0 引言
变压器直流电阻测试仪是对单、三相变压器绕组间直流电阻进行测试的仪器,常见的有单回路型和三回路型。单回路型也称单相变压器直流电阻测试仪,是对单相变压器绕组间直流电阻进行测试的仪器;三回路型也称三相变压器直流电阻测试仪,是对三相变压器绕组间直流电阻进行测试的仪器。目前,对变压器直流电阻测试仪电阻值的溯源一般采用实物标准电阻方法。由于实物标准电阻均为固定值,变压器直流电阻测试仪只能以固定电阻值点进行校准,无法校准固定阻值之间的电阻值,因此达不到使变压器直流电阻值测试仪电阻值连续可调校准的目的。同时这种采用实物标准电阻只适用于单相变压器直流电阻测试仪的校准,而对于三相变压器直流电阻测试仪,则需分别对 A 相、B相、C相直流电阻值进行溯源,而且每次换相时均需重新接线,操作复杂,自动化程度低,整体工作效率低下。
目前,虽也有采用模拟电阻方式来实现对变压器有载分接开关测试仪过渡电阻的校准,但这种方法一般要额外配置电压源,使得整个电路结构复杂且制造成本变高,且只适用于单相变压器直流电阻测试仪,无法达到同时校准三相变压器直流电阻三相电阻值的目的。
1 变压器直流电阻测试仪校准装置构成
针对目前在单、三相变压器直流电阻测试仪校准过程中存在的不足,本文设计了变压器直流电阻测试仪校准装置。该装置主要由主控芯片、大功率负载电阻1、大功率负载电阻2、大功率负载电阻3、**电流采样电路、**电流采样电路、第三电流采样电路、** PWM 信号、** PWM 信号、第三 PWM 信号、**电压升降电路、**电 压 升 降 电 路、 第 三 电 压 升 降 电 路 构 成, 如 图 1所示。
2 变压器直流电阻测试仪校准装置工作原理
校准装置的**电流采样电路、**电流采样电路、第三电流采样电路对被校变压器直流电阻测试仪直接加载在大功率负载电阻1、大功率负载电阻2与大功率负载电阻3上的电流进行采样后分两路输出。**路送至校准装置的主控芯片进行分析计算;**路分别送至**电压升降电路、**电压升降电路与第三电压升降电路。主控芯片通 过 控 制 第 一 PWM 信 号、 第 二 PWM 信 号、 第 三PWM 信号来分别调整**电压升降电路、**电压升降电路与第三电压升降电路的电压输出值,这三路电压输出值同时与变压器直流电阻测试仪电压采样端相连。
校准装置采用模拟电阻方式实现对变压器直流电阻测试仪电阻值的校准。一方面,通过由三个高准确度等级标准电阻构成的电流采样电路来对变压器直流电阻测试仪加载在三个大功率负载电阻上的电流进行采样。另一方面,主控芯片将采样到的电流值与预先写入主控芯片需校准的电阻值相乘计算得到电压值,并将此电压值与主控芯片通过电流采样电路采集到的电压进行比较后得到一比例系数值,主控芯片根据此比例系数值来产生 PWM 信号以控制电压升降电路的输出值,实现对变压器直流电阻的溯源。校准装置不仅可实现对变压器直流电阻值连续可调的校准,同时装置带有的三个电流采样电路可完全满足三相变压器 直 流 电 阻 测 试 仪 校 准 的 需 求, 极 大 提 高 了 工 作效率。
3 变压器直流电阻测试仪电阻校准
3.1 变压器直流电阻测试仪电压采样的选取
变压器直流电阻测试仪有多个电流量程档,采用某个电流量程档下电阻值进行校准时,首先变压器直流电阻测试仪根据自身当前电流量程档控制 A 相、B相、C相电流输出,并加载在**标准负载电阻、**标准负载电阻和第三标准负载电阻上。设此时加载的电流分别为Ia、Ib和Ic,由校准装置的**电流采样电路、**电流采样电路和第三电流采样电路分别进行 “电流-电压”转换后得到三路电压信号Ua、Ub 和Uc。Ua、Ub 和Uc 三路电压信号直接作为校准装置**电压升降电路、**电压升降电路和第三电压升降电路的控制电压输入,由主控芯片产生PWM 信号来调整大小。调整后的Ua、Ub 和Uc 输出至被校变压器直流电阻测试仪的电压采样端。与目前采用模拟电阻方式对变压器直流电阻进行校准时需额外配置电压源将电压反馈输入变压器直流电阻测试仪的电压采样端相比,该校准装置忽略了配置电压源的需求,将三路电流采样电路采样得到的信号经 “电流-电压”转换后,通过一定比例调整后直接作为变压器直流电阻测试仪电压采样端的输入,使得校准装置结构变得简单,同时也一定程度上降低了制造成本。
3.2 主控芯片PWM 占空比系数的确定
采样校准装置对被校变压器直流电阻测试仪当前电流量程档某个电阻进行校准的具体过程如下。
