1 概述

電流互感器是一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)設(shè)備, 其作用是將一次回路的大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的小電流, 向測(cè)量?jī)x表、繼電器等二次設(shè)備的電流繞組供電, 使二次設(shè)備與高壓部分隔離, 從而保證設(shè)備和人身的安全。作為電力系統(tǒng)中一個(gè)重要設(shè)備, 電流互感器的變比關(guān)系到計(jì)量的準(zhǔn)確性與保護(hù)的可靠性, 因此它的變比試驗(yàn)是**不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。不管是老標(biāo)準(zhǔn)還是新規(guī)程, 都把電流互感器交接時(shí)和更換繞組后的現(xiàn)場(chǎng)變比檢查試驗(yàn)列為重要的測(cè)試項(xiàng)目。本文介紹了一種以單片機(jī)為核心, 通過(guò)智能測(cè)量技術(shù)對(duì)電流互感器的變比進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和主要電路的工作原理。

2 測(cè)試儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖 1 是電流互感器變比測(cè)試儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。

測(cè)試儀的輸入電源采用 220V 交流電; 在輸入為 220V 電壓時(shí), 調(diào)壓器的輸出電壓為 0～600V; 升流器的輸出電流可達(dá)到 0～600A。在進(jìn)行變比測(cè)量時(shí), 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓器使升流器的輸出電流發(fā)生變化, 而升流器的輸出電流輸送到被測(cè)電流互感器的初極, 作為被測(cè)電流互感器的一次電流, 同時(shí)被測(cè)電流互感器次極

也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的二次電流, 由取樣電路對(duì)一次電流和二次電流信號(hào)進(jìn)行取樣。一次電流信號(hào)的取樣電路主要由 1 只精度為 0.1級(jí)的 600A/600mA 的電流互感器及相應(yīng)的變換電路組成; 二次電流信號(hào)的取樣電路主要由 1 只 20A/20mA 精密電流互感器及相應(yīng)的變換電路和精度調(diào)整電路組成。采樣電路對(duì)被測(cè)電流互感器的瞬時(shí)一次電流和二次電流信號(hào)進(jìn)行取樣, 將取樣信號(hào)送給 AC/DC 真有效值電路, 使交流瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換為真有效值輸出;然后再將 AC/DC 真有效值電路輸出的直流信號(hào)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換; 模數(shù)轉(zhuǎn)換后送給顯示模塊和微處理器。由顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出所測(cè)電流互感器的一次電流值和二次電流值; 由微處理器完成數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)的處理及控制微型打印機(jī)打印出測(cè)量數(shù)據(jù)和變比值。另外, 該系統(tǒng)框圖中的變比測(cè)試延時(shí)保護(hù)電路通過(guò)此繼電器有效地控制了電流互感器變比測(cè)量的時(shí)間, 使變比測(cè)量在有限的時(shí)間內(nèi)完成。

3 一次電流和二次電流的測(cè)量與顯示部分電路 一次電流的測(cè)量與顯示部分和二次電流的測(cè)量與顯示部分的原理是相似的, 以下簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)的一次電流的測(cè)量與顯示部分的電路及原理。

(1)AC/DC 真有效值轉(zhuǎn)換電路

真有效值定義為交流電壓瞬時(shí)值的平方值在一個(gè)周期內(nèi)的平均值的開(kāi)平方值。為了實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)有效值的精密測(cè)量, 并使之不受被測(cè)波形的限制, 可以采用真有效值轉(zhuǎn)換技術(shù)。真有效值測(cè)量的*大優(yōu)點(diǎn)是能夠精地測(cè)量各種電壓波形的有效值, 而不必考慮被測(cè)波形的參數(shù)及失真。本系統(tǒng)采用的真有效值轉(zhuǎn)換芯

片為美國(guó) AD 公司的 AD736, 它具有準(zhǔn)確性高、靈敏度好、測(cè)量速度快、頻率特性好、輸入阻抗高、輸出帶緩沖器、功耗低等特點(diǎn)。電路如圖 2 所示。其中, 電壓瞬時(shí)值經(jīng)電容 C201 輸入AD736 的第 1 腳, 真有效值由 AD736 的第 6 腳輸出。

