脉冲测试，又称浪涌测试，被认为是评估绕组可靠性的有效方法之一。同时，由于它依赖于将测试波形与已知良好绕组的参考波形进行比较，因此很难以可接受的高精度测试微小的波形变化。
使用传统测试方法，脉冲测试仪通过在绕组端子上施加脉冲电压并观察产生的波形来推断绕组中是否存在缺陷。该方法提供了一种检测断线、相间短路和绕组电感变化的出色技术。
近年来，随着电动汽车用电动机等的小型化，定子绕组的空间系数1不断增大。当驱动电压越来越高以及逆变器控制引起的浪涌电压导致导线间的绝缘性能下降时，就会发生局部放电（PD），这有可能导致电动机使用过程中的可靠性大幅下降。
为了解决这些问题，日置开发了脉冲绕组测试仪ST4030A。本文介绍了ST4030A的特点，并提供了使用该仪器获得的一些测量结果。
根据特征分布做出通过/失败决策
基于波形面积的差异来识别绕组是否有缺陷的传统方法存在许多问题：
当面积差异很小的时候，很难区分有缺陷的绕组和无缺陷的绕组[1]。导线占据线圈横截面积的百分比
难以为由面积差异组成的计算结果赋予物理和定量意义
难以确定阈值
在需要保留大量波形数据的应用中，管理这些数据非常困难
另一方面，ST4030A 将 Toenec 公司提出的参数识别技术“特性分布2”作为其评估标准之一。特性分布方法识别了表征脉冲测试获得的衰减振荡波形的两个关键参数（振荡频率和衰减元素）。
与以往的研究（1）一致，本文将特性分布中使用的两个参数描述为LC和RC特性。这些特性是图1所示仪器和工件等效电路的电阻分量R、电容分量C和电感分量L的乘积，即L×C（LC）和R×C（RC）。前者对应于振荡频率，后者对应于衰减振荡波形中的衰减。ST4030A具有将从测试振荡波形获得的LC和RC特性显示为散点图的功能，并可以根据测试期间获得的特性是否落在用户定义的通过区域内进行判断（图2）。
与传统的根据波形面积差异筛选绕组的方法相比，基于特征分布的评估具有以下优点：
它允许配置视觉上清晰的判断区域。
可以对已安装转子的电机中的绕组进行分类，而这在传统方法中很难完成。这是因为可以通过相对于反映转子位置变化的分布适当地设置通过区域，将测试的绕组分为缺陷类别和无缺陷类别。
它可以根据特征分布推断工件缺陷的性质 (2)。
基于特性的合格/不合格判定的另一个优势在于该技术具有较高的分类能力。考虑传统的波形比较方法与基于 LC 和 RC 特性的方法的分类能力之间的差异的一个例子。图 2.3 说明了当对被测工件施加微小变化时，测试电压波形以及 LC 和 RC 特性的变化。在微小变化之前（图例中的“之前”）和微小变化之后（图例中的“之后”）重复进行 100 次脉冲测试，并使用 LC 和 RC 特性分布在相同条件下检查测量值的变化。
（该图仅包括微小变化前后 1 个周期的电压振荡波形值。）
图 1：用于识别 LC 和 RC 特性的等效电路模型
从图 3 可以看出，虽然使用传统的波形比较方法无法观察到前后波形轮廓的明显差异，但可以看到变化前后 LC 和 RC 特性分布的明显差异。这些结果表明，即使考虑到测量值的变异性，分类也是可行的。LC 和 RC 特性的高分类能力为检测微小变化提供了优势，例如由绕组中的单故障匝引起的微小变化，而这种缺陷很难通过传统的波形比较来识别。
图 2：ST4030A 上的 LC 和 RC 特性分布和通过区域（以灰色显示）
图3：对绕组进行细微改变时的波形（上）和特性（下）的比较
局部放电检测选件 ST9000
开发过程
研究人员提出了多种检测技术来识别局部放电引起的脉冲振荡波形变化。此类数值计算技术的典型例子包括 Flutter 和拉普拉斯计算。为方便起见，本文将使用缩写 FLTR 和 LAPC 来指代这些计算的结果。ST4030A 实现这两项计算的方式如下：
两种计算方法都是基于离散数学领域的微分计算，虽然具有处理简单的优点，单个脉冲测试仪就可以在进行脉冲测试时估算局部放电量，但存在以下问题：
计算结果采用电压差分值之和的形式（如上所示），因此很难为阈值赋予含义。
振动波形中所含的噪声成分的影响不容忽视。
为了解决上述潜在问题，日置将 ST4030A 的基本性能之一的高精度波形检测能力与新开发的数字信号处理技术巧妙结合，在局部放电功能 ST9000 中开发出专有解决方案。
ST9000的特点
ST9000 的特点是能够将局部放电分量从测试波形中一定程度存在的高斯噪声分量中分离出来。该功能使用以下计算过程来检测局部放电分量：
它使用数字信号处理从测试电压波形中仅提取噪声成分。
它使用标准差来标准化提取的噪声成分的幅度。
如果发生局部放电，偏差量将超过无缺陷绕组中观察到的偏差量。
与传统的Flutter、拉普拉斯计算等方法相比，ST9000实现的局部放电检测处理具有以下优势：
由于该过程产生的放电波形与测试电压波形的时间轴同步，因此可以清楚地识别与局部放电相对应的波形波动的位置。
由于计算结果已经标准化，因此无需设定判断水平（尽管可以调整）。
使用 ST9000 进行 PDIV 测试
Hioki 设计的 ST4030A 具有击穿电压 (BDV) 功能，使操作员能够进一步利用 ST9000 的局部放电检测功能。此功能在逐渐增加施加到被测工件上的电压的同时评估触发失败决策的电压。IEC/TS 61934 将局部放电起始电压 (PDIV) 定义为在增加电压时首次检测到局部放电的电压。
如图5所示，准备了实验装置，将由镀锡线和漆包线组成的双绞线连接到标准绕组的端子上，将ST4030A配置为使用BDV功能时显示测试画面（图4）。截图显示700V时局部放电检测判断失败（画面上显示“DCHG”），表示被测工件的PDIV为700V。
图4：ST4030A的BDV功能
图5：局部放电检测实验装置
ST9000 与传统方法的比较 本节将介绍 ST9000 如何提高局部放电检测能力的示例。使用图 5 所示的设置将 ST4030A 的施加电压设置为 720 V 后进行四次脉冲测试时，ST9000 仅在其中测试中检测到放电。该图和表格提供了 FLTR 和 LAPC 值以及放电测试期间获得的振荡波形。FLTR 和 LAPC 值的计算限制在图 6 所示的间隔内。
可以看出，无论是否发生放电，FLTR 和 LAPC 值都没有明显差异，因此很难根据这些结果检查局部放电现象。
图6：局部放电检测时的测试振荡波形以及局部放电量级相关区域的放大图
图6：局部放电检测时的测试振荡波形以及局部放电量级相关区域的放大图
与此相对，从ST9000的局部放电检测结果来看，在与振荡波形中可观察到的高频成分相同的位置，表示局部放电的偏差量明显增加。而且，即使将计算间隔设定为整个波形，检测精度也可以维持在大致相同的水平。
本文介绍了日置脉冲式绕组测试仪ST4030A的特点，并结合实际测量实例，阐述了ST4030A所提供的特性分布判断能力相较于传统波形面积比较判断方式的诸多优势，并介绍了如何使用局部放电功能ST9000清晰地提取出传统数值计算方法无法检测到的局部放电成分，希望本文能对客户的绕组和电机测试有所帮助。
