0 引言
變壓器直流電阻測試儀是對單、三相變壓器繞組間直流電阻進行測試的儀器,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試儀,是對單相變壓器繞組間直流電阻進行測試的儀器;三回路型也稱三相變壓器直流電阻測試儀,是對三相變壓器繞組間直流電阻進行測試的儀器。目前,對變壓器直流電阻測試儀電阻值的溯源一般采用實物標準電阻方法。由于實物標準電阻均為固定值,變壓器直流電阻測試儀只能以固定電阻值點進行校準,無法校準固定阻值之間的電阻值,因此達不到使變壓器直流電阻值測試儀電阻值連續(xù)可調(diào)校準的目的。同時這種采用實物標準電阻只適用于單相變壓器直流電阻測試儀的校準,而對于三相變壓器直流電阻測試儀,則需分別對 A 相、B相、C相直流電阻值進行溯源,而且每次換相時均需重新接線,操作復(fù)雜,自動化程度低,整體工作效率低下。
目前,雖也有采用模擬電阻方式來實現(xiàn)對變壓器有載分接開關(guān)測試儀過渡電阻的校準,但這種方法一般要額外配置電壓源,使得整個電路結(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試儀,無法達到同時校準三相變壓器直流電阻三相電阻值的目的。
1 變壓器直流電阻測試儀校準裝置構(gòu)成
針對目前在單、三相變壓器直流電阻測試儀校準過程中存在的不足,本文設(shè)計了變壓器直流電阻測試儀校準裝置。該裝置主要由主控芯片、大功率負載電阻1、大功率負載電阻2、大功率負載電阻3、**電流采樣電路、**電流采樣電路、第三電流采樣電路、** PWM 信號、** PWM 信號、第三 PWM 信號、**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 變壓器直流電阻測試儀校準裝置工作原理
校準裝置的**電流采樣電路、**電流采樣電路、第三電流采樣電路對被校變壓器直流電阻測試儀直接加載在大功率負載電阻1、大功率負載電阻2與大功率負載電阻3上的電流進行采樣后分兩路輸出。**路送至校準裝置的主控芯片進行分析計算;**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、 第 二 PWM 信 號、 第 三PWM 信號來分別調(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與變壓器直流電阻測試儀電壓采樣端相連。
校準裝置采用模擬電阻方式實現(xiàn)對變壓器直流電阻測試儀電阻值的校準。一方面,通過由三個高準確度等級標準電阻構(gòu)成的電流采樣電路來對變壓器直流電阻測試儀加載在三個大功率負載電阻上的電流進行采樣。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的電阻值相乘計算得到電壓值,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 信號以控制電壓升降電路的輸出值,實現(xiàn)對變壓器直流電阻的溯源。校準裝置不僅可實現(xiàn)對變壓器直流電阻值連續(xù)可調(diào)的校準,同時裝置帶有的三個電流采樣電路可完全滿足三相變壓器 直 流 電 阻 測 試 儀 校 準 的 需 求, 極 大 提 高 了 工 作效率。
3 變壓器直流電阻測試儀電阻校準
3.1 變壓器直流電阻測試儀電壓采樣的選取
變壓器直流電阻測試儀有多個電流量程檔,采用某個電流量程檔下電阻值進行校準時,首先變壓器直流電阻測試儀根據(jù)自身當前電流量程檔控制 A 相、B相、C相電流輸出,并加載在**標準負載電阻、**標準負載電阻和第三標準負載電阻上。設(shè)此時加載的電流分別為Ia、Ib和Ic,由校準裝置的**電流采樣電路、**電流采樣電路和第三電流采樣電路分別進行 “電流-電壓”轉(zhuǎn)換后得到三路電壓信號Ua、Ub 和Uc。Ua、Ub 和Uc 三路電壓信號直接作為校準裝置**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試儀的電壓采樣端。與目前采用模擬電阻方式對變壓器直流電阻進行校準時需額外配置電壓源將電壓反饋輸入變壓器直流電阻測試儀的電壓采樣端相比,該校準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試儀電壓采樣端的輸入,使得校準裝置結(jié)構(gòu)變得簡單,同時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
采樣校準裝置對被校變壓器直流電阻測試儀當前電流量程檔某個電阻進行校準的具體過程如下。
(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
的電壓進行比較得到一比例系數(shù)值。
(2)設(shè)當前需校準的電阻 值 為 R0,第 一 標 準 負 載 電
阻、**標準負載電阻和第三標準負載電阻的電阻值均為
R標 ,則根據(jù)歐姆定律可知變壓器直流電阻測試儀 A 相、B
相、C 相 的 輸 入 端 電 壓, 也 就 是 校 準 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=R0
R標kB=UB
Ub=IbR0
IbR標=R0
R標kC=UC
Uc=IcR0
IcR標=R(2)
kA 、kB、kC 值的大小可由校準裝置主控芯片產(chǎn)生的PWM 信號占空比來調(diào)整。
3.3PWM 控制三路升級直流調(diào)壓電路及機理
校準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 信號來分別驅(qū)動全控器 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)通時長為 Ton;在t1 ~t2 內(nèi),全 控 器 件 Q1、Q2 與 Q3 關(guān)斷,關(guān)斷時長為 Toff。PWM 信號的一個周期T 計算式為:
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)
變壓器直流電阻測試儀有多個電流量程檔,校準裝置的三路 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。此時主控芯片產(chǎn)生的 PWM 信號工作波形如圖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長小于 Toff。此時主控芯片產(chǎn)生的 PWM 信號工作波形如圖4所示。
3.4 變壓器直流電阻測試儀電阻的校準
由以上分 析 可 知,只 需 主 控 芯 片 控 制 第 一 PWM 信號、** PWM 信號、第三 PWM 信號來產(chǎn)生三路占空比信號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試儀電壓采樣端進行采樣,就可實現(xiàn)對被校變壓器直流電阻測試儀電阻的校準。
根據(jù)歐姆定律可得,校準裝置產(chǎn)生的模擬電阻分別為:
RA =UA
Ia=kAR標
RB=UB
Ib=kBR標
RC=UC
Ic=kcR標(5)
將校準裝置產(chǎn)生的模擬電阻值RA 、RB、RC 與被校變壓器直流電阻測試儀顯示的電阻值進行直接比較,就可得到被校變壓器直流電阻測試儀當前電阻值校準點下的誤差,實現(xiàn)對被校變壓器直流電阻測試儀的校準。另外,由于校準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
本文設(shè)計了一種變壓器直流電阻測試儀校準裝置,該裝置采用模擬電阻方式來實現(xiàn)對變壓器直流電阻測試儀電阻值的校準,且模擬電阻值只與主控芯片產(chǎn)生的 PWM 信號占空比系數(shù)k 和電阻R標 有關(guān)。又由于該裝置的模擬電阻值的系數(shù)k 是一個比例系數(shù),因此*終的模擬電阻值的準確度只與電阻R標 相關(guān)。只要**標準負載電阻、**標準負載電阻和第三標準負載電阻的等級選用0.01級以上,就可大幅度提高裝置的準確度等級,同時可實現(xiàn)變壓器直流電阻值連續(xù)可調(diào)的校準目的。校準裝置可適用于單、三相變壓器直流電阻測試儀電阻值的校準,且整體電路結(jié)構(gòu)簡單、準確度高,具有較高的使用價值。
