0 引言

變壓器直流電阻測(cè)試儀是對(duì)單、三相變壓器繞組間直流電阻進(jìn)行測(cè)試的儀器,常見的有單回路型和三回路型。單回路型也稱單相變壓器直流電阻測(cè)試儀,是對(duì)單相變壓器繞組間直流電阻進(jìn)行測(cè)試的儀器;三回路型也稱三相變壓器直流電阻測(cè)試儀,是對(duì)三相變壓器繞組間直流電阻進(jìn)行測(cè)試的儀器。目前,對(duì)變壓器直流電阻測(cè)試儀電阻值的溯源一般采用實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)電阻方法。由于實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)電阻均為固定值,變壓器直流電阻測(cè)試儀只能以固定電阻值點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn),無(wú)法校準(zhǔn)固定阻值之間的電阻值,因此達(dá)不到使變壓器直流電阻值測(cè)試儀電阻值連續(xù)可調(diào)校準(zhǔn)的目的。同時(shí)這種采用實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)電阻只適用于單相變壓器直流電阻測(cè)試儀的校準(zhǔn),而對(duì)于三相變壓器直流電阻測(cè)試儀,則需分別對(duì) A 相、B相、C相直流電阻值進(jìn)行溯源,而且每次換相時(shí)均需重新接線,操作復(fù)雜,自動(dòng)化程度低,整體工作效率低下。

目前,雖也有采用模擬電阻方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器有載分接開關(guān)測(cè)試儀過渡電阻的校準(zhǔn),但這種方法一般要額外配置電壓源,使得整個(gè)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且制造成本變高,且只適用于單相變壓器直流電阻測(cè)試儀,無(wú)法達(dá)到同時(shí)校準(zhǔn)三相變壓器直流電阻三相電阻值的目的。

1 變壓器直流電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置構(gòu)成

針對(duì)目前在單、三相變壓器直流電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)過程中存在的不足,本文設(shè)計(jì)了變壓器直流電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置。該裝置主要由主控芯片、大功率負(fù)載電阻1、大功率負(fù)載電阻2、大功率負(fù)載電阻3、**電流采樣電路、**電流采樣電路、第三電流采樣電路、** PWM 信號(hào)、** PWM 信號(hào)、第三 PWM 信號(hào)、**電壓升降電路、**電 壓 升 降 電 路、 第 三 電 壓 升 降 電 路 構(gòu) 成, 如 圖 1所示。

2 變壓器直流電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置工作原理

校準(zhǔn)裝置的**電流采樣電路、**電流采樣電路、第三電流采樣電路對(duì)被校變壓器直流電阻測(cè)試儀直接加載在大功率負(fù)載電阻1、大功率負(fù)載電阻2與大功率負(fù)載電阻3上的電流進(jìn)行采樣后分兩路輸出。**路送至校準(zhǔn)裝置的主控芯片進(jìn)行分析計(jì)算;**路分別送至**電壓升降電路、**電壓升降電路與第三電壓升降電路。主控芯片通 過 控 制 第 一 PWM 信 號(hào)、 第 二 PWM 信 號(hào)、 第 三PWM 信號(hào)來分別調(diào)整**電壓升降電路、**電壓升降電路與第三電壓升降電路的電壓輸出值,這三路電壓輸出值同時(shí)與變壓器直流電阻測(cè)試儀電壓采樣端相連。

校準(zhǔn)裝置采用模擬電阻方式實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器直流電阻測(cè)試儀電阻值的校準(zhǔn)。一方面,通過由三個(gè)高準(zhǔn)確度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電阻構(gòu)成的電流采樣電路來對(duì)變壓器直流電阻測(cè)試儀加載在三個(gè)大功率負(fù)載電阻上的電流進(jìn)行采樣。另一方面,主控芯片將采樣到的電流值與預(yù)先寫入主控芯片需校準(zhǔn)的電阻值相乘計(jì)算得到電壓值,并將此電壓值與主控芯片通過電流采樣電路采集到的電壓進(jìn)行比較后得到一比例系數(shù)值,主控芯片根據(jù)此比例系數(shù)值來產(chǎn)生 PWM 信號(hào)以控制電壓升降電路的輸出值,實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器直流電阻的溯源。校準(zhǔn)裝置不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器直流電阻值連續(xù)可調(diào)的校準(zhǔn),同時(shí)裝置帶有的三個(gè)電流采樣電路可完全滿足三相變壓器 直 流 電 阻 測(cè) 試 儀 校 準(zhǔn) 的 需 求, 極 大 提 高 了 工 作效率。

