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便携式冲击接地试验系统研制

作　者: 温振兴
导　师: 胡劲松
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 便携式冲击接地试验半桥变换器 S3C2440A AD9248 MATLAB GUI
分类号: TM862
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

“7·23"甬温线特别重大铁路交通事故暴露出高速铁路在防雷方面存在严重的问题,需要开展深入的研究。高速铁路运行线路多处于山区,而我国幅员辽阔,气候条件复杂,多雷雨天气,山区土壤电阻率高。当雷击支柱时,接地电阻过大容易抬升塔顶电位,影响接触网供电安全。因此,开展支柱接地装置的冲击接地试验,测量冲击接地电阻,对提高铁路供电安全,保证高速铁路安全运行具有重要意义。传统的高压冲击接地试验装置体积庞大、设备笨重,无法在山区和高架桥上开展接触网支柱冲击接地试验。因此,需要试验设备能够重量轻,体积小,以便于开展野外试验时的携带。本文提出了一种便携式的冲击接地试验系统,该系统集高电压发生器、冲击电流发生回路、数据采集系统、MATLAB数据处理和人机显示界面于一体。高压发生器是实现冲击试验设备便携化的关键,本文考虑使用日益成熟的开关电源技术,设计了一款基于隔离式半桥变换器的2kV高压发生器,该发生器具有体积小重量轻,携带方便,使用灵活等特点。冲击电流放电回路方面,研究接地电阻R、回路电感L和脉冲储能电容C之间的相互关系。确定脉冲储能电容C和冲击接地电阻的匹配关系,确定调波电感、电阻和冲击电流波头、波长时间的关系。数据采集系统是实现测量信息数字化处理的关键,由于雷电流波形的波头时间极短,需要高速数据采集系统才能对雷电流实现准确逼真的采集。本文拟使用S3C2440A+AD9248组合,将传感器采集到的模拟信号转化为数字信号,再传输到上位机,利用MATLAB程序的数据处理能力对采样数据进行处理,并基于MATLAB GUI设计人机界面。最后在实验室环境下开展模拟实验,实验结果表明,放电回路产生的模拟冲击电流波形接近雷电流波形,具有较好的模拟特性；数据采集系统高速可靠,能够实现对模拟冲击电流和电压波形的采集；MATLAB程序能够对采样得到的波形进行良好的处理和计算。综上所述,本系统的设计合理有效,具有可行性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 课题背景和研究意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 高铁综合接地发展现状  12-13
    1.2.2 杆塔冲击接地试验研究现状  13-14
    1.2.3 传统冲击试验高压发生器  14-16
    1.2.4 便携式冲击接地试验系统研究现状  16
  1.3 本文研究内容  16-18
第2章冲击接地电阻测量方法研究  18-30
  2.1 便携式冲击接地电阻测量的理论分析  18-21
  2.2 基于三极测量法的接线方式  21-26
  2.3 冲击接地试验放电及调波回路研究  26-29
    2.3.1 脉冲储能电容放电研究  26-27
    2.3.2 冲击试验放电回路研究  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章便携式直流高压发生器设计  30-41
  3.1 半桥变换器主电路分析  30-33
    3.1.1 半桥变换器主电路拓扑工作原理  30-32
    3.1.2 半桥变换器主电路元件参数分析  32-33
  3.2 半桥变换器控制电路设计  33-37
    3.2.1 PWM发生电路设计  33-35
    3.2.2 驱动电路设计  35-36
    3.2.3 反馈电路设计  36-37
    3.2.4 过流保护电路设计  37
  3.3 高频变压器设计  37-40
    3.3.1 高频变压器磁化特性研究  37-38
    3.3.2 变压器参数计算  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章数据采集系统设计  41-55
  4.1 基于S3C2440A+AD9248的数据采集系统简介  41-44
    4.1.1 S3C2440A微处理器简介  41-42
    4.1.2 系统采样频率分析  42-43
    4.1.3 AD9248原理和结构  43-44
  4.2 数据采集系统硬件设计  44-49
    4.2.1 信号采集单元设计  44-45
    4.2.2 电源系统设计  45-46
    4.2.3 复位电路设计  46
    4.2.4 系统时钟电路设计  46-47
    4.2.6 存储器电路设计  47-48
    4.2.7 串口电路设计  48
    4.2.8 USB接口设计  48-49
  4.3 数据采集系统软件设计  49-51
    4.3.1 主程序设计  49-50
    4.3.2 A/D采集程序设计  50-51
  4.4 基于MATLAB的采集数据处理  51-54
    4.4.1 基于MATLAB的数据平滑滤波  52-53
    4.4.2 基于MATLAB GUI的人机界面  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章便携式冲击接地电阻测量系统实验  55-63
  5.1 便携式直流高压发生器实验  56-57
  5.2 模拟冲击电流发生实验  57-58
  5.3 冲击接地电阻测量实验  58-62
    5.3.1 基于MATLAB GUI的人机界面  58-59
    5.3.2 模拟试验测量结果  59
    5.3.3 冲击电压等级对计算结果的影响  59-60
    5.3.4 脉冲储能电容容量对计算结果的影响  60-61
    5.3.5 噪声干扰信号对计算结果的影响  61-62
  5.4 本章小结  62-63
结论与展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  70

便携式冲击接地试验系统研制

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