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电力变压器匝比测试仪

时间:2023-06-08浏览量:282

 电力变压器是变换电压以达到输配电能的电气设备,而变压器匝比是其中一项极为重要的参数,它直接影响电网的安全运行,变压器匝比测试仪就是专门用来测量变压器匝比及分接点的仪器。

  它以51系列单片机作为微处理器,采用组别切换电路,自动换档电路,极性判别电路,使用起来方便可靠。通过两路高精度的双积分型A/D转换器及精密整流电路,程控增益放大器,精密互感器来保证整台仪器的精度。经多次现场测试证明,该仪器与国内外同类产品相比,具有很高的精度及可靠性,使用方便,功能强大,适于在国内电力部门推广使用。

   1工作原理

  根据变压器的匝比数等于变压器的初级与次级电压比这一原理,通过在变压器的初级加测试电压,然后对其初级、次级电压同时进行A/D转换,再经微处理器进行判档转入相应的档位进行测试、计算、存储、显示。

  为了保持输出电压的稳定,大型电力变压器在额定匝比的基础上,通常设有正负分接点,使匝比能够上下微调。在用电高峰,电压偏低时,通过调小分接点,使匝比变小,输出电压增大;在用电低峰,电压偏高时,通过调大分接点,使匝比变大,输出电压降低。分接点之间是成比例的,这比例称之为分接值。只要测出了匝比,知道了分接值和额定匝比,分接点也能随之计算出来。

   2测试电源

  变压器匝比测试仪对精度要求为千分之一。但由于市电的幅度和频率均有较大的波动,对仪器的精度造成很大的影响,因此一个精密的测试电源是必要的。

   89C51内有正弦波发生程序,频率为50Hz.在仪器初次上电时,89C51开始工作,通过循环查表,输出正弦波幅值的数字信号,经DAC0832数模转换,变成相应的模拟信号。该信号是一个呈阶梯状的波形,故采用一个二阶低通滤波器,把高频谐波成分滤掉。经滤波器输出的信号已经是波形比较圆滑,频率为50Hz的稳定的正弦波。该正弦波经功率管LH0101推动放大后,送升压变压器升压至测试所需的160V电压。经示波器观察,波形的幅值及频率都比较稳定,达到了要求。

   3.1组别切换电路

  由于三相变压器有许多种组别联接方式,如Y-S联接,S-S联接等,加上联接组也有多种变化,以往的匝比仪在测试三相变压器时都得来回拨动切换开关,既不可靠又容易出错。采用组别切换电路,只需在菜单中选定高、低电压的不同组别及联接组即可,仪器自动测试变压器A、B、C三相的匝比,极性,分接点等参数。组别切换电路如图3。

  自动组别切换电路

  举三相变压器中常见的YN-d-11来说,对于A相,高压绕组连接方式是U-N,而低压绕组联接方式是W-U,故继电器PA0及PA3,PB2及PB4应吸合,这样测出的两端电压比即为该变压器A相的匝比。此电路适用于所有变压器。点焊机

   3.2极性判别电路

  对于单相变压器来说,有时需测试它的同名端及异名端.极性判别电路就是为这种功能而设置的.具体电路

   极性判别电路

   Vi输入U1的正输入端,U1的负输入端为1V,U1输出的波形,被测变压器的次级经衰减或放大后,送U2的正输入端,则U2输出的波形,两波形经相与,便得到图d。经光耦送入8031的P1口。单片机在一个周期内连续读取P1的值。若出现高电平,表明待测变压器的极性为正,若不出现高电平,则极性为负。波形表明变压器的极性为正。

   3.3精密整流电路

  在这台仪器中,A/D转换前的交流小信号处理是保证精度的关键。通用的方法是将交流信号转化为直流,送A/D进行转换。。但通过分析它们内部原理框图发现.  

  它们由精密整流电路、均方根电路等一系列运算电路组成的。经过这么多环节,自然在稳定度和精度上都难以保证,通常在千分之五左右。因本仪器的精度要求很高,若采用常规的真有效值转换电路,必将进一步丢失精度,所以,本仪器设计时,终放弃了真有效值转换,而是根据双积分型A/D转换的本质是平均值转换,即:

   Vx=Vr×N2/N1

  其是N1为A/D转换过程中采样阶段的时间记数值;N2为比较阶段的时间记数值;Vr为基准电压。将被测变压器两端的交流信号经过精密整流后直接送入双积分型A/D,转换后可直接得到变压器两端电压平均值,送入微机处理。这一方法省去许多中间环节,从而减少了误差,保证了精度。本仪器采用的精密整流电路.

  精密整流电器

  在此高精度绝 对值电路中,用模拟开关取代二极管而组成的全波检波电路,可完全消除二极管阈值电压Vd及非线性r对检波性能的影响,它由反向器U1、过零检测器U2和模拟开关U3组成。过零检测器检测输入信号的极性。Vc为高电平信号,用以控制模拟开关S1、S2的接通与断开。其波形:

   精密整流示意图

  当Vi>0时,Vc为低电平,输出端与S1接通,输出为Vo=V;当Vi<0时,Vc为高电平,输出端与S2接通,输出为Vo=Vi,所以Vo=|Vi|,这种电路的误差可小于0.05%.

  3.4高精度A/D转换

  双积分式A/D转换器以其转换精度高、灵敏度高、抗干扰能力强等优点被广泛应用于各类数字式仪表和低速数字采集系统中。在本台仪器中,需要双积分式A/D直接对全波进行转换。这里采用的是ICL7135,它是一种4位半的BCD码动态扫描输出的单片集成双积分式A/D转换器。在本台仪器中,采用了一种简便的方法,将两路ICL7135的BUSY端口与ICL7135的时钟相与,送计数器进行计数,就可把ICL7135Z转换后的值送入单片机,节省了系统的I/O口。电路框。

  ICL7135与单片机的一种简便接口方法

   3.5自动换档的处理

  由于ICL7135转换速度较慢,在被测匝比较大的情况下,如1000,需换档多次,这样测一组匝比,至少需要15s,为了提高测试速度,采用直接跳档的方法??枷華/D转换一次,其值与各分档电压比较,若在某档范围内,则直接跳该档,切换分档继电器,重测一次。为了防止超量程(Vi>2V),将两路ICL7135的超量程输出相与,输出到单片机的P1口,若为高电平,则表明至少有一路超量程,此时应切换换档继电器至合适档。

   4结束语

  在保定变压器厂对该仪器进行过多次现场测试及与国内外同类产品比较,其主要性能指标可达:匝比测量范围:0.900~4000(自动变换量程,指标值四位;精度:0.1%-/+3个字;测量时间:<4s,该仪器与国内外同类产品相比,性能稳定可靠,精度高,操作方便,具有较好的推广应用前景。

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