3 變壓器直流電阻測(cè)試儀電阻校準(zhǔn)

3.1 變壓器直流電阻測(cè)試儀電壓采樣的選取

變壓器直流電阻測(cè)試儀有多個(gè)電流量程檔,采用某個(gè)電流量程檔下電阻值進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),首先變壓器直流電阻測(cè)試儀根據(jù)自身當(dāng)前電流量程檔控制 A 相、B相、C相電流輸出,并加載在**標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻、**標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻和第三標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻上。設(shè)此時(shí)加載的電流分別為Ia、Ib和Ic,由校準(zhǔn)裝置的**電流采樣電路、**電流采樣電路和第三電流采樣電路分別進(jìn)行 “電流-電壓”轉(zhuǎn)換后得到三路電壓信號(hào)Ua、Ub 和Uc。Ua、Ub 和Uc 三路電壓信號(hào)直接作為校準(zhǔn)裝置**電壓升降電路、**電壓升降電路和第三電壓升降電路的控制電壓輸入,由主控芯片產(chǎn)生PWM 信號(hào)來調(diào)整大小。調(diào)整后的Ua、Ub 和Uc 輸出至被校變壓器直流電阻測(cè)試儀的電壓采樣端。與目前采用模擬電阻方式對(duì)變壓器直流電阻進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)需額外配置電壓源將電壓反饋輸入變壓器直流電阻測(cè)試儀的電壓采樣端相比,該校準(zhǔn)裝置忽略了配置電壓源的需求,將三路電流采樣電路采樣得到的信號(hào)經(jīng) “電流-電壓”轉(zhuǎn)換后,通過一定比例調(diào)整后直接作為變壓器直流電阻測(cè)試儀電壓采樣端的輸入,使得校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單,同時(shí)也一定程度上降低了制造成本。

3.2 主控芯片PWM 占空比系數(shù)的確定

采樣校準(zhǔn)裝置對(duì)被校變壓器直流電阻測(cè)試儀當(dāng)前電流量程檔某個(gè)電阻進(jìn)行校準(zhǔn)的具體過程如下。

(1)將**電流采樣電路、**電流采樣電路和第三電流采樣電路采樣到的電流值與預(yù)先寫入主控芯片需校準(zhǔn)的電 阻 值 相 乘 得 到 電 壓 值 (該 電 壓 值 分 別 為 UA 、UB、UC),并將此電壓值與主控芯片通過電流采樣電路采集到

的電壓進(jìn)行比較得到一比例系數(shù)值。

(2)設(shè)當(dāng)前需校準(zhǔn)的電阻 值 為 R0,第 一 標(biāo) 準(zhǔn) 負(fù) 載 電

阻、**標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻和第三標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻的電阻值均為

R標(biāo) ,則根據(jù)歐姆定律可知變壓器直流電阻測(cè)試儀 A 相、B

相、C 相 的 輸 入 端 電 壓, 也 就 是 校 準(zhǔn) 裝 置 要 輸 出 的 電

壓為:

UA =IaR0

UB=IbR0

UC=IcR0(1)

(3)主控芯片通過**電流采樣電路、**電流采樣電路和第三電流采樣電路采集到的Ua、Ub 和Uc 與UA 、

UB、UC 的比例關(guān)系式為:

kA =UA

Ua=IaR0

IaR標(biāo)=R0

R標(biāo)kB=UB

Ub=IbR0

IbR標(biāo)=R0

R標(biāo)kC=UC

Uc=IcR0

IcR標(biāo)=R(2)

kA 、kB、kC 值的大小可由校準(zhǔn)裝置主控芯片產(chǎn)生的PWM 信號(hào)占空比來調(diào)整。

3.3PWM 控制三路升級(jí)直流調(diào)壓電路及機(jī)理

校準(zhǔn)裝置的電氣原理圖如圖2所示。其中,電感 L1、二極管 D1、全控器件 Q1、電容 C1、電阻 R1 構(gòu)成**電壓升降電路;電 感 L2、二 極 管 D2、全 控 器 件 Q2、電 容C2、電阻 R2 構(gòu) 成 第 二 電 壓 升 降 電 路;電 感 L3、二 極 管D3、全控器件 Q3、電容C3、電阻 R3 構(gòu)成的第三電壓升降電路。

