直流电阻测试仪硬件系统设计.doc
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1、武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计( 论 文)说明书论文题目 直流电阻测试仪硬件系统设计 学 号 学生姓名 专业班级 测控技术与仪器一班 指导教师 总评成绩 201 年 6 月 7 日 直流电阻测试仪硬件系统设计Dc resistance tester hardware system design 学生姓名: 杨 指导教师: 李 目 录摘要.Abstract.第一章 绪论.11.1 本课题的研究背景. 11.2 本课题研究现状.11.3 本论文设计任务.31.4 本论文章节安排.3第二章 方案设计.52.1 系统设计总体结构图.52.2 CPU的选型.52.3 显示部分模块选择.82.4
2、按键的介绍 .102.5 AD转换器.112.6 放大器.122.7 恒流源电路的结构.142.8 protel介绍.16第三章 控制部分结构的设计.203.1 单片机最小系统原理图.203.2 12864液晶显示原理图.203.3 按键控制原理图.213.4 串口通信原理图.223.5 电源设计.24第四章 实验结果及总结.254.1 影响测量精度的因素及采用的措施.254.2 结果与总结.25总 结 .27致 谢.28参考文献.29 摘 要 本文针对变压器绕组的直流电阻测量中的一些关键技术问题, 提出了精确、快速、自动的测量方案。根据这个方案, 完毕了便携式直流电阻测试仪的研制。运用表白,
3、 该测试仪所具有的性能不仅满足牵引变压器直流电阻的测量规定, 并且也合用于平波电抗器、各种电力变压器等大电感、微电阻设备的电阻测量, 以及继电器、接触器、调压开关等接触电阻的测量。本文提出的测量方案, 成功地解决了变压器的直流电阻测量问题, 与其它测量方法相比, 具有速度快、精度高、自动化水平高等优点。测试仪设计完毕后,通过计算机仿真,通过对仿真数据结果的计算,可以有效的减少直流电阻的测量时间,并且可保证较高的准确性,验证了设计的合理性和可行性。在此后的学习和研究中,工作的重点是更有效的减少测量时间,以应对变压器不断增长的容量对绕组测量的影响。关键词:测量变压器直流电阻测试设备 单片机Abst
4、ractIn view of some key technical problems of traction transformer winding DC resistance measurement in the proposed scheme, measuring accurate, rapid, automatic. According to this scheme, completed the development of portable DC resistance tester. Application shows that, the performance with the te
5、ster not only meet the measurement requirements of traction transformer DC resistance, resistance measurement and is also suitable for the smoothing reactor, various types of power transformers, inductors, micro resistance equipment, as well as measuring relays, contactor, pressure switch contact re
6、sistance. The measurement scheme is proposed in this paper, successfully resolved the problem of DC resistance measurement of transformer, compared with other measurement methods, has the advantages of fast speed, high precision, high automation level. Testing instrument design is completed, through
7、 computer simulation, the simulation results of the data, can effectively reduce the measurement time DC resistance, and can ensure higher accuracy, verify the rationality and feasibility of the design. In the future study and research, the focus of the work is more effective to reduce the measureme
