电缆导体交流等效电阻自动测试系统研究

摘要

电缆作为传输电能的重要载体，广泛应用于能源、交通、信息通信、建筑、铁路、汽车等众多领域。导体直流电阻等于电缆通过直流电流时的发热功率与电流平方之比。当流过交流电流时，集肤效应与邻近效应会导致交流电阻大于直流电阻。因此，为了准确表征电缆导体的发热效应，引入交流等效电阻。对于交流等效电阻的获取，目前有计算法和实验法两种途径。计算法由于建模困难，计算复杂，并非理想的方法。实验法已有学者做过大量尝试，但已无法满足快速发展的测量需要，目前并没有成型的实验设备与成熟的实验方法。因此，对于交流等效电阻的测量方法研究是很有必要的。
　　本文在查阅分析已有测试方法的基础上，提出一种基于FPGA和压控电流源的自动测试方案。该测试系统以电流比较器为核心，利用电流比较器对电流进行比较式测量，提高电流测量精度。具体过程为:采集电压信号和流比器不平衡电流信号至控制系统，根据采集信号计算出需要补偿的信号大小，该补偿电流信号由电压控制电流源转换，进入流比器补偿线圈，以检测线圈信号判断补偿效果，通过反复修正补偿电流信号实现电流比较器的平衡。然后根据安匝平衡原理计算出试品参数。
　　针对本文提出的测量方法，搭建系统所需的软硬件测试平台。硬件包括电源模块、电压测量模块、电流比较测试模块及控制模块。电源模块输出电流0～10A。电压测量模块主要包含程控放大器，放大倍数为1、10、100、1000可调。电流测量核心是电流比较器及转换系数为0.02A/V的压控电流源，对电流比较器并联灵敏度调节电阻提高其灵敏度。控制模块硬件选择NI Single-Board RIO，其中包含FPGA、RT以及对应的模数转换模块、数模转换模块和数字量输出模块。软件方面，从测量原理分析确定程序内容，然后根据FPGA、RT、上位机各自的特点，分配不同的功能，最后采用LabVIEW软件编写整机测试程序。
　　最后在实验室条件下对测试系统进行实验验证，首先对0.3mΩ导体试样在工频下进行测试，结果显示测试误差达16％，并对其误差来源进行了分析。然后对0.1Ω、0.2Ω低感性电阻试样在不同幅值、不同频率(50Hz、100Hz、200Hz)电流下进行测试，测试结果表明测试精度优于0.5％，测试结果验证了系统测试原理的可行性，为下一步研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景及意义

1．2导体交流等效电阻国内外研究现状

1．2．1导体电阻的概念及影响因素

1．2．2交流等效电阻国内外研究现状

1．3本文主要研究内容

第2章导体交流等效电阻的测试原理

2．1被测试品的数学模型构建

2．2测试系统结构及原理

2．3 FPGA内部补偿信号模型构建

2．4误差分析及校正

2．5本章小结

第3章交流等效电阻自动测试系统的硬件设计

3．1电流比较器

3．1．1电流比较器的制作

3．1．2流比器灵敏度

3．1．3流比器传输参数测试

3．2电压控制电流源

3．2．1电压控制电流源工作原理

3．2．2电压控制电流源传输性能

3．3程控放大器

3．4基于FPGA的控制部分硬件结构

3．5本章小结

第4章交流等效电阻自动测试系统的软件开发

4．1 LabVIEW与虚拟仪器简介

4．2系统软件结构

4．3上位机软件设计

4．3．1信号有效性判断

4．3．2三参数拟合法基波电流提取

4．3．3模型参数求取

4．3．4模型参数转换与赋值

4．3．5补偿有效性判断

4．3．6测试结果与Word报表

4．4 RT中软件设计

4．5 FPGA软件设计

4．6本章小结

第5章测试系统的实验验证

5．1实验验证测试系统

5．2实验验证及结果分析

5．2．2 0．1Ω电阻试样测试

5．2．3 0．2Ω电阻试样测试

5．3本章小结

结论

参考文献

致谢