(1)将**电流采样电路、**电流采样电路和第三电流采样电路采样到的电流值与预先写入主控芯片需校准的电 阻 值 相 乘 得 到 电 压 值 (该 电 压 值 分 别 为 UA 、UB、UC),并将此电压值与主控芯片通过电流采样电路采集到
的电压进行比较得到一比例系数值。
(2)设当前需校准的电阻 值 为 R0,第 一 标 准 负 载 电
阻、**标准负载电阻和第三标准负载电阻的电阻值均为
R标 ,则根据欧姆定律可知变压器直流电阻测试仪 A 相、B
相、C 相 的 输 入 端 电 压, 也 就 是 校 准 装 置 要 输 出 的 电
压为:
UA =IaR0
UB=IbR0
UC=IcR0(1)
(3)主控芯片通过**电流采样电路、**电流采样电路和第三电流采样电路采集到的Ua、Ub 和Uc 与UA 、
UB、UC 的比例关系式为:
kA =UA
Ua=IaR0
IaR标=R0
R标kB=UB
Ub=IbR0
IbR标=R0
R标kC=UC
Uc=IcR0
IcR标=R(2)
kA 、kB、kC 值的大小可由校准装置主控芯片产生的PWM 信号占空比来调整。
3.3PWM 控制三路升级直流调压电路及机理
校准装置的电气原理图如图2所示。其中,电感 L1、二极管 D1、全控器件 Q1、电容 C1、电阻 R1 构成**电压升降电路;电 感 L2、二 极 管 D2、全 控 器 件 Q2、电 容C2、电阻 R2 构 成 第 二 电 压 升 降 电 路;电 感 L3、二 极 管D3、全控器件 Q3、电容C3、电阻 R3 构成的第三电压升降电路。
主控芯片通过产生 PWM 信号来分别驱动全控器 件Q1、Q2 与 Q3 的导通,在0~t1 内,全控器件 Q1、Q2 与Q3 导通,导通时长为 Ton;在t1 ~t2 内,全 控 器 件 Q1、Q2 与 Q3 关断,关断时长为 Toff。PWM 信号的一个周期T 计算式为:
T=Ton+Toff (3)
**电压升降电路、**电压升降电路和第三电压升降电路输出的电压UA 、UB、UC 与Ua、Ub、Uc 的关系为:
UA =Ton
ToffUa=kAUa
UB=Ton
ToffUb=kBUb
UC=Ton
ToffUc=kCUc(4)
变压器直流电阻测试仪有多个电流量程档,校准装置的三路 电 压 升 降 电 路 可 控 制 电 压UA 、UB、UC 值 在 Ua、Ub、Uc 值上下可调,而非单一的升压或降压,更加方便灵活。
若需使三路电压升降电路的输出电压UA 、UB、UC 大于Ua、Ub、Uc,则改变Ton和Toff,使Ton大于Toff。此时主控芯片产生的 PWM 信号工作波形如图3所示。
若需要三路电压升降电路、**电压升降电路和第三电压升降电路的输出电压UA 、UB、UC 小于Ua、Ub、Uc,则改变Ton和Toff,使Ton长小于 Toff。此时主控芯片产生的 PWM 信号工作波形如图4所示。
3.4 变压器直流电阻测试仪电阻的校准
由以上分 析 可 知,只 需 主 控 芯 片 控 制 第 一 PWM 信号、** PWM 信号、第三 PWM 信号来产生三路占空比信号kA 、kB、kC 就可控制UA 、UB、UC 大小,并将UA 、UB、UC 输出至变压器直流电阻测试仪电压采样端进行采样,就可实现对被校变压器直流电阻测试仪电阻的校准。
根据欧姆定律可得,校准装置产生的模拟电阻分别为:
RA =UA
Ia=kAR标
RB=UB
Ib=kBR标
RC=UC
Ic=kcR标(5)
将校准装置产生的模拟电阻值RA 、RB、RC 与被校变压器直流电阻测试仪显示的电阻值进行直接比较,就可得到被校变压器直流电阻测试仪当前电阻值校准点下的误差,实现对被校变压器直流电阻测试仪的校准。另外,由于校准装置没有额外配置可编程电压源,因此整体工作变得更高效、可靠。
4 结语
本文设计了一种变压器直流电阻测试仪校准装置,该装置采用模拟电阻方式来实现对变压器直流电阻测试仪电阻值的校准,且模拟电阻值只与主控芯片产生的 PWM 信号占空比系数k 和电阻R标 有关。又由于该装置的模拟电阻值的系数k 是一个比例系数,因此*终的模拟电阻值的准确度只与电阻R标 相关。只要**标准负载电阻、**标准负载电阻和第三标准负载电阻的等级选用0.01级以上,就可大幅度提高装置的准确度等级,同时可实现变压器直流电阻值连续可调的校准目的。校准装置可适用于单、三相变压器直流电阻测试仪电阻值的校准,且整体电路结构简单、准确度高,具有较高的使用价值。