(2)A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

圖 3 為 系 統(tǒng) A/D 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 電 路 。 電 路 主 要 由 ICL7135、CD4069 和 TL431 芯片組成。ICL7135 為 4 位半 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 取樣速度可達(dá)到 3 ~ 5 次/秒, 驅(qū)動(dòng)方式為靜態(tài), 無(wú)鎖存功能,功耗小等特點(diǎn)。CD4069 為六非門(mén)數(shù)字集成電路, 在此作為時(shí)鐘電路, 為 ICL7135 提供時(shí)鐘信號(hào)。TL431 為精密電壓基準(zhǔn)芯片,為 ICL7135 提供精密的基準(zhǔn)電壓。ICL7135 的第 10 腳為模擬電壓信號(hào)的輸入端, 第 13～16 腳為 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字信號(hào)輸出端, 第 17～20 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字驅(qū)動(dòng)端, 第 22 腳為時(shí)鐘信號(hào)輸入端, 第 2 腳為基準(zhǔn)電壓端。

圖 4 為系統(tǒng)顯示模塊電路圖。圖中顯示屏為 4 位七段 LCD液晶顯示器; CD4543 是一位 BCD- 七段譯碼帶數(shù)據(jù)鎖存功能的驅(qū)動(dòng)器, 它可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管 LED 的七段數(shù)碼管, 也可以驅(qū)動(dòng)七段 LCD 液晶顯示器件; NE555 集成電路組成振蕩器, 振蕩器的輸出經(jīng) D 觸發(fā)器 74HC74 的整形后產(chǎn)生占空比為 50%的

脈沖序列, 提供給 CD4543 的 PH 和液晶顯示器件的背電極 BP,從而形成完整的靜態(tài)液晶顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

4 控制部分電路

圖 5 為測(cè)試儀控制部分的電路圖。系統(tǒng)中 K1 為復(fù)位鍵、K2為存儲(chǔ)鍵、K3 為打印鍵。微處理器采用 89C52 單片機(jī), 進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)的處理及控制微型打印機(jī)打印出測(cè)試數(shù)據(jù)和變比值。當(dāng)測(cè)試電源接通后, 緩慢順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓器, 需存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí), 按一下存儲(chǔ)鍵 K2, 此時(shí)內(nèi)部蜂鳴器 LS501 鳴響一聲, 即完成了被測(cè)電流互感器一次電流與二次電流值的存儲(chǔ), 然后按下打印鍵 K3, 可當(dāng)場(chǎng)將測(cè)量數(shù)據(jù)和變比結(jié)果打印輸出。測(cè)試完畢后將調(diào)壓器歸零并關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。如需再次測(cè)試, 則將電源開(kāi)關(guān)閉合并按一下復(fù)位鍵 K1, 既可進(jìn)行下一次的測(cè)量。INPUT1 和INPUT2 分別為一次電流和二次電流數(shù)字信號(hào)輸入端, OUTPUT為送給內(nèi)置微型打印機(jī)的被測(cè)電流互感器的一次電流與二次電流測(cè)量數(shù)據(jù)和變比的計(jì)算值, 由微型打印機(jī)打印出測(cè)量數(shù)據(jù)和變比的計(jì)算值。

5 延時(shí)保護(hù)電路

圖 6 為延時(shí)保護(hù)電路。在進(jìn)行變比測(cè)量中, 由于電流較大,為保障人員和設(shè)備的安全, 電路中設(shè)計(jì)了一硬件延時(shí)電路, 強(qiáng)制變比測(cè)試在有限的時(shí)間內(nèi)完成, 到時(shí)自動(dòng)切斷電源停止測(cè)量。此延時(shí)電路由 NE555 芯片構(gòu)成, 延時(shí)時(shí)間設(shè)置為 30 秒。

6 結(jié)束

本文介紹了以單片機(jī)為核心, 采用液晶顯示和智能測(cè)量技術(shù)對(duì)電流互感器的變比進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)試儀具有成本低、精度高, 測(cè)試中不僅能直接看到測(cè)量結(jié)果, 而且能夠利用該儀器中內(nèi)置的微型打印機(jī)當(dāng)場(chǎng)打印出測(cè)試結(jié)果, 有利于測(cè)試結(jié)果的存檔與保存。同時(shí)還具有體積小、重量輕、攜帶方便、操作簡(jiǎn)便, 可一人完成全部測(cè)試工作, 測(cè)試中安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。