8、nt time, in response to the growing influence of transformer capacity of winding measurement.Keywords:Measurement The transformer Dc resistance The device under test第一章 绪论1.1本课题的研究背景变压器绕组直流电阻的测量是其平常实验中的重要项目, 通过直流电阻的测量,可检查线圈质量、分接开关位置接触是否良好、线圈或引线有无折断、并联支路的对的性、有无短路现象,是拟定短路损耗的重要数据。因此在交接、预试、大修和调换分接开关后均需进
9、行此项实验。近年来,随着电力系统容量的越来越大,变压器的容量也不断加大。变压器的容量越大,电压等级越高,电感与电阻的比值就越大。因此,大型变压器的绕组直流回路的稳定期间也许长达数十分钟甚至更长,如何快速准确测量电力变压器绕组的直流电阻成为人们研究和追求的重要目的。直流电阻测量在电力变压器的生产、运营、维修等领域具有非常重要的作用。在生产和检修部门, 中间实验环节的直流电阻测量可以检查出变压器在绕制、焊接、引线等工艺过程中的质量问题; 作为出厂实验的一项重要内容, 直流电阻不仅是判断变压器优劣的一个关键指标,并且是一项载入履历表的性能参数, 为运营和维修提供了依据。在使用部门, 定期测量直流电阻
10、可以掌握变压器的运营状况, 排除隐患。目前电子仪器在电阻测量中得到了应用,但由于电力变压器自身的特点, 在精度和自动测试等方面还不能满足规定。因此, 研制精密、快速、自动的测量装置具有重要的实际意义。变压器直流电阻测量是变压器制造中半成品、成品出厂实验、安装、交接实验及电力部门防止性实验的必测项目,能有效发现变压器线圈的选材、焊接、连接部位松动、缺股、断线等制造缺陷和运营后存在的隐患。直流电阻测试仪是新一代变压器直流电阻的测试仪器,它能根据不同型号的电力变压器自动选择测试电流,以最快的速度显示测试结果。直流电阻测试仪并且具有存储、打印、放电指示等功能,内置不掉电存储器,可长期保存测量数据,液晶
11、显示器的采用使得该仪器人机界面良好,是直流电阻测试工作中的首选设备。1.2本课题研究现状变压器绕组直流电阻的测量是变压器实验中既简便又重要的一个实验项目。测量变压器绕组连同套管的直流电阻,可以检查出绕组内部导线接头的焊接质量、引线与绕组接头的焊接质量、电压分接开关各个分接位置及引线与套管的接触是否良好、并联支路连接是否对的、变压器载流部分有无短路情况以及绕组有无短路现象;此外,在变压器短路实验和温升实验中,为提供准确的绕组电阻值,也需要进行直流电阻的测量。因此,绕组直流电阻的测量是变压器是变压器实验的重要项目。交接实验标准规定为必做项目;防止性实验规程规定,变压器运营1-3年后、无励磁调压变压
12、器变换分接位置后、有载调压变压器分接开关检修后(在所有分接侧)和大修后及必要时,都必须做此项实验。测量变压器绕组的直流电阻采用电压降法或电桥法。测量方法虽然简朴,但影响测量准确度的因素很多,必须选择合适的仪表,按有关规定进行测量,才干得到较准确的结果。为保证测量的准确性、测量设备和人员的安全、加快实验进程。测量时须注意的事项如下:(1)带有电压分接头的变压器,测量应在所有分接头位置上进行。(2)三相变压器有中点引出线时,应测量各相绕组的电阻;无中点引出线时,可以测量线间电阻,然后计算各相电阻。(3)测量必须在绕组温度稳定的情况下进行,规定绕组与环境温度相差不超过3。在温度稳定的情况下,一般可用
13、变压器的上层油温作为绕组温度,测量时应做好记录。(4)由于变压器的电感较大,电流稳定所需的时间较长。为了测量准确,必须等待表计指示稳定后再读数,必要时应采用措施缩短稳定期间。(5)考虑到有很多因素影响直流电阻测量的准确度,如仪表的准确度级、实验接线方式、温度测量的准确性、连线接触状况及电流稳定限度等,在测量完后要复查一遍,有怀疑时要予以重测,以求得准确的测量结果。(6)测量时,非被试绕组均应开路,不能短接。在测量低压绕组时,在电源开合瞬间会在高压绕组中感应出较高的电压,应注意人身安全。(7)由于变压器电感较大,电源在接通或断开瞬间,自感电动势很高,因此为防止仪表损坏,要特别注意操作顺序。接通电