主控芯片通過產(chǎn)生 PWM 信號(hào)來分別驅(qū)動(dòng)全控器 件Q1、Q2 與 Q3 的導(dǎo)通,在0~t1 內(nèi),全控器件 Q1、Q2 與Q3 導(dǎo)通,導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)為 Ton;在t1 ~t2 內(nèi),全 控 器 件 Q1、Q2 與 Q3 關(guān)斷,關(guān)斷時(shí)長(zhǎng)為 Toff。PWM 信號(hào)的一個(gè)周期T 計(jì)算式為:

T=Ton+Toff (3)

**電壓升降電路、**電壓升降電路和第三電壓升降電路輸出的電壓UA 、UB、UC 與Ua、Ub、Uc 的關(guān)系為:

UA =Ton

ToffUa=kAUa

UB=Ton

ToffUb=kBUb

UC=Ton

ToffUc=kCUc(4)

變壓器直流電阻測(cè)試儀有多個(gè)電流量程檔,校準(zhǔn)裝置的三路 電 壓 升 降 電 路 可 控 制 電 壓UA 、UB、UC 值 在 Ua、Ub、Uc 值上下可調(diào),而非單一的升壓或降壓,更加方便靈活。

若需使三路電壓升降電路的輸出電壓UA 、UB、UC 大于Ua、Ub、Uc,則改變Ton和Toff,使Ton大于Toff。此時(shí)主控芯片產(chǎn)生的 PWM 信號(hào)工作波形如圖3所示。

若需要三路電壓升降電路、**電壓升降電路和第三電壓升降電路的輸出電壓UA 、UB、UC 小于Ua、Ub、Uc,則改變Ton和Toff,使Ton長(zhǎng)小于 Toff。此時(shí)主控芯片產(chǎn)生的 PWM 信號(hào)工作波形如圖4所示。

3.4 變壓器直流電阻測(cè)試儀電阻的校準(zhǔn)

由以上分 析 可 知,只 需 主 控 芯 片 控 制 第 一 PWM 信號(hào)、** PWM 信號(hào)、第三 PWM 信號(hào)來產(chǎn)生三路占空比信號(hào)kA 、kB、kC 就可控制UA 、UB、UC 大小,并將UA 、UB、UC 輸出至變壓器直流電阻測(cè)試儀電壓采樣端進(jìn)行采樣,就可實(shí)現(xiàn)對(duì)被校變壓器直流電阻測(cè)試儀電阻的校準(zhǔn)。

根據(jù)歐姆定律可得,校準(zhǔn)裝置產(chǎn)生的模擬電阻分別為:

RA =UA

Ia=kAR標(biāo)

RB=UB

Ib=kBR標(biāo)

RC=UC

Ic=kcR標(biāo)(5)

將校準(zhǔn)裝置產(chǎn)生的模擬電阻值RA 、RB、RC 與被校變壓器直流電阻測(cè)試儀顯示的電阻值進(jìn)行直接比較,就可得到被校變壓器直流電阻測(cè)試儀當(dāng)前電阻值校準(zhǔn)點(diǎn)下的誤差,實(shí)現(xiàn)對(duì)被校變壓器直流電阻測(cè)試儀的校準(zhǔn)。另外,由于校準(zhǔn)裝置沒有額外配置可編程電壓源,因此整體工作變得更高效、可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種變壓器直流電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置,該裝置采用模擬電阻方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器直流電阻測(cè)試儀電阻值的校準(zhǔn),且模擬電阻值只與主控芯片產(chǎn)生的 PWM 信號(hào)占空比系數(shù)k 和電阻R標(biāo) 有關(guān)。又由于該裝置的模擬電阻值的系數(shù)k 是一個(gè)比例系數(shù),因此*終的模擬電阻值的準(zhǔn)確度只與電阻R標(biāo) 相關(guān)。只要**標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻、**標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻和第三標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻的等級(jí)選用0.01級(jí)以上,就可大幅度提高裝置的準(zhǔn)確度等級(jí),同時(shí)可實(shí)現(xiàn)變壓器直流電阻值連續(xù)可調(diào)的校準(zhǔn)目的。校準(zhǔn)裝置可適用于單、三相變壓器直流電阻測(cè)試儀電阻值的校準(zhǔn),且整體電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高,具有較高的使用價(jià)值。