a合格品：图2的黄色波形

图3b不合格品：图2的蓝色波形

图3推算出图2中合格品（黄色波形）与不合格品（蓝色波形）的L和R

图3展示了图2中合格品（黄色波形）与不合格品（蓝色波形）分别测得的 L 与 R 值，可见不合格的数值明显区别于合格的数值。通过推算并比较被测物的电路参数，可大幅简化合格判定流程，其效果优于波形比较法。

下文将阐述 L/R 值的计算方法及其应用优势。

推算值计算原理

本案例中使用的测试设备与被测物（DUT）的等效电路测量如图4所示。通过开关操作，将测试设备（此处以 ST4030A 为例）内部电容器（C）充电的电压施加至 DUT，并获取其电压响应波形。

采样点

图5响应波形示例

图5展示了向 DUT 施加 100V 脉冲电压时的响应波形。利用该响应波形首个峰值后的衰减区段，代入图中预设的等效电路微分方程，通过最小二乘法推算 L 值与 R 值，最终经曲线拟合求取合适参数。即使被测物呈现非振荡波形，由于计算范围限定在波形的初始衰减区段，仍可计算出 L 值与 R 值。

请注意，此处计算得出的 L 值与 R 值不同于 LCR 测试仪的测量值。这是因为本案例采用的等效电路与 DUT 的实际特性存在差异，且 LCR 测试仪与脉冲线圈测试仪的电压幅值、施加方式不同而产生偏差。不过，若 DUT 的特性接近预设等效电路，且 LCR 测试仪的测量频率接近脉冲波形的初始周期频率，则数值差异将会减小。

利用推算值的优点

■ 更明确的判断与理解的提升

通过比较量化电路参数，相较波形分析大幅简化合格与否判定。测试结果以直接反映 DUT 状态的电路参数显示，更易理解异常性质，提升质量判断的客观性。

■ 简化测量与缩短测试时间

无需登录主波形，可大幅缩短测试时间。最低仅需设定施加电压值；针对参数波动大的被测物，可追加如增加测量脉冲数、大幅压降时自动调整电压等设置。

■ 深化分析与时序变化监测

能够保存 L 值和 R 值并灵活运用于未来是一项显著优势。波形差分数据虽可用于概览制造波动情况，但 L/R 数据对宏观趋势分析以及线圈改进的更为有效。

结语

用于变压器、电机等绕组检测的层间短路测试（脉冲线圈测试）在以往通过波形比较来判定合格品与不合格品。该技术存在根本性缺陷：无法从脉冲波形中精确提取等效电路参数；因此不得不依赖与已知合格品波形的比较，导致合格与否判断困难且缺陷原因难以定位。

我司 ST4030A 专用软件可解决这一难题：通过直接从脉冲响应波形中提取 L 与 R 的电路参数，实现以下显著优势：

■ 精准判定

通过提供客观的量化参数，消除波形比较的模糊性，使合格判定更加精确且可靠。