14、源时,要先接通电源回路,再接通电压表或检流计,再断开电源回路。(8)测量电阻值应校正引线的影响。一般系统的测量方法有如下三种。第一种为电流电压法,其原理是在被测绕组中,通以适当大小的直流电流,然后测量绕组中的电流和绕组两端的电压降,再根据欧姆定律,即可算出绕组的直流电阻。测量时,所用仪表应不低于0.5级,电流表应选用内阻较小的,电压表应选用较高内阻的表,引线要有足够的截面。测量电感量较大的绕组时,还需要有足够的充电时间。绕组通过的电流应限制在绕组额定电流的百分之二十以内。该方法的重要缺陷是需要较长的时间才干测出准确值。由于每相绕组可以等效成电阻和电感的串联电路,在接通电源后,电感中电流从零逐渐
15、增长到电源电压,然后逐渐下降到稳态值,需要一个过渡过程,过渡时间的长短取决于电路的时间常数t=LR。由于变压器铁芯的磁导率很高,L值大大增长,而线圈的直流电阻数值又很小,因此时间常数t值很大。一般来说,电流表和电压表内阻对测量结果产生一定的影响,并且通过时间大约T=35倍时间常数,电流才干达成稳态值,即需要几十分钟甚至更长时间,才干测出直流电阻的准确值。第二种为平衡电桥法,该方法是采用电桥平衡的原理来测量直流电阻,常用的平衡电桥法有单臂电桥或双臂电桥两种。这种方法可以直接读取数据,准确度较高,在中、小型变压器的实际测量中,大多采用直流电桥法,当被试线圈的电阻值在1以上的一般用单臂电桥测量,1以
16、下的则用双臂电桥测量。在使用双臂电桥接线时,电桥的电位桩头要靠近被测电阻,电流桩头要接在电位桩头的上面。测量前,应先估计被测线圈的电阻值,将电桥倍率旋钮置于适当位置,将非被测线圈短路并接地,然后打开电源开关充电,待充足电后按下检流计开关,迅速调节测量臂,使检流计指针向检流计刻度中间的零位线方向移动,进行微调,待指针平稳停在零位上时记录电阻值,此时,被测线圈电阻值=倍率数测量臂电阻值。测量完毕,先放开检流计按钮,再放开电源开关。第三种是三相绕组同时加压法,该方法是三相绕组同时加电压测量变压器的直流电阻,是根据楞次定律,使各相电流所产生的磁通在铁芯中互相抵消,合成磁通为零,从而减小电感L值,使电路
17、的时间常数减小,即减少了测量直流电阻的时间,提高了工作效率。在测量时,还应考虑绕组电阻的大小受温度影响的因素和直流电阻的不平衡率等问题。用电压降法测量直流电阻需要很长的时间才干获得准确值,重要由于线圈中通入的电流在变化过程中,在高导磁率的铁芯中产生磁通,致使L增大。若使磁通减少,也就减少了L值,则电流变化的时间(取决于时间常数)便减小。在变压器的三相绕组同时加电压,同时测量每相的直流电阻,可以达成此目的。三相绕组同时加电压时,在每相绕组中通入的电流从零开始增长,由右手螺旋定则可知,三相电流在每个铁芯柱中产生的磁通方向不同,它们的作用互相抵消,结果是使铁芯中的合成磁通近似为零。这使电感值L大为减
18、小,因此时间常数t也就降为最低,测试时电流变化的过渡过程大为缩短,短时间内便能获得稳定的电流值,进而求出绕组的直流电阻值。1.3本论文设计任务设计制作一种测量变压器等小电阻的电阻测试仪。具有液晶,鼠标,打印机等外设,测量使用1A10A恒流源,高精度的AD采样,计算出电阻值,设计其硬件系统。硬件设计重要用到恒流源设计与控制,电流信号采样解决,时钟芯片,液晶显示器,鼠标等资源的安排与分派。设计相应功能的电路板,画PCB电路板,加工并焊接,调试。收集相关资料,查阅参考文献;了解硬件设计规定,熟悉各个元器件的功能;学习Protel相关知识;设计硬件原理图;绘制电路板,焊接出几块成品;1.4本论文章节安
19、排第一章,绪论。重要是简要的介绍课题研究的背景意义,直流电阻测试的几种方法。第二章,方案设计。本章对系统整体设计进行介绍、应用场景的介绍和控制部分硬件设计用到相关器件的介绍。第三章,控制部分结构的设计。介绍了控制部分组成的设计,protel的介绍及应用。第四章,设计总结。分析并总结了本文所做的工作,对以后需要的改善和提高做出展望。第二章 方案设计2.1系统设计总体结构框图系统设计总体结构框图如图2-1所示。图2.1 系统设计总体结构框图直流电阻快速测试装置的结构如图2.1所示,本设计需要各种大小不同的恒流源,程控恒流源由CPU控制,产生各种大小不同的恒定电流。打印机和RS232通讯是提供测量数
20、据的输出装置。显示器是提供应测试人员操作仪器时使用的。模数转换与程控放大器是针对各种大小不同的信号而设计的。输出控制与接口提供恒流与电压信号测量的。直流电阻快速测试装置,采用多恒流源、对比采样实现宽量程、高精度、交直流两用的直流电阻测量。系统的设计思绪是让一个待测的电阻通过电流,再在两边测量电压,然后通过放大器将电压放大,放大的电压通过AD转换器输送给单片机进行解决。本系统装置集大小量程于一体,采用典型的四线制测量法,恒流源的稳定设计,高精度AD及对比采样,保证信号稳定,提高测量标准电流的不拟定度。电平供电,实现直流测量,控制器完毕数据采集、信号解决、恒流源控制、显示、打印、鼠标及串口通讯,是
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