非线性绝缘电介质介电特性测试系统软件开发

论文摘要

由于非线性绝缘电介质能够降低空间电荷的产生,且可以改善绝缘结构中的电场分布,因此对其介电性能的研究,具有一定的理论意义和工程意义。本文主要是研究聚合物/无机复合非线性绝缘电介质在均匀交变电场作用下的介电性能的表征问题。对于仿真或者实测信号,利用软件测试平台实现对非线性绝缘电介质的响应电流的分解,以便进行介电性能分析。首先,以课题的研究内容为方向,对软件测试系统的总体设计进行了规划,目标是建立基于Labview / MATLAB软件的介电特性软件测试系统,其功能包括数据预处理、非线性绝缘电介质的响应电流的分解以及相关参数与宏观平均电场或者时间的变化关系的显示等。其中,由于实际测试的非线性绝缘电介质的相关数据难免会存在一些干扰,这会影响到响应电流的分解结果,所以在进行响应电流分解之前,需要进行数据预处理过程。为此设计了数据预处理模块,以实现对测试数据的滤波、截取等操作。其次,对处于均匀交变电场作用下的非线性绝缘电介质进行了分析,根据其等效电路模型,建立了基于其电导率和介电常数经验公式的数学模型。同时,在此数学模型基础上,利用加权的非线性最小二乘拟合的方法实现了时域上的非线性绝缘电介质的响应电流分解。最后,参考了本课题组已研究过的内容,获得了非线性绝缘电介质在均匀交变电场作用下的仿真响应电流,利用本测试系统对其进行了分解;还对在交流电压作用下电机防电晕带进行了实际测试,并对其响应电流进行了分解。分解结果表明,本软件测试系统不仅能够实现非线性绝缘电介质在交流电压激励下的响应电流的分解,而且具有较高的可靠性,这为进一步的研究非线性绝缘电介质奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 均匀交变电场下非线性绝缘介质的介电性能表征
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 课题来源及主要研究内容
• 第2章 软件测试系统的总体规划以及信号的采集与预处理
• 2.1 软件测试系统的总体规划
• 2.2 信号的采集
• 2.3 实验数据的截取
• 2.4 数字滤波器的设计
• 2.4.1 FIR 滤波器和零相位数字滤波器的比较与分析
• 2.4.2 数字滤波器的构建
• 2.5 数值计算与分析
• 2.5.1 三次样条插值函数
• 2.5.2 数据的插值与反插值的实现
• 2.5.3 数据的数值微分的实现
• 2.6 本章小结
• 第3章 等效数学模型、响应电流分解算法及软件测试系统的建立
• 3.1 等效数学模型的建立
• 3.2 非线性最小二乘法及其求解方法
• 3.2.1 非线性最小二乘法介绍
• 3.2.2 非线性最小二乘法求解方法比较
• 3.3 基于加权的非线性最小二乘的响应电流分解算法
• 3.4 软件测试系统的构建
• 3.5 本章小结
• 第4章 软件系统验证与实验数据分析
• 4.1 仿真电压和响应电流的产生
• 4.2 电压数据满足采样定理时的响应电流分解
• 4.3 电压数据不满足采样定理时的响应电流分解
• 4.4 实验数据的分解与介电性能分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