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基于双微处理器的发电机转子交流阻抗测试仪的研制

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍的发电机转子交流阻抗测试仪以双微处理器(MCU和DSP)系统为硬件平台,使得运算量较大的算法可以在微型设备内实现;软件上采用加窗、插值的高精度FFT算法,提高了非同步采样时阻抗角的测量精度。实验证明该测试仪准确度高、工作稳定、抗干扰能力强,所测结果能更好地反映出发电机转子的工作状态。

    关键词:发电机 阻抗测试 加窗插值FFT DSP

发电机转子绕组匝间短路是电力系统中常见的故障。当此类故障发生时,转子电流增大,绕组温度升高,限制发电机的出力,严重时会影响发电机的正常运行。匝间短路通常通过测量发电机转子绕组的交流阻抗和功率损耗来判别[1]。传统的测量方法是采用多个测量仪器仪表(如隔离变压器、调压器、电压表、电流表、功率表以及电流互感器等),在现场组装后进行测量。这种需要很多种测量仪器组建测量系统的方法存在试验设备笨重、费时费力、整理数据繁琐、测量准确度不高等缺点。

随着数字电路和数字信号处理技术的不断发展,新的微处理器和算法不断涌现。据此研制了基于双微处理器的发电机转子交流阻抗测试仪。该测试仪采用了MCU+DSP的双微处理器系统为硬件平台,充分发挥了数字信号处理器计算能力强和单片机控制功能强的优势。软件设计中,经过大量仿真实验研究,采用了加窗插值FFT算法,使得测试仪的整体精度,尤其是相位的计算精度得到了提高。

图1

1 系统硬件结构

1.1概述

本仪器的硬件核心是单片机(AT89C52)和浮点数字信号处理芯片(TMS320C32),再加上一些外围芯片后构成了一个双微处理器的测控系统。该系统由单片机完成键盘控制、液晶显示、打印和数据存储等功能;由数字信号处理器实现信号采集和数据处理功能,两个处理器通过一片双口RAM交换信息,使用一片可编程逻辑芯片完成整个系统的逻辑操作。整个系统包括输入模块、系统模块、数据采集和处理模块、存储模块、显示模块、打印模块和通讯模块。系统硬件结构如图1所示。由于DSP具有强大的计算功能,而使用单片机进行控制又比较简单、方便,因此,这种双微处理器系统的设计不仅充分发挥了DSP和单片机的优势,而且结构清晰、独立,易于开发和调试。

1.2 各模块功能介绍

(1)输入模块:包括传感器和信号调理电路两部分。

(2)系统模块:以单片机(AT89C52)为核心,实现对整个系统的协调和控制,包括读取数据、键盘管理、控制显示、打印、存储和通讯等功能。

(3)数据采集和处理模块:以数字信号处理器(TMS320C32)为核心,进行数据采集、自动量程变换控制、数据处理以及给单片机发送结果数据。

(4)存储模块:由串行E 2 ROM(ATMEL24C64)构成。用于存储该次的测量结果。

(5)显示模块:使用MSP-G240128DYSY-1W型液晶显示器完成系统显示功能。

(6)打印模块:使用通用的TpuP-A微型面板式打印机完成系统输出打印功能。

(7)通讯模块:提供工业用的RS232串行通讯接口,可实现上位机与下位机的串行通信。

2 测量原理与算法分析

2.1 测量原理

本测试仪通过测量发电机转子的阻抗和功率损耗来判断匝间短路故障是否发生。直接测量的量是电压和电流信号,通过获取的电压和电流信号来计算功率损耗、交流阻抗、电阻和电抗等参数。基本测量公式如下:

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其中,u(n)和i(n)分别为第n点的电压和电流采样值,N为采样点数,φ为电压和电流的相位差。

2.2 算法分析

在实际采样过程中,由于电网频率的波动,其基波频率不能完全准确地获得,因而采样通常是在非同步情况下进行的。在非同步采样下,传统的FFT存在泄漏效应和栅栏效

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