前言

層間短路測試，也稱作脈衝線圈測試，用於檢查變壓器或馬達等各式各樣機器的繞組。
本測試中會對繞組施加脈衝電壓，並測量其響應波形。然後，比較被測物的響應波形與良品(標準波形)波形，判斷良否。
但是以往的比較法有多個問題點。首先響應波形的分辨困難，無法明確的判斷。另外，波形的差異與繞組的特性並無直接關聯，所以無法特定故障的原因。此外，使用標準波形進行相對比較時，判斷基準的設定與更新也都需要一定的時間。
本應用案例，將解決以上課題並提出新的測量方法。新方法是由層間短路測試中獲得的波形推定等效迴路常數(L值與R值)來推測被測物的良否。本方法會比過往的波形比較法來說更加客觀且有效的評估繞組與線圈。

以往波形比較判斷的課題

關於層間短路測試中以往的波形判定法具有什麼樣的課題呢？

圖1、相間的響應波形比較

圖1為良品的三相馬達的各相間施加脈衝波形的響應波形。良品馬達中，若所有的波形都可以完美的重疊成一條線是最理想的，但因波動各波形都會有些微的不同。(參考圖1紅圈)
因此，透過波形進行良否判斷時，就需要觀測複數的良品響應波形，統計平均後求出波動的範圍，並確認該被測物測得波形是否有超出良品的範圍。

圖2、單圈短路(0.5Ω)的響應波形

圖2中為使用HIOKI的ST4030A觀測某定子繞組一圈中，並以0.5Ω電阻器短路前後的響應波形。
黃色為短路前，藍色為短路後的波形。
藍色波形為故意造成層間短路明顯不良樣品的響應波型。但與短路前的波形相比其實相差不大。這種程度的差異，會被納入圖1的良品範圍內，使得透過波形比較判斷很困難。
如此一來，波形比較法(特定波形面積的比較)有一定的限制，無法高精度判斷微小缺陷。

透過L/R的推測值判斷

為了克服波形比較的限制，本應用案例提出新的數值評價方法。

圖3a、良品:圖2的黃色波形

圖3b、不良品:圖2的藍色波形
圖3、測量圖2中良品(黃色波形)與不良品(藍色波形)的L/R

圖3為測量圖2的良品(黃色波形)與不良品(藍色波形)的L/R值的結果。
透過數據顯示，可以很顯然的發現不良品的數值與良品的數值有差距。如此一來透過推定被測物的迴路常數進行比較，可比使用波形比較法更容易地進行良否判斷。
接著，下方將說明L/R值的計算方法與使用這些數值進行判斷的優點。

推定值計算原理

圖4、測量等效迴路

使用ST4030A搭配應用軟體「線圈用L値R値測試應用程式」與被測物(DUT)的測量等效迴路如圖4所顯示。
ST4030A將充電於電容C的電壓透過開關施加至 DUT，並取得當時的電壓響應波形。

圖5、響應波形範例

圖5則顯示了施加100V的脈衝電壓到被測物上的響應波形。利用響應波形最初的峰值後延續衰減的部分，帶入途中假設的等效迴路微分方程式。然後使用最小平方法推斷L值跟R值。然後使用曲線擬合求出適當的常數。根據被測物雖會有不振動的波形，但波形最初的衰減部分可視為演算範圍，所以就算無振動的波形也可計算出L/R值。

要注意的事情是，這裡計算出的L/R值，會與LCR METER測得的值不同。因為使用應用軟體所使用的等效迴路與與被測物實際特性的差距、LCR METER和脈衝線圈測試儀的電壓大小與施加方式的不同等原因，所以會生與LCR METER測量的數值不盡相同。但被測物的特性與假想等效迴路相近，LCR METER的測量頻率與脈衝波形最一開始的周期相近的場合，其數值相差較小。

使用推測值的優點

更加明確的判斷與理解

利用數值化後的迴路常數進行比較比使用波形比較來進行良否判斷更為容易。測試結果會直接反映在被測物狀態的迴路常數中，可以更加容易理解異常的性質，可以更加客觀的提升品質判斷準確度。

測量的簡化與時間縮短

無須登入標準波形，故可以大幅縮短測量時間。只需要設定最低限度的施加電壓。為了數值波動大的被測物，也可以增加測量脈衝數，或是有大幅的電壓下降的場合可以自動調整電壓等等的追加設定。

詳細的解析與經過時間變化的監視

保存L值與R值，方便今後測量。波形差異資料也可以大致掌握製造過程的差別，而L/R值資料可用於更全面的趨勢分析與繞線改善等用途。

結語

用於變壓器或馬達等繞線檢測的層間短路測試（脈衝線圈測試），過去是透過波形比較來判斷良品與不良品。然而此方法存在無法從脈衝波形中準確抽取等效電路常數的根本問題。因此只能依賴與已知良品波形的比較，難以判斷差異是良性還是不良，也難以特定缺陷原因。

使用HIOKI ST4030A 專用軟體可解決此問題。它能直接從脈衝響應波形中抽取L/R的迴路常數，並實現以下優點：

更明確的合否判斷
提供客觀數值，消除波形比較的模糊性，使判斷更明確且可靠。

理解度提升
所導出的 L/R 值直接反映繞線性能特性，有助於深入理解異常性質。

測量簡化
不需登錄標準波形，測量設定更合理化，大幅縮短測試時間。

穩健的資料分析
透過 L/R 值的數值特性，可持續累積有意義的資料，進行長期趨勢分析，並獲得繞線設計與製造改善的寶貴洞察。

下載應用程式:ST4030｜脈衝線圈測試儀｜線圈用L値R値測試應用程式
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