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電力變壓器匝比測試儀簡介

作者:管理員 發表時間:2010-9-1 16:24:02 閱讀:
介紹了電力變壓器匝比測試儀的兩個部分:測試電源和測試電路。經D/A轉換、濾波、功率放大及變壓器后,獲得測試所需的精密電源。測試電路以8031為微處理器,配以自動組別切換電路、極性判別電路等,能自動測出任意組別變壓器的匝比、誤差等,并打櫻

  關鍵詞:電力變壓器;匝比;測試儀





  電力變壓器是變換電壓以達到輸配電能的電氣設備,而變壓器匝比是其中一項極為重要的參數,它直接影響電網的安全運行,變壓器匝比測試儀就是專門用來測量變壓器匝比及分接點的儀器。



  它以51系列單片機作為微處理器,采用組別切換電路,自動換檔電路,極性判別電路,使用起來方便可靠。通過兩路高精度的雙積分型A/D轉換器及精密整流電路,程控增益放大器,精密互感器來保證整臺儀器的精度。經多次現場測試證明,該儀器與國內外同類產品相比,具有很高的精度及可靠性,使用方便,功能強大,適于在國內電力部門推廣使用。



   1工作原理



  根據變壓器的匝比數等于變壓器的初級與次級電壓比這一原理,通過在變壓器的初級加測試電壓,然后對其初級、次級電壓同時進行A/D轉換,再經微處理器進行判檔轉入相應的檔位進行測試、計算、存儲、顯示。



  為了保持輸出電壓的穩定,大型電力變壓器在額定匝比的基礎上,通常設有正負分接點,使匝比能夠上下微調。在用電高峰,電壓偏低時,通過調小分接點,使匝比變小,輸出電壓增大;在用電低峰,電壓偏高時,通過調大分接點,使匝比變大,輸出電壓降低。分接點之間是成比例的,這比例稱之為分接值。只要測出了匝比,知道了分接值和額定匝比,分接點也能隨之計算出來。



   2測試電源



  變壓器匝比測試儀對精度要求為千分之一。但由于市電的幅度和頻率均有較大的波動,對儀器的精度造成很大的影響,因此一個精密的測試電源是必要的。



  



   89C51內有正弦波發生程序,頻率為50Hz.在儀器初次上電時,89C51開始工作,通過循環查表,輸出正弦波幅值的數字信號,經DAC0832數模轉換,變成相應的模擬信號。該信號是一個呈階梯狀的波形,故采用一個二階低通濾波器,把高頻諧波成分濾掉。經濾波器輸出的信號已經是波形比較圓滑,頻率為50Hz的穩定的正弦波。該正弦波經功率管LH0101推動放大后,送升壓變壓器升壓至測試所需的160V電壓。經示波器觀察,波形的幅值及頻率都比較穩定,達到了要求。



  



   3.1組別切換電路



  由于三相變壓器有許多種組別聯接方式,如Y-S聯接,S-S聯接等,加上聯接組也有多種變化,以往的匝比儀在測試三相變壓器時都得來回撥動切換開關,既不可靠又容易出錯。采用組別切換電路,只需在菜單中選定高、低電壓的不同組別及聯接組即可,儀器自動測試變壓器A、B、C三相的匝比,極性,分接點等參數。組別切換電路如圖3。



  



  自動組別切換電路



  舉三相變壓器中最常見的YN-d-11來說,對于A相,高壓繞組連接方式是U-N,而低壓繞組聯接方式是W-U,故繼電器PA0及PA3,PB2及PB4應吸合,這樣測出的兩端電壓比即為該變壓器A相的匝比。此電路適用于所有變壓器。點焊機



   3.2極性判別電路



  對于單相變壓器來說,有時需測試它的同名端及異名端.極性判別電路就是為這種功能而設置的.具體電路



   極性判別電路



   Vi輸入U1的正輸入端,U1的負輸入端為1V,U1輸出的波形,被測變壓器的次級經衰減或放大后,送U2的正輸入端,則U2輸出的波形,兩波形經相與,便得到圖d。經光耦送入8031的P1口。單片機在一個周期內連續讀取P1的值。若出現高電平,表明待測變壓器的極性為正,若不出現高電平,則極性為負。波形表明變壓器的極性為正。



   3.3精密整流電路



  在這臺儀器中,A/D轉換前的交流小信號處理是保證精度的關鍵。通用的方法是將交流信號轉化為直流,送A/D進行轉換。。但通過分析它們內部原理框圖發現.  



  它們由精密整流電路、均方根電路等一系列運算電路組成的。經過這么多環節,自然在穩定度和精度上都難以保證,通常在千分之五左右。因本儀器的精度要求很高,若采用常規的真有效值轉換電路,必將進一步丟失精度,所以,本儀器設計時,最終放棄了真有效值轉換,而是根據雙積分型A/D轉換的本質是平均值轉換,即:



   Vx=Vr×N2/N1



  其是N1為A/D轉換過程中采樣階段的時間記數值;N2為比較階段的時間記數值;Vr為基準電壓。將被測變壓器兩端的交流信號經過精密整流后直接送入雙積分型A/D,轉換后可直接得到變壓器兩端電壓平均值,送入微機處理。這一方法省去許多中間環節,從而減少了誤差,保證了精度。本儀器采用的精密整流電路.



  



  精密整流電器



  在此高精度絕對值電路中,用模擬開關取代二極管而組成的全波檢波電路,可完全消除二極管閾值電壓Vd及非線性r對檢波性能的影響,它由反向器U1、過零檢測器U2和模擬開關U3組成。過零檢測器檢測輸入信號的極性。Vc為高電平信號,用以控制模擬開關S1、S2的接通與斷開。其波形:



   精密整流示意圖



  當Vi>0時,Vc為低電平,輸出端與S1接通,輸出為Vo=V;當Vi<0時,Vc為高電平,輸出端與S2接通,輸出為Vo=Vi,所以Vo=|Vi|,這種電路的誤差可小于0.05%.



  3.4高精度A/D轉換



  雙積分式A/D轉換器以其轉換精度高、靈敏度高、抗干擾能力強等優點被廣泛應用于各類數字式儀表和低速數字采集系統中。在本臺儀器中,需要雙積分式A/D直接對全波進行轉換。這里采用的是ICL7135,它是一種4位半的BCD碼動態掃描輸出的單片集成雙積分式A/D轉換器。在本臺儀器中,采用了一種簡便的方法,將兩路ICL7135的BUSY端口與ICL7135的時鐘相與,送計數器進行計數,就可把ICL7135Z轉換后的值送入單片機,節省了系統的I/O口。電路框。



  



  ICL7135與單片機的一種簡便接口方法



   3.5自動換檔的處理



  由于ICL7135轉換速度較慢,在被測匝比較大的情況下,如1000,需換檔多次,這樣測一組匝比,至少需要15s,為了提高測試速度,采用直接跳檔的方法。開始先A/D轉換一次,其值與各分檔電壓比較,若在某檔范圍內,則直接跳該檔,切換分檔繼電器,重測一次。為了防止超量程(Vi>2V),將兩路ICL7135的超量程輸出相與,輸出到單片機的P1口,若為高電平,則表明至少有一路超量程,此時應切換換檔繼電器至合適檔。



   4結束語



  在保定變壓器廠對該儀器進行過多次現場測試及與國內外同類產品比較,其主要性能指標可達:匝比測量范圍:0.900~4000(自動變換量程,指標值四位;精度:0.1%-/+3個字;測量時間:<4s,該儀器與國內外同類產品相比,性能穩定可靠,精度高,操作方便,具有較好的推廣應用前景